ХОЛОДНАЯ ВОРОНКА КОТЛА С КОЛЬЦЕВОЙ ТОПКОЙ
SLOPING BOTTOM OF CIRCULAR FURNACE BOILER

Изобретение относится к топочным устройствам мощных энергоблоков и может быть использовано в теплоэнергетике.
Известна холодная воронка котла с кольцевой топкой, представленная в описании к патенту на изобретение «Топка парогенератора» (патент RU №2377465 С1, МПК F23C 5/08, 2008 г.). Кольцевая топка котла образована коаксиальными равносторонними призмами, боковые грани которых образованы внутренними и наружными трубными экранами. В нижней части кольцевой топки все наружные трубные экраны загнуты внутрь под углом 50-60° к горизонту. Скаты наружных трубных экранов образуют восьмискатную холодную воронку, но скаты не доходят до внутренних трубных экранов и образуют кольцевой канал, который продлен шлаковым комодом.
Недостатками настоящей холодной воронки котла с кольцевой топкой являются низкая надежность работы и долговечность. Конструкция настоящей холодной воронки со шлаковым комодом представляет собой массивную металлоконструкцию, защищенную от воздействия излучения кольцевой топки огнеупорными материалами. Большая масса огнеупоров, аккумулируя в себе тепло, раскаляется до высоких температур. Падающие на них зола и шлак местами приплавляются, образуя очаги шлакования, которые, развиваясь дальше, приводят к зашлаковке выходных окон, топки и в итоге к останову котла. Настоящая конструкция холодной воронки материалоемкая и имеет большие габариты по высоте, что приводит к увеличению высоты котла в целом.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является холодная воронка котла с кольцевой топки, представленная в статье «Котел с кольцевой топкой для блока 660 МВт на суперсверхкритические параметры при сжигании бурых шлакующих углей», авторы Серант Ф.А., Белоруцкий И.Ю., Ершов Ю.А., Гордеев В.В., Ставская О.И. и Кацель Т.В., стр. 91.3, рис 1 (http://www.itp.nsc.ru/conferences/gtt8/files/91Serant-1.pdf). Кольцевая топка котла образована коаксиальными равносторонними призмами, боковые грани которых образованы внутренними и наружными трубными экранами. В нижней части кольцевой топки все наружные трубные экраны загнуты внутрь под углом 50-60° к горизонту. Скаты наружных трубных экранов образуют восьмискатную холодную воронку, но скаты не доходят до внутренних трубных экранов и образуют кольцевой канал, который продлен шлаковым комодом. При сжигании топлива в кольцевой топке образуется шлак, который выпадает в холодную воронку, гранулируется там и в виде твердых гранул и удаляется из нее.
Недостатками настоящей холодной воронки котла с кольцевой топкой являются низкая надежность работы и недостаточная долговечность. Конструкция настоящей холодной воронки со шлаковым комодом представляет собой массивную металлоконструкцию, защищенную от воздействия излучения кольцевой топки огнеупорными материалами. Большая масса огнеупоров, аккумулируя в себе тепло, раскаляется до высоких температур. Падающие на них зола и шлак местами оплавляются, образуя очаги шлакования, которые, развиваясь дальше, приводят к зашлаковке выходных окон, топки и в итоге к останову котла. Настоящая конструкция холодной воронки материалоемкая и имеет большие габариты по высоте, что приводит к увеличению высоты котла в целом.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы и долговечности холодной воронки котла с кольцевой топкой и снижение высоты холодной воронки и котла в целом.
Поставленная техническая задача решается тем, что холодная воронка котла с кольцевой топкой, образованной коаксиальными равносторонними призмами, боковые грани которых образованы внутренними и наружными трубными экранами, в нижней части кольцевой топки все наружные трубные экраны загнуты внутрь под углом 50-60° к горизонту, эти скаты наружных трубных экранов образуют восьмискатную холодную воронку. Новым, согласно изобретению, является выполнение у каждого второго наружного трубного экрана скатов прямоугольной формы и удлинение их до противолежащих им внутренних трубных экранов, а скаты других наружных трубных экранов, расположенных между скатов прямоугольной формы, выполнены в форме равнобедренных трапеций и между их меньшими основаниями и противолежащими им внутренними трубными экранами выполнены окна выхода шлака, нижние боковые части скатов прямоугольной формы продлены до окон выхода шлака, а в центре нижних частей этих скатов выполнены двускатные разделители потока шлака, причем все скаты холодной воронки и скаты разделителей потока шлака выполнены из труб наружных трубных экранов.
Скаты каждого разделителя потока шлака соединены хребтом, который в горизонтальной плоскости установлен перпендикулярно и по центру плоскости внутреннего трубного экрана, контактирующего с ним, а в вертикальной плоскости этот хребет установлен с уклоном в сторону внутреннего трубного экрана, контактирующего с ним, и под углом 0-20° к горизонту.
Трубы в скатах разделителей потока шлака выполнены параллельно хребтам.
Угол наклона плоскости каждого ската разделителя потока шлака равен 50-60° к горизонту.
На фиг. 1 представлен сложный ломаный разрез холодной воронки котла с кольцевой топкой; на фиг. 2 представлен поперечный разрез двускатного разделителя потока шлака холодной воронки, увеличено; на фиг. 3 представлен поперечный разрез холодной воронки котла с кольцевой топкой;
Котел содержит вертикальную кольцевую топку 1, образованную в виде коаксиальных призм, боковые грани которых образованы внутренними 2 и наружными 3 трубными экранами. Эти трубные экраны 2 и 3 образованы вертикально расположенными металлическими трубами 4 (показаны условно) с межтрубной проставкой 13 из полосы металла между ними. Количество граней в кольцевой топке 1 должно быть четным, например восемь, что является оптимальным. В нижней части кольцевой топки 1 все наружные трубные экраны 3 загнуты внутрь под углом 50-60° к горизонту, эти скаты наружных трубных экранов 3 образуют восьмискатную холодную воронку 5. У каждого второго наружного трубного экрана 3 скаты 6 выполнены прямоугольной формы, что позволяет изготавливать их по более совершенной технологии и с уменьшением ручного труда, и они удлинены до противолежащих им внутренних трубных экранов 2. Скаты 7 других наружных трубных экранов 3, расположенных между скатами 6 прямоугольной формы, выполнены в форме равнобедренных трапеций и между их меньшими основаниями и противолежащим им внутренним трубным экранам 2 выполнены окна 8 выхода шлака. В восьмискатной холодной воронке 5 расположено четыре окна 8 выхода шлака. Нижние боковые части скатов 6 прямоугольной формы продлены до окон 8 выхода шлака. В центре нижних частей скатов 6 прямоугольной формы выполнены двускатные разделители 9 потока шлака. Скаты каждого разделителя 9 потока шлака соединены хребтом 10, который в горизонтальной плоскости установлен перпендикулярно и по центру плоскости внутреннего трубного экрана 2, контактирующего с ним, а в вертикальной плоскости этот хребет 10 установлен с уклоном в сторону внутреннего трубного экрана 2, контактирующего с ним, и под углом 0-20° к горизонту. Скаты разделителей 9 потока шлака выполнены из труб 4, между ними расположены межтрубные проставки 13, и все они выполнены параллельно хребтам 10. Угол наклона плоскости каждого ската разделителя 9 потока шлака равен 50-60° к горизонту. Все скаты холодной воронки 5 и скаты разделителей 9 потоков шлака выполнены путем отгиба труб 4 наружных трубных экранов 3. Под трубными экранами 2 и 3 расположены входные коллекторы 12, через которые в трубки 4 трубных экранов 2 и 3 подается питательная вода. Окна 8 выхода шлака выполнены квадратной или прямоугольной формы. Под окнами 8 выхода шлака расположены шлаковые каналы 11, которые направляют шлак в стандартные шлакоудаляющие устройства (не показаны), откуда шлак транспортируется в отвал. Между трубами 4 в кольцевой топке 1 установлены металлические межтрубные проставки 13.
Холодная воронка котла с кольцевой топкой работает следующим образом.
Кольцевую топку 1 разогревают посредством сжигания в ней топлива, подаваемого в нее через горелки (не показаны) совместно с воздухом. Все потоки топлива и воздуха подают в кольцевую топку 1 по касательным к условным окружностям. При этом топливо и воздух в кольцевой топке 1 перемешиваются. Под действием высокой температуры топливовоздушная смесь загорается и в кольцевой топке 1 создается устойчивый вихревой факел. При сгорании топливовоздушной смеси образуются горячие топочные газы, которые, поднимаясь по спирали вверх кольцевой топки 1, отдают тепло воде, движущейся внутри труб 4 во внутренних 2 и наружных 3 трубных экранах. Шлак, образовавшийся в ходе сгорания топлива в кольцевой топке 1, выпадает в холодную воронку 5, где температура газов ниже температуры плавления шлака. В холодной воронке 5 шлак гранулируется и в виде твердых гранул ссыпается по наклонным скатам 6, 7 и 9 наружных трубных экранов 3 в окна 8 выхода шлака. Температура элементов холодной воронки 5 и газов в ней будет всегда пониженной из-за постоянной подачи питательной воды через входные коллекторы 12 в трубы 4 наружных 3 и внутренних 2 экранов. Из-за этого образовавшийся шлак не прилипает к наклонным скатам 6, 7 и 9 наружных трубных экранов 3 в холодной воронке и легко скатывается по ним в окна 8 выхода шлака. Все это исключает образование очагов шлакования в холодной воронке 5 и повышает надежность и долговечность работы котла. Этому также способствует отсутствие в холодной воронке 5 огнеупорных материалов, склонных к высокому нагреву и являющихся очагами шлакования.
Хребет 10 каждого ската разделителя 9 потока шлака устанавливается в горизонтальной плоскости перпендикулярно и по центру плоскости внутреннего трубного экрана 2, контактирующего с ним. Это позволит надежно и равномерно разделить шлак, падающий на скаты разделителя 9 потока шлака между двумя рядом расположенными окнами 8 выхода шлака. В вертикальной плоскости этот хребет 10 установлен с уклоном в сторону внутреннего трубного экрана 2, контактирующего с ним и под углом 0-20° к горизонту. Трубы 4 в скатах разделителей 9 потока шлака выполнены параллельно хребтам 10, и все это препятствует расслоению пароводяной смеси в трубах 4. При установке хребта 10 под углом 0° к горизонту и менее произойдет застой воды и пара в трубах 4, а при наклоне 20° к горизонту и более происходит рост шага труб 4 и увеличение ширины межтрубных проставок 13 между ними, что приводит к прогоранию межтрубных проставок 13. Выполнение угла наклона плоскости каждого ската разделителя 9 потока шлака равным 50-60° к горизонту позволяет обеспечить быстрое и надежное удаление шлака с этих скатов 9 и уменьшить шаг между трубами 4 скатов разделителя 9 потока шлака в пределах 1,3-1,7 от диаметра труб. Это обеспечивает надежную работу межтрубных проставок 13 и делает холодную воронку 5 простой и надежной в эксплуатации.
Окна выхода шлака 8 приближены к геометрии шлакоудаляющей установки (традиционно это прямоугольное окно), под ними расположены шлаковые каналы 11, по которым шлак направляется в стандартные шлакоприемные устройства (не показаны). При этом значительно уменьшается (вплоть до исключения) шлаковый комод и масса огнеупорных материалов, защищающих его от нагрева. Это уменьшает не только материалоемкость холодной воронки, но и габариты ее по высоте, снижая в целом общую высоту котла.
Как показали проектно-конструкторские проработки, котлы с кольцевой топкой представляют наиболее эффективными при строительстве новых и модернизации действующих электростанций с энергоблоками мощностью 200 МВт и выше. Использование таких котлов в энергетике позволяет снизить высоту здания котельной на 30-40%, уменьшить металлоемкость и стоимость котла на 10-15%, обеспечить экономичное и бесшлаковочное сжигание низкосортных углей, снизить выбросы из котла оксидов азота на 30-40%.
Предлагаемая холодная воронка позволяет повысить надежность и долговечность работы котла с кольцевой топкой, технологичность ее изготовления, а также снизить высоту холодной воронки и котла в целом, уменьшив при этом материалоемкость котла. Холодная воронка предлагаемой конструкции проста в эксплуатации и может найти применение на действующих и строящихся электростанциях, оборудованных котлами с кольцевой топкой.