Котел

 

Использование: в котельной технике и, в частности, в котлах, работающих на низкокалорийном твердом топливе. Сущность изобретения: котел для сжигания низкосортного твердого топлива с более высокой экономичностью содержит топочную камеру с горелочным устройством, соединенным газопроводом с реактором термообработки топлива. Последний связан с теплообменником для охлаждения коксозольного остатка, который подается шнековым питателем в аэрофонтанную топку, подсоединенную к циклону для очистки продуктов сгорания от золы, причем циклон соединен одним золопроводом с реактором, а другим - с теплообменником для охлаждения выводимой из цикла золы, при этои вход последнего теплообменника подключен к трубопроводу питательной воды, а выход - к входу теплообменника для охлаждения коксозольного остатка, выход которого соединен с экономайзером котла. 1 ил.

Изобретение предназначено преимущественно для использования в теплоэнергетике, потребляющей при выработке тепла и электроэнергии низкокалорийное твердое топливо.

Известно устройство, реализующее способ сжигания твердого топлива, содержащее реактор термообработки топлива, из которого отводится горючий газ сначала в циклон, а из него в горелку котла, причем нижняя часть этого циклона соединена трубопроводом подачи коксозольного остатка в аэрофонтанную топку, которая связана с другим циклоном для очистки продуктов сгорания, образующихся в аэрофонтанной топке, от золы, а последний соединен газопроводом с горелкой котла, золопроводом для подачи части золы в реактор и золопроводом для вывода из цикла остальной золы, который связан с поверхностным теплообменником для охлаждения золы воздухом, направляемым затем в аэрофонтанную топку [1] Недостатком рассмотренного решения является то, что при сжигании углей температура золы достигает 1000-1100^оС и оказывается высокой температура стенки выходных участков теплообменника, достигая 750^оС. При такой температуре надежность работы теплообменника оказывается низкой как вследствие абразивного истирания золой теплопередающих труб, так и вследствие повышенного окалинообразования. Другой недостаток поступление в аэрофонтанную топку дополнительного тепла с нагретым золой воздухом. Последнее приводит к необходимости подачи в аэрофонтанную топку гораздо большего количества воздуха, чем это требуется для сжигания углерода коксозольного остатка, с тем, чтобы на выходе из аэрофонтанной топки температура потока поддерживалась ниже температуры начала размягчения золы. Последнее приводит к росту габаритов аэрофонтанной топки и циклонов, устанавливаемых после нее, что требует повышенных материальных затрат.

Известно также техническое решение, содержащее реактор термической обработки топлива, соединенный с одной стороны с газопроводом с горелочным устройством котла, а с другой стороны шнековым питателем для отвода из него коксозольного остатка в аэрофонтанную топку, которая на выходе связана с циклоном для очистки продуктов сгорания аэрофонтанной топки от золы, часть которой охлаждается в смешивающем теплообменнике воздухом перед выводом из цикла [2] Недостатком такого решения является то, что выводимая из цикла зола при охлаждении воздухом в теплообменнике смешивающего типа не может быть охлаждена до низких ≈ 150-180^оС температур воздухом, подаваемым на горение в топку котла. Следовательно, в данном решении имеются повышенные потери тепла с золой, устройство недостаточно экономично. Кроме того, в топку попадает повышенное количество золы с воздухом.

Наиболее близким из известных технических решений аналогичного назначения к заявленному является котел с аэрофонтанным предтопком, содержащий топочную камеру с горелочным устройством, соединенную в верхней части с конвективным газоходом, в котором размещен водяной экономайзер, подсоединенный к трубопроводу питательной воды, а горелочное устройство связано с газопроводами с аэрофонтанным предтопком, включающим в себя реактор термической обработки топлива, шнековый питатель, связывающий реактор с аэрофонтанной топкой, которая соединена с циклоном для очистки продуктов сгорания аэрофонтанной топки от золы, и теплообменник для охлаждения выводимой из рабочего цикла золы, установленный после циклона [3] Недостатком этого решения является тот факт, что при сжигании низкокалорийных топлив с малым выходом летучих (менее 35%) из реактора термической обработки топлива в виде горючих газов отводится в топочную камеру котла относительно небольшое количество потенциального тепла топлива. Вследствие этого остаточное потенциальное тепло топлива приходится высвобождать в аэрофонтанной топке, поддерживая высокий коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания, образующихся в аэрофонтанной топке. Это приводит к невозможности глубоко охладить уходящие газы котла и, следовательно, к снижению КПД котельного агрегата.

Целью изобретения является повышение КПД котла с аэрофонтанным предтопком.

Цель достигается тем, что в котле с аэрофонтанным предтопком, содержащим топочную камеру с горелочным устройством, соединенную в верхней части с газоходом, в котором размещен водяной экономайзер, подсоединенный к трубопроводу питательной воды, а горелочное устройство связано газоходами с аэрофонтанным предтопком, включающим в себя реактор термообработки топлива; теплообменник для охлаждения коксозольного остатка, выходящего из реактора, после которого установлен шнековый питатель для подачи коксозольного остатка в аэрофонтанную топку, связанную с циклоном для очистки продуктов сгорания, поступающих из аэрофонтанной топки, от золы и теплообменник для охлаждения выводимой из цикла золы, трубопровод питательной воды подсоединен к входу теплообменника для охлаждения золы, выход которого связан с входом теплообменника для охлаждения коксозольного остатка, а выход последнего соединен с входом водяного экономайзера.

На чертеже изображена принципиальная схема предложенного устройства.

Устройство содержит реактор 1 для термообработки топлива 16, соединенный газопроводом 9 с горелочным устройством 11 котла 12, а с другой стороны связанный с теплообменником 2, имеющим вход 2' и выход 2'' воды для охлаждения коксозольного остатка, выход 2'' которого соединен трубопроводом 17 с водяным экономайзером 13. После теплообменника 2 установлен шнековый питатель 3, подающий коксозольный остаток в аэрофонтанную топку 4, связанную газоходом 5 с циклоном 6, а последний соединен газопроводом 10 с горелочным устройством 11, золопроводом 7 с реактором 1 и золопроводом 8 с теплообменником 14 для охлаждения выводимой из цикла золы, имеющим вход 14' и выход 14'' охлаждающей воды, причем вход 14' соединен с питательным трубопроводом 15 котла.

Устройство работает следующим образом.

В реактор 1 подводится топливо 16 и высокотемпературная зола теплоноситель по золопроводу 7, вследствие чего топливо разогревается до температуры ≈ 780-850^оС, и из него выделяются горючие летучие и содержащаяся в нем влага, образующие горючую парогазовую смесь, которая по газопроводу 9 отводится в горелочное устройство 11 котла 12 на сжигание.

Тот углерод, который не перешел в реакторе 1 в парогазовую смесь, образует вместе с золой топлива коксозольный остаток, который поступает в теплообменник 2, где охлаждается до температуры 650-700^оС, отдавая свое тепло питательной воде котла. Указанный уровень температуры коксозольного остатка обеспечивает надежную работу шнекового питателя 3, который подает коксозольный остаток в аэрофонтанную топку 4, где имеющийся в коксозольном остатке углерод выгорает в потоке воздуха. Образовавшиеся продукты сгорания, температура которых достигает 900-1100^оС, по газопроводу 5 направляются в циклон 6, где из них выделяется зола, а очищенные высокотемпературные продукты сгорания по газопроводу 10 сбрасываются через горелочное устройство 11 в котел 12 для утилизации своей теплоты.

Уловленная циклоном зола, имеющая температуру 900-1100^оС, частично поступает по золопроводу 7 в реактор и служит теплоносителем, а частично выводится из цикла по золопроводу 8, предварительно претерпев охлаждение в теплообменнике 14, куда также подается вода из трубопровода 15 питательной воды. Пройдя теплообменник для охлаждения золы и теплообменник для охлаждения коксозольного остатка, питательная вода по трубопроводу 17 подается в водяной экономайзер 13 котла.

Предложенная конструкция котла с аэрофонтанным предтопком позволяет наиболее эффективно и полезно использовать в котле все тепло топлива, которое было передано коксозольному остатку и золе, выводимой из цикла, поскольку оно передается рабочему телу непосредственно в котле. Если, например, охлаждать указанные теплообменники водой, которой на электростанциях охлаждаются конденсаторы, то в такой конструкции тепло, снимаемое в теплообменнике для охлаждения коксозольного остатка, и тепло, снимаемое в теплообменнике для охлаждения золы, является потерями, снижающими КПД котла. Величина таких потерь при сжигании высокозольного топлива с содержанием золы 50% может достигать 5-6% от всего тепла топлива, подаваемого в котел.

Если же тепло от указанных теплообменников ввести в регенеративную схему электростанции, то вытесняется расход пара, отбираемого на регенерацию, что также сопряжено со снижением экономичности электростанции.

Предложенное устройство, в котором сначала питательная вода из системы регенерации подается в зольный теплообменник 14, а затем в теплообменник коксозольного остатка, обеспечивает более полное использование тепла золы, поскольку позволяет глубже охлаждать золу перед сбросом ее в систему золоудаления за счет оптимального распределения температурных напоров между золой, коксозольным остатком и охлаждающей водой. При таком выполнении КПД котла повышается на 1-5% в зависимости от зольности топлива и температуры после аэрофонтанной топки.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью изобретения заключается в том, что при подсоединении трубопровода питательной воды сначала к входу теплообменника для охлаждения золы, выход которого соединен с входом теплообменника для охлаждения коксозольного остатка, а выход последнего подсоединен к входу водяного экономайзера, приводит к более глубокому охлаждению золы, выводимой из цикла, и, следовательно, к повышению эффективности топливоиспользования вследствие увеличения КПД котла. Максимальный эффект достигается именно при указанной конструктивной связи теплообменников аэрофонтанного предтопка и водяного экономайзера котла. Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Поиск технических решений, определяемых указанными отличительными признаками, в других объектах, выявил авторское свидетельство СССР N 1198815 по кл. F 23 C 11/00, в котором защищается способ сжигания твердого измельченного топлива с использованием аэрофонтанного предтопка.

Однако данное техническое решение не может обеспечить надежную работу при эффективном использовании топлива, поскольку охлаждение золы воздухом в поверхностном теплообменнике с температурой ≈ 1000-1100^оС приводит к высокой температуре выходных участков теплопередающих элементов, а также затруднено глубокое охлаждение дымовых газов в котле из-за подачи значительного количества воздуха в аэрофонтанную топку.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного технического решения из исследованных в процессе патентного поиска источников не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии этого технического решения критерию "существенные отличия".

Формула изобретения

КОТЕЛ, содержащий топочную камеру с горелочным устройством, подключенную в верхней части к конвективному газоходу, в котором размещен водяной экономайзер, сообщенный с трубопроводом питательной воды, а также реактор термообработки топлива, снабженный расположенными один над другим теплообменником для охлаждения коксозольного остатка и шнековым питателем подачи последнего в аэрофонтанную топку, соединенную с циклоном, подключенным газопроводом к указанному горелочному устройству и золопроводом к теплообменнику для охлаждения золы, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, водяной экономайзер сообщен с трубопроводом питательной воды посредством последовательно соединенных по воде теплообменников для охлаждения соответственно коксозольного остатка и золы.

РИСУНКИ

Рисунок 1