СПОСОБ ЭВАКУАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ПОЛИФРАКЦИОННОЙ ЗОЛОГАЗОВОЙ СМЕСИ ИЗ ТОПКИ КОТЛА В АТМОСФЕРУ
METHOD OF DISPOSAL OF DISPERSED POLY-FRACTION ASH-GAS MIXTURE FROM BOILER FURNACE TO ATMOSPHERE

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах, сжигающих пыль твердого топлива со сбросом зологазовых отходов через дымовую трубу в атмосферу.
Известен способ эвакуации дисперсной полифракционной зологазовой смеси из топки в атмосферу путем последовательной ее подачи в поворотный газоход с пароперегревателем, в опускной газоход с экономайзером и воздухоподогревателем, в золоочистительные установки и дымовую трубу (М.А.Стырикович, К.Я.Катковская, Е.П.Серов Парогенераторы электростанций. Энергия, М. - Л., 1966, с.118-119, рис.8-4, 8-5, 8-6). Недостатком способа является повышенная активность золового износа воздухоподогревателя и связанная с этим необходимость частых ремонтов и замены его элементов. Кроме того, имеют место высокие энергетические и материальные затраты на очистку газов от золы перед их выводом в атмосферу.
Известен также способ эвакуации дисперсной полифракционной зологазовой смеси из топки котла в атмосферу путем последовательной ее подачи в поворотные газоходы с пароперегревателями, в опускные газоходы с экономайзерами и воздухоподогревателями, в золоочистительные установки и дымовую трубу с разделением зологазовой смеси в поворотном газоходе на два потока (авторское свидетельство СССР №1343174, МПК F22В 37/40; Б.И. №37 от 1987 г.).
Недостаток способа - высокая активность золового износа воздухоподогревателей, наличие повышенных затрат на очистку газов от золы перед выводом в атмосферу.
Наиболее близким является способ эвакуации дисперсной полифракционной зологазовой смеси из топки котла в атмосферу путем последовательной ее подачи в поворотный газоход с пароперегревателем, в систему опускных газоходов с экономайзером и воздухоподогревателем, в золоочистительные установки и дымовую трубу с разделением смеси в поворотном газоходе на два потока и выводом частиц золы с линейным размером больше 20 мкм (Л.Н.Сидельковский, С.Н.Юренев. Парогенераторы промышленных предприятий. Энергия, М., 1978, с.196, рис.13-9; с.261-263). Недостаток способа - также повышенная активность золового износа воздухоподогревателей, наличие повышенных затрат на очистку газов от золы перед выводом в атмосферу.
Задача настоящего изобретения - снижение активности золового износа воздухоподогревателей, увеличение межремонтного срока, уменьшение затрат на очистку газов от золы перед выводом в атмосферу.
Для решения этой задачи при эвакуации дисперсной полифракционной зологазовой смеси из топки котла в атмосферу путем последовательной ее подачи в поворотный газоход с пароперегревателем, в систему опускных газоходов с экономайзером и воздухоподогревателем, в золоочистительные установки и дымовую трубу с разделением смеси в поворотном газоходе на два потока и выводом частиц золы с линейным размером больше 20 мкм согласно изобретению частицы золы с линейным размером больше 20 мкм одного разделенного потока выводят в другой, очищенный от крупных частиц поток направляют в опускной газоход с воздухоподогревателем, а насыщенный золой поток направляют в опускной газоход с экономайзером, после воздухоподогревателя и экономайзера потоки с различной концентрацией золы подают в индивидуальные золоочистительные установки.
Выводом из одного потока в другой крупных частиц золы с линейным размером больше 20 мкм достигается существенное изменение полифракционного состава дисперсной зологазовой смеси. При сохранении сечения тракта воздухоподогревателя и его конструкции после разделения потоков уменьшаются расход и скорость набегания зологазовой смеси на трубы воздухоподогревателя. Поскольку абразивный износ труб воздухоподогревателя осуществляют в основном частицы золы с размерами больше 20 мкм, а скорость (активность) износа определяется скоростью набегающего потока зологазовой смеси, то подачей очищенного от крупных частиц потока в опускной газоход с воздухоподогревателем при одновременном снижении в нем расхода и скорости поступающего газа после разделения потоков по газоходам добиваются снижения активности абразивного износа воздухоподогревателя и, как следствие, продления межремонтного периода газового тракта котла. При этом проблем по абразивному износу экономайзера при его известном существующем конструктивном ширмовом исполнении не возникает; более того, появление избыточной массы золы в набегающем потоке компенсируется снижением его скорости. Подачей предварительно очищенного от крупных частиц и насыщенного золой потока газов на индивидуальные золоочистительные установки после предварительной очистки части потока в поворотном газоходе добиваются снижения экономических и материальных затрат на очистку.
При реализации предложенного способа в газовом тракте топливо (предварительно подготовленная твердотопливная пыль) и воздух через горелки поступают в топку, под влиянием высокой температуры вступают в реакцию с выделением тепла и образуют дисперсный полифракционный факел. Тепло факела передается размещенным на боковых, задней и фронтовой стенах трубным экранам с пароводяной смесью. Последняя, нагреваясь, охлаждает факел. Летучие вещества и углеродные частицы топлива выгорают, образуя дымовые газы; оставшиеся в газах частицы золы образуют зологазовую смесь; последняя через окно поступает в поворотный газоход с пароперегревателями, перегревая пар до расчетного уровня, зологазовая смесь разгоняется на участке до скорости, достаточной для вовлечения крупных частиц золы больше 20 мкм в прямоточное движение, которые в потоке попадают в газоход с экономайзером; часть газов в потоке с частицами золы меньше 20 мкм выходит в приемную полость и затем в газоход с воздухоподогревателем; в опускных газоходах газовые потоки отдают тепло нагреваемым воде в экономайзере и воздуху в воздухоподогревателе; охлажденная зологазовая смесь с потоками и поступает в индивидуальные золоотделители и соответственно, где происходит очистка газов до нормативных допустимых концентраций перед входом в дымососы, дымовую трубу и сбросом в атмосферу. Выводом из зологазового потока в поток крупных частиц золы с линейным размером больше 20 мкм, подачей очищенных от крупных частиц потока в опускной газоход с воздухоподогревателем при одновременном снижении в нем расхода и скорости поступающего газа достигают минимизации активности износа труб, продления срока службы воздухоподогревателя, снижения затрат на его ремонт. Распределением потоков и по индивидуальным золоотделительным устройствам и после предварительной очистки потока в поворотном газоходе добиваются снижения общих затрат на золоочистку. Проблема продления срока службы экономайзера решается ширмовой компоновкой труб с одновременным снижением скорости газов в газоходе.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема движения потоков в газовом тракте котла с инерционным разделением зологазовой смеси в поворотном газоходе; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема движения потоков в газовом тракте котла с сепарационным разделением зологазовой смеси в поворотном газоходе; на фиг.5 - разрез по В-В на фиг.4; на фиг.6 - схема движения потоков в газовом тракте котла с комбинированным разделением зологазовой смеси в поворотном газоходе; на фиг.7 - разрез по Г-Г на фиг.6.
Предлагаемый способ реализуется в газовом тракте котла на фиг.1, 2, 3, включающем в себя вертикальную призматическую топку 1 квадратного сечения с боковыми, задней и фронтовой стенами 2, 3, 4 соответственно; на фронтовой стене 4 размещены горелки 5 для ввода топлива (твердотопливной пыли) и воздуха, верхняя часть топки 1 ограничена потолком 6, нижняя - подом 7, боковая, задняя и фронтовая стены 2, 3, 4, потолок 6 и под 7 экранированы трубами 8 с нагреваемой пароводяной смесью, в верхней части топки 1 на задней стене 3 выполнено окно 9 для эвакуации газообразных продуктов сгорания - высокотемпературной дисперсной полифракционной зологазовой смеси; сверху окно 9 примыкает к потолку 6, сбоку - ограничено боковыми стенами 2; с противоположной стороны топки к окну 9 примыкает поворотный газоход 10, ограниченный сверху потолком 11, сбоку боковыми стенами 12, снизу - подом 13, с торца - задней стеной 14, размещенной напротив окна 9 для вывода из топки 1 и ввода в поворотный газоход 10 зологазовой смеси; потолок 6 топки 1 и потолок 11 поворотного газохода 10 размещены в общей горизонтальной плоскости 15, а боковые стены 2 топки 1 и боковые стены 12 поворотного газохода 10 имеют общие вертикальные плоскости 16, внутри поворотного газохода 10 размещены пароперегреватели 17 из трубчатых элементов для перегрева пароводяной смеси, поступающей из экранных труб 8, с превращением ее в пар; в поду 13 со стороны задней стены 14 выполнено окно 18 для выпуска зологазовой смеси; к окну 18 примыкает инерционный разгонный участок 19 с боковыми стенами 20, задней стеной 21 и фронтовой стеной 22; боковые стены 12 поворотного газохода размещены в общих вертикальных плоскостях 16, а задняя стена 14 поворотного газохода 10 и задняя стена 21 разгонного участка находятся в одной вертикальной плоскости 23; в нижней части разгонный участок имеет окно 24 для выпуска зологазовой смеси; к окну 24 примыкает опускной газоход 25 с боковыми стенами 26, задней стеной 27 и фронтовой стеной 28; боковые 26 находятся в общих вертикальных плоскостях 16 участка 19, а также с боковыми стенами 12 и 2 поворотного газохода 10 и топки 1 соответственно; задняя стена 27 опускного газохода 25 находится в одной вертикальной плоскости 23 с задними стенами 21 и 14 соответственно разгонного участка 19 и поворотного газохода 10; фронтовая стена 28 опускного газохода 25 смещена в направлении топки 1 и образует с задней стеной 22 разгонного участка 19 окно 29 для выпуска очищенных газов; к окну 29 примыкает приемная полость 30; в опускном газоходе 25 размещен трубчатый экономайзер 31 (нагревающий воду перед ее подачей в экранные трубы 8); в нижней части опускного газохода 25 выполнено окно 32, к последнему - последовательно золоотделители 33 и 34 соответственно для вывода из зологазового потока последовательно крупных и мелких фракций; золоотделители 34 через газоходы 35 с шиберами-регуляторами расхода 36 подключены к дымососам 37 и дымовой трубе 38; приемная полость 30 ограничена сверху элементами пода 13 поворотного газохода 10 и задней стены 22 разгонного участка 19, в нижней части полости 30 выполнено окно 39, к этому окну подключен опускной газоход 40 с трубчатым воздухоподогревателем 41; газоход 40 имеет боковые стены 42, заднюю стену 43 и фронтовую стену 4; боковые стены 42 и 26 опускных газоходов 40 и 25 находятся в общих вертикальных полостях 16, стены 28 и 43 опускных газоходов 25 и 40 совмещены, имеют общую вертикальную плоскость 45, фронтовая стена 44 опускного газохода 40 с воздухоподогревателем 41 смещена относительно задней стены 3 топки 1, между этими стенами образован проход для осмотра и обслуживания; в нижней части опускного газохода 40 выполнено окно 46 для выпуска газов из воздухоподогревателя 41; к окну 46 подключены соединительные газоходы 47 и золоотделители мелких фракций 48, последние через газоходы 49 с шиберами-регуляторами расхода 50 подключены к дымососам 37 и дымовой трубе 38.
При реализации предложенного способа в газовом тракте на фиг.1, 2, 3 топливо (предварительно подготовленная твердотопливная пыль) и воздух через горелки 5 поступают в топку 1, под влиянием высокой температуры вступают в реакцию с выделением тепла и образуют дисперсный полифракционный факел. Тепло факела передается размещенным на боковых, задней и фронтовой стенах 2, 3, 4 трубным экранам 8 с пароводяной смесью. Последняя, нагреваясь, охлаждает факел. Летучие вещества и углеродные частицы топлива выгорают, образуя дымовые газы; оставшиеся в газах частицы золы образуют зологазовую смесь; последняя через окно 9 поступает в поворотный газоход 10 с пароперегревателями 17, перегревая пар до расчетного уровня, зологазовая смесь разгоняется на участке 19 до скорости, достаточной для вовлечения крупных частиц золы больше 20 мкм в прямоточное движение, которые в потоке 52 попадают в газоход 25 с экономайзером 31; часть газов в потоке 53 с частицами золы меньше 20 мкм выходит в приемную полость 30 и затем в газоход 40 с воздухоподогревателем 41; в опускных газоходах 25 и 40 газовые потоки 52 и 53 отдают тепло нагреваемым воде в экономайзере 31 и воздуху в воздухоподогревателе 41; охлажденная зологазовая смесь с потоками 52 и 53 поступает в индивидуальные золоотделители 33, 34 и 48 соответственно, где происходит очистка газов до нормативных допустимых концентраций перед входом в дымососы 37, дымовую трубу 38 и сбросом в атмосферу. Выводом из зологазового потока 51 в поток 52 крупных частиц золы с линейным размером больше 20 мкм, подачей очищенных от крупных частиц потока 53 в опускной газоход 40 с воздухоподогревателем 41 при одновременном снижении в нем расхода и скорости поступающего газа достигают минимизации активности износа труб, продления срока службы воздухоподогревателя 41, снижения затрат на его ремонт. Распределением потоков 52 и 53 по индивидуальным золоотделительным устройствам 33, 34 и 48 после предварительной очистки потока 52 в поворотном газоходе 10 добиваются снижения общих затрат на золоочистку. Проблема продления срока службы экономайзера 31 решается ширмовой компоновкой труб с одновременным снижением скорости газов в газоходе 25.
Предлагаемый способ может быть реализован в газовом тракте котла на фиг.4, 5, имеющем те же обозначения, что и газовый тракт котла на фиг.1, 2, 3. Особенностью газового тракта котла на фиг.4, 5 является наличие сепарационных пластин и отсутствие приемной полости 30 и разгонного участка 19. Кроме того, газоход 25 с экономайзером 31 смещен к топке 1, а газоход 40 с воздухоподогревателем 41 - к задней вертикальной плоскости котла 23. Задняя стена 27 газохода 25 с экономайзером 31 совмещена с фронтовой стеной 44 газохода 40 с воздухоподогревателем 31, обе стены 27 и 44 находятся в общей вертикальной разделительной плоскости 45.
Способ эвакуации зологазовой смеси из топки 1 в дымовую трубу 38 реализуется в основном также, как и в газовом тракте на фиг.1, 2, 3. В отсутствие разгонного участка 19 и приемной полости 30 разделение потоков 52 и 53 и вывод крупных частиц золы с линейным размером больше 20 мкм происходят на сепарационных пластинах 54.
Способ может быть реализован также в газовом тракте котла на фиг.6, 7. Этот тракт дополнительно оснащен инерционной пластиной и каналом 56 эвакуации золы 57. Система из пластин 55 и 54 образует двухступенчатый вывод частиц золы с линейным размером больше 20 мкм.
Способ реализуется также, как и в газовом тракте на фиг.4, 5. Наличие инерционной пластины 55 усиливает эффект вывода крупных частиц из потока 53 в поток 52 и снижает дополнительно общие затраты на очистку газов перед их сбросом в атмосферу.
Практическое использование способа связано с тепловыми электростанциями, сжигающими высокозольный уголь с высокоабразивными свойствами зольного остатка. Устройства разделения потоков и выделения крупных фракций из одного потока в другой могут быть размещены в поворотных газоходах 10 котлов различной мощности.