Газогенераторная котельная установка

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в газогенераторных котельных установках. Котельная установка содержит топку с секциями, включающими зоны горения, газификации, зону пиролиза, зону подсушки топлива и бункер для загрузки топлива. Все секции имеют наружные и внутренние стенки, полости между которыми сообщаются и подключены к патрубку подвода сетевой воды, размещенному в зоне нижней секции, что позволяет иметь в зоне верхней секции нагретую воду, которая отдает тепло для сушки топлива. Изобретение повышает эффективность установки и ее надежность. 3 ил.

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к газогенераторным котельным установкам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является газогенераторная котельная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную жаровой трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификацию, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлен колосник, а в боковой части - короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки, средняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, а верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена жаровая труба (см., например, Руководство по эксплуатации газогенераторной установки "Шахтогаз", 1999 г.).

Недостатками этой установки является ее невысокая надежность из-за возможности растрескивания футеровки при аварийной остановке топки и из-за возможности забивания колосника частицами шлака, что приводит к уменьшению мощности, а также недостаточная эффективность сушки топлива из-за низкой теплопроводности футеровки.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая установка, является повышение ее надежности и эффективности.

Для достижения указанного технического результата известная газогенераторная котельная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную жаровой трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификацию, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлен колосник, а в боковой части - короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки, средняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, а верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена жаровая труба, снабжена внутренней стенкой, ограничивающей совместно с наружной стенкой водяную рубашку, при этом внутренняя стенка нижней секции образована нижним цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке, и верхним участком в виде усеченного конуса, параллельным наружной стенке в виде усеченного конуса, а между сопряженными торцами нижнего и верхнего участков установлен плоский кольцевой фланец, перекрывающий зазор между стенками и имеющий отверстие для прохода воды между полостями рубашки, ограниченной верхним и нижним участками нижней секции, при этом верхний участок имеет часть, прилегающую к коробу дверцы топки, и часть, сопряженную с жаровой трубой так, что длина первой части превышает длину второй части, а внутренняя стенка средней секции образована цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке этой секции, а между сопряженными торцами нижней и средней секции установлен плоский кольцевой фланец, перекрывающий зазор между стенками и имеющий отверстие для прохода воды между полостями рубашек средней и нижней секций, а со стороны жаровой трубы имеющий радиальный в плане проем для прохода последней, при этом внутренняя стенка верхней секции образована верхним цилиндрическим вертикальным участком, концентричным наружной стенке, коническим промежуточным участком, сопряженным с цилиндрическим участком и обращенным меньшим основанием вниз и нижним цилиндрическим вертикальным участком меньшего диаметра, чем верхний цилиндрический вертикальный участок, и концентричным наружной стенке и с одной стороны сопряженным с коническим участком, а с другой стороны имеющим радиальный в плане проем для прохода сопряженной части жаровой трубы, а между сопряженными торцами верхней и средней секции установлен плоский кольцевой фланец с отверстием для прохода воды между полостями рубашек верхней и средней секций, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру нижнего цилиндрического участка внутренней стенки верхней секции, а в зоне этого фланца, прилегающей к жаровой трубе, выполнен радиальный в плане проем для прохода последней, а верхняя секция закрыта сверху плоским кольцевым фланцем постоянной ширины, при этом в наружной стенке нижней секции установлен патрубок для подвода сетевой воды, а в наружной стенке верхней секции установлен патрубок для отвода нагретой воды, связанный с входным патрубком теплообменника основной магистралью, в которую встроен нагнетательный гидронасос и которая своим входным участком связана с насосом, а выходным участком - с входным патрубком теплообменника, причем входной и выходной участки основной магистрали связаны между собой перепускной магистралью, в которой установлен резервный гидронасос.

На фиг. 1 изображена общая схема газогенераторной котельной установки.

На фиг. 2 изображена газогенераторная топка установки (продольный разрез).

На фиг. 3 изображено сечение А-А фиг. 2.

Газогенераторная котельная установка содержит газогенераторную топку 1 и теплообменник 2, связанные между собой жаровой трубой 3. Топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива. Нижняя секция имеет установленное на ножках 4 днище 5. На днище закреплен цилиндрический вертикальный участок 6 наружной стенки и концентричный ему нижний цилиндрический вертикальный участок 7 внутренней стенки, ограничивающий с участком 6 полость А водяной рубашки. В камере корпуса, ограниченной стенкой 7, установлена колосниковая решетка, образованная кронштейнами 8, наружные концы которых прикреплены к стенке 7, а внутренние концы - к гильзе 9. На кронштейны 8 одета своими прорезями цилиндрическая опора 10, в верней части которой выполнены выемки для установки стержня 11, прикрепленного к кольцу 12, на верхней части которого закреплены стержни 13 колосника. С одной стороны нижней секции корпуса расположен короб 14 для установки дверцы 15 зольника, а с другой стороны - патрубок 16 для подвода сетевой воды. Верхний участок 17 внутренней стенки нижней секции выполнен в виде усеченного конуса, параллельного наружной стенке 18 в виде усеченного конуса, между которыми образована полость Б водяной рубашки. Верхний участок нижней секции имеет часть, прилегающую к коробу 19 дверцы топки 20, и часть, сопряженную с жаровой трубой 3 так, что длина первой части превышает длину второй части. Короб 19 проходит через верхний участок 17 и стенку 18, а дверца топки 20 имеет теплоизоляционный экран 21. В дверце топки расположено смотровое окно 22, закрываемое заслонкой 23. Между сопряженными торцами верхнего и нижнего участков нижней секции установлен плоский кольцевой фланец 24, перекрывающий зазор между ними и имеющий отверстие 25 для прохода воды между полостями А и Б водяной рубашки. Внутренняя стенка средней секции образована цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке 26. Между сопряженными торцами нижней и средней секций установлен плоский кольцевой фланец 27, перекрывающий зазор между их стенками и имеющий отверстие 28 для прохода воды между полостью С средней секции и полостью Б нижней секции. Фланец 27 имеет со стороны жаровой трубы 3 радиальный в плане проем для прохода этой трубы. Внутренняя стенка верхней секции образована верхним цилиндрическим вертикальным участком 29, концентричным наружной цилиндрической стенке 30, коническим промежуточным участком 31, сопряженным с участком 29 и обращенным меньшим основанием вниз и нижним цилиндрическим участком 32 меньшего диаметра, чем верхний цилиндрический вертикальный участок 29. Участок 32 с одной стороны сопряжен с коническим участком 31, а с другой стороны имеет радиальный в плане проем для прохода сопряженной части жаровой трубы 3. Между сопряженными торцами верхней и средней секций установлен плоский кольцевой фланец 33, перекрывающий зазор между их стенками и имеющий отверстие 34 для прохода воды между полостью С средней секции и полостью D верхней секции. Внутренний диаметр фланца 33 равен наружному диаметру участка 32, а в зоне этого фланца, прилегающей к жаровой трубе 3, выполнен радиальный в плане проем для прохода этой трубы. Верхняя секция закрыта сверху плоским кольцевым фланцем постоянной ширины, а сверху на этой секции установлен бункер 35 для загрузки топлива. В наружной стенке верхней секции установлен патрубок 36 для отвода нагретой воды, связанный с входным патрубком 37 теплообменника основной магистралью 38, в которую встроен нагнетательный насос 39. Магистраль своим входным участком через вентиль 40 связана с насосом, а выходным участком через вентиль 41 с патрубком 37. Входной и выходной участки основной магистрали 38 связаны между собой перепускной магистралью 42, в которую встроен резервный гидронасос 43. Перепускная магистраль связана своим входным участком через вентиль 44 с насосом 43, а выходным участком через вентиль 45 с патрубком 37 теплообменника, имеющего выходной патрубок 46 для подачи горячей воды к потребителю и патрубок 47 для выхода дымовых газов.

Газогенераторная котельная установка работает следующим образом. Древесные отходы (куски древесины длиной до 0,5 м, щепа, опилки, кора) загружают в бункер 35. Под действием силы тяжести топливо постепенно опускается вниз, проходя через верхнюю секцию установки (зона подсушки топлива), среднюю секцию (зона пиролиза) и нижнюю секцию (зона горения и газификации). Пространство топки находится под разрежением за счет дымовой трубы при работе на естественной тяге. Воздух проходит через дверцу 15 зольника снизу вверх и через неплотности крышки бункера сверху вниз, проходя последовательно через зоны горения и пиролиза, где образуется пиролизный газ, который сгорает как в жаровой трубе, так и в теплообменнике 2. В зоне сушки благодаря наличию водяной рубашки температура воды в которой составляет 80-100^oC, из топлива удаляется основная масса влаги. В зоне пиролиза при температуре 200-800^oC из подсушенного топлива активно выделяются летучие в виде газов и смол и удаляется оставшаяся вода. Часть пиролизного газа смешивается с воздухом, поступившим через топливный слой в бункере, и сгорает. В зоне горения и газификации при температуре 700-900^oC образуются генераторный газ (CO, CO₂, H₂, N₂) и пиролизный газ, который отводится в жаровую трубу 3, где смешиваются со вторичным воздухом и активно сгорают внутри теплообменных поверхностей. Сетевая вода подается в водяную рубашку нижней секции через патрубок 16, нагревается в зоне горения, отдает часть своего тепла в зоне сушки топливу, а затем выходит через патрубок 36 с температурой 60-80^oC и поступает в основную магистраль 38. При этом вентили 40, 41 открыты, а вентили 44, 45 закрыты так, что вода насосом 39 закачивается через патрубок 37 в теплообменник 2, в котором при сгорании пиролизного газа ее температура поднимается до 115^oC. При отказе насоса 39 включают резервный насос 43, вентили 40, 41 закрывают, а вентили 44, 45 открывают и вода подается в патрубок 37 по перепускной магистрали 42.

Формула изобретения

Газогенераторная котельная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную жаровой трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлен колосник, а в боковой части - короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки, средняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена жаровая труба, отличающаяся тем, что она снабжена внутренней стенкой, ограничивающей совместно с наружной стенкой водяную рубашку, при этом внутренняя стенка нижней секции образована нижним цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке, и верхним участком в виде усеченного конуса, параллельным наружной стенке в виде усеченного конуса, а между сопряженными торцами нижнего и верхнего участков установлен плоский кольцевой фланец, перекрывающий зазор между стенками и имеющий отверстие для прохода воды между полостями рубашки, ограниченной верхним и нижним участками нижней секции, при этом верхний участок имеет часть, прилегающую к коробу дверцы топки, и часть, сопряженную с жаровой трубой так, что длина первой части превышает длину второй части, а внутренняя стенка средней секции образована цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке этой секции, а между сопряженными торцами нижней и средней секций установлен плоский кольцевой фланец, перекрывающий зазор между стенками и имеющий отверстие для прохода воды между полостями рубашек средней и нижней секций, а со стороны жаровой трубы имеющий радиальный в плане проем для прохода последней, при этом внутренняя стенка верхней секции образована верхним цилиндрическим вертикальным участком, концентричным наружной стенке, коническим промежуточным участком, сопряженным с цилиндрическим участком и обращенным меньшим основанием вниз и нижним цилиндрическим вертикальным участком меньшего диаметра, чем верхний цилиндрический вертикальный участок, и концентричным наружной стенке и с одной стороны сопряженным с коническим участком, а с другой стороны имеющим радиальный в плане проем для прохода сопряженной части жаровой трубы, а между сопряженными торцами верхней и средней секций установлен плоский кольцевой фланец с отверстием для прохода воды между полостями рубашек верхней и средней секций, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру нижнего цилиндрического участка внутренней стенки верхней секции, а в зоне этого фланца, прилегающей к жаровой трубе, выполнен радиальный в плане проем для прохода последней, а верхняя секция закрыта сверху плоским кольцевым фланцем постоянной ширины, при этом в наружной стенке нижней секции установлен патрубок для подвода сетевой воды, а в наружной стенке верхней секции установлен патрубок для отвода нагретой воды, связанный с входным патрубком теплообменника основной магистралью, в которую встроен нагнетательный гидронасос и которая своим входным участком связана с насосом, а выходным участком - с входным патрубком теплообменника, причем входной и выходной участки основной магистрали связаны между собой перепускной магистралью, в которой установлен резервный гидронасос.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3