ПЫЛЕУГОЛЬНЫЙ КОТЕЛ
PULVERIZED COAL-FIRED BOILER

Предлагаемый пылеугольный котел относится к области энергетики и может быть использован на тепловых электростанциях.
Известен пылеугольный котел, содержащий вертикальную экранированную топку с горелками, верхним газовым окном, холодной воронкой, верхний горизонтальный газоход с пакетами пароперегревателя, а также опускной вертикальный газоход с пакетами водяного экономайзера и воздушного подогревателя (аналог - рис. 2 на стр. 258 сборника Паровые котлы большой мощности, изд. ЦКТИ, Л., 1982 г.). Недостатки котла-аналога заключаются в том, что его топка оборудована только горелками и в связи с этим характеризуется повышенным образованием в ее объеме токсичных оксидов азота. Кроме того, недостаток котла-аналога состоит в большой длине паропроводов, что исключает использование компоновочных решений аналога на котлах большой мощности с ультрасверхкритическими параметрами пара, поскольку металл этих паропроводов является чрезвычайно дорогим, т.к. содержит, например, никель.
Относительно короткими паропроводами характеризуется пылеугольный котел-прототип, содержащий топку квадратного сечения с экранированными вертикальными ограждениями, потолком, нижнее газовые окно, холодную воронку, нижний горизонтальный газоход с ширмовыми пароперегревателями острого и вторичного пара, подъемный вертикальный газоход с пакетами пароперегревателей обоих давлений и водяного экономайзера, верхний соединительный горизонтальный газоход, опускной вертикальный газоход с установкой селективного каталитического восстановления оксидов азота и пакетами воздушного подогревателя. В угловых зонах верхней части топки котла-прототипа установлены четырехъярусные тангенциально направленные и горизонтальные горелки и сопла вторичного воздуха, а в нижерасположенной зоне - двухсторонние двухъярусные горизонтально направленные сопла третичного воздуха (прототип - рис. 1 на стр. 57 статьи Шварца А.Л. и др. Разработка технических решений по пылеугольному котлу энергоблока 800 МВт на параметры пара 35 МПа, 700/720°С, Теплоэнергетика, 2015, №12). Пылеугольный котел-прототип имеет связанные между собой недостатки топочных устройств и компоновки газоходов, а также установленных в них устройств. Прототип содержит топку квадратного сечения с четырехъярусными угловыми горелками, направленными тангенциально к условной окружности d=1,8 м при ширине вертикальных стен 19,3 м. Это создает факел с повышенными опускной скоростью и концентрацией недогоревшей пыли в приосевой зоне топки. Струи вторичного и третичного воздуха, особенно нижних ярусов, не обеспечивают равномерное перемешивание реагентов при высоком, характерном для прототипа, теплонапряжении поперечного сечения топки, поэтому в продуктах сгорания на выходе из топки ожидается повышенная концентрация недогоревшей пыли в приосевой зоне и локальное шлакование ширмовых пароперегревателей, а на некоторых периферийных участках поперечного сечения - повышенное содержание оксидов азота. Именно поэтому в вертикальном опускном газоходе предусмотрены дорогостоящие и малонадежные пакеты селективного каталитического восстановления оксидов азота, а конструкция вертикального подъемного газохода усложнена. При паровой или газоимпульсной очистках пакетов водяного экономайзера будет происходить повышенный эрозийный износ золовыми конгломератами труб водяного экономайзера и нижерасположенного пакета пароперегревателя, поскольку удаленные с поверхности труб водяного экономайзера золовые конгломераты под действием силы тяжести будут двигаться вниз, а под действием силы тяги - вверх.
Техническая задача заявляемого пылеугольного котла заключается в повышении надежности, экономичности и экологической эффективности его работы путем устранения указанных выше недостатков пылеугольного котла-прототипа. Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении догорания пыли в приосевой зоне, устранении повышенного шлакования ширмовых пароперегревателей и снижении содержания оксидов азота на периферийных участках топки и достигается тем, что известный пылеугольный котел, содержащий вертикальную экранированную топку прямоугольного сечения и установленные в ее верхней части тангенциально направленные горелки и воздушные сопла, нижнее газовое окно, нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, холодные воронки в нижней части топки, вертикальные подъемный и опускной газоходы с пакетами пароперегревателя острого и вторичного пара, водяного экономайзера и воздушного подогревателя, согласно изобретению снабжен дополнительными вертикальным подъемным и опускным газоходами, подсоединенными к топке котла через дополнительный нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, топка снабжена однорядными горелками, а также вышерасположенными соплами вторичного воздуха и нижерасположенными соплами третичного воздуха, которые установлены рассредоточенно по ширине больших стен топки по встречно-смещенной схеме, газовые окна и нижние горизонтальные газоходы с ширмами пароперегревателей размещены напротив друг друга, выше газовых окон расположены аэродинамические выступы малых стен топки, в нижней части топки размещены четырехскатные холодные воронки, причем в нижних горизонтальных и подъемных вертикальных газоходах с одной стороны котла установлены ширмы и пакеты острого пара, а с противоположной - ширмы и пакеты вторичного пара.
Пылеугольный котел иллюстрирован чертежом, на котором дан разрез по ширине топки и по подъемным вертикальным газоходам. Кроме того, на чертеже показан разрез по А-А подъемного и опускного газоходов левой стороны котла, причем с правой стороны котла принципиальная конструкция газоходов аналогична. В верхней части топки 1 расположены центры выходных сечений горелок и сопл 2. Внизу топки расположены холодные воронки шлакоудаления 3. Поток дымовых газов внизу топки 1 делится на два потока: правый и левый. С правой стороны топки расположено газовое окно горизонтального газохода 4, ширма острого пара 5. Для равномерного входа газов в газовое окно горизонтального газохода 4 размещен аэродинамический выступ 6. С левой стороны расположено газовое окно горизонтального газохода 7, ширма вторичного пара 8. Аналогично с правой стороной размещен аэродинамический выступ 9. С правой стороны котла находится вертикальный газоход 10, в котором размещены пакеты пароперегревателя острого пара 11, под ними размещен скос 12, направленный в четырехскатную холодную воронку 13. Вертикальный газоход 10 соединяется соединительным горизонтальным газоходом 14 с опускным вертикальным газоходом, который заканчивается коробом уходящих газов 15. С левой стороны котла находится вертикальный газоход 16, в котором размещены пакеты пароперегревателя вторичного пара 17, под ними размещен скос 18, направленный в четырехскатную холодную воронку 19. Вертикальный газоход 16 соединяется соединительным горизонтальным газоходом 20 с опускным вертикальным газоходом 21, в котором размещены: экономайзер 22, пакеты воздушного подогревателя 23. Аналогичное размещение поверхностей нагрева имеет место и с правой стороны котла (на чертеже не показано). С левой стороны опускной вертикальный газоход 21 соединяется с коробом уходящих газов 24. Паропроводы острого пара 25 размещены с правой стороны котла, а вторичного пара 26 - с левой стороны.
Пылеугольный котел работает следующим образом. В верхнюю часть прямоугольной экранированной топки 1 через рассредоточенные по ширине ее больших вертикальных стен горелки вводится пылевоздушная смесь из углеразмольных мельниц (на чертеже не показаны), через вышерасположенные и рассредоточенные по ее ширине однорядные сопла вводится вторичный воздух, а через нижерасположенные однорядные сопла, также рассредоточенные по ширине топки 1, - третичный воздух. Центры выходных сечений 2 горелок и сопл показаны на задней стене топки 1 путем пересечения осевых линий. На фронтальной стене топки 1 центры выходных сечений 2 горелок и сопл размещены по встречно-смещенной схеме. Рассредоточенное по ширине топки, а также по длине отдельных факелов горелок ступенчатое сжигание угольной пыли сопровождается тем, что образующиеся продукты сгорания более эффективно охлаждаются экранами топочных стен, содержат близкое к нормативному значению количество топливных оксидов азота и практически не содержат термических оксидов азота. Продукты сгорания поступают в газовые окна 4, 7 достаточно охлажденными и не вызывающими шлакование ширмовых пароперегревателей острого пара 5 и вторичного пара 8. Аэродинамические выступы 6 и 9 способствуют более значительному, чем в котле-прототипе, инерционному выпадению золы из продуктов сгорания в холодные воронки 3, причем в данном случае они выполнены четырехскатными в количестве пяти штук. За счет теплоизлучения на их скаты, которые имеют более значительную, чем в прототипе, эффективную поверхность нагрева, будет обеспечено более существенное, чем в прототипе, охлаждение продуктов сгорания перед газовыми окнами горизонтальных газоходов 4 и 7, т.е. исключено шлакование ширм острого 5 и вторичного 8 пара. В правом подъемном вертикальном газоходе 10 продукты сгорания отдают тепло пакетам пароперегревателя острого пара 11. Крупные золовые частицы, падающие с труб пакетов 11, могут транспортироваться вдоль скоса 12 в четырехскатную холодную воронку 13 газохода 10. Продукты сгорания проходят через соединительный горизонтальный газоход 14 и попадают в вертикальный опускной газоход, который на чертеже не показан, а затем - в короб уходящих газов 15 правой стороны котла. Как это видно на разрезе А-А, прошедшие через просветы между ширмами вторичного пара 8 продукты сгорания поступают в вертикальный подъемный газоход 16, где отдают тепло пакетам пароперегревателя вторичного пара 17. Крупная зола, падающая с труб пакетов 17, может транспортироваться вдоль скоса 18 в четырехскатную холодную воронку 19 газохода 16. Затем продукты сгорания, пройдя через соединительный горизонтальный газоход 20, поступают в опускной вертикальный газоход 21, где они отдают тепло пакетам водяного экономайзера 22 и пакетам воздушного подогревателя 23, после чего удаляются из котла через короб уходящих газов 24 левой стороны котла. При поддержании минимальных впрысков воды в тракт вторичного пара, что экономически целесообразно, требуемая температура вторичного пара в паропроводах 26 поддерживается за счет изменения расхода продуктов сгорания через короба уходящих газов левой 24 и правой 15 сторон котла. Требуемая температура острого пара в паропроводах 25 будет обеспечиваться как за счет изменения расхода продуктов сгорания через короб уходящих газов 15, так и за счет изменения расхода питательной воды на впрыски в тракт пароперегревателя острого пара. Размещение паровой турбины вдоль фронта заявляемого пылеугольного котла, а не перпендикулярно ему согласно типовой компоновке ТЭС, при разнесении паропроводов острого и вторичного пара по противоположным друг другу газоходам, позволит дополнительно уменьшить длину связывающих котел и турбину дорогостоящих паропроводов, а также уменьшить с 45 м до 20-25 м длину мостового крана турбинного и электрического цехов ТЭС, что значительно увеличит надежность его эксплуатации.
Таким образом, благодаря двусторонней компоновке газоходов котла, прямоугольной топке и рассредоточению по ее ширине однорядных горелок и сопел, размещению пакетов пароперегревателей острого и вторичного пара в разных газоходах обеспечивается повышение надежности, экономичности и экологической эффективности работы заявляемого пылеугольного котла и тепловой электростанции в целом.