КОНТУР КОТЛОВОЙ ВОДЫ РЕАКТОРА С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ И РЕАКТОР С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ С ТАКИМ КОНТУРОМ КОТЛОВОЙ ВОДЫ
REACTOR FEED WATER CIRCUIT WITH FLUIDISED BED AND REACTOR WITH FLUIDISED BED WITH SUCH FEED WATER CIRCUIT

Настоящее изобретение относится к контуру котловой воды котла с псевдоожиженным слоем (ПС котел) и к котлу с псевдоожиженным слоем, имеющему такой контур котловой воды, в соответствии с вводной частью пункта 1 формулы изобретения. Это изобретение в особенности относится к контуру котловой воды котла сверхкритического давления мощностью 400 МВт с циркулирующим псевдоожиженным слоем (ЦПС), функционирующ по прямоточному принципу.
В ПС котлах, как в любых других тепловых энергетических котлах, парообразование, то есть кипячение, предварительно нагретой поступающей воды происходит преимущественно посредством панелей кипятильных трубок, расположенных на внешних стенках топки котла. Вода, подлежащая испарению, по большей части подается или из парового коллектора барабанного котла, или с поверхностей подогрева воды в прямоточном энергетическом котле в нижнюю часть котла с помощью одной или более опускных труб. Опускная труба обычно соединена с множеством впускных патрубков, посредством которых вода вводится во впускные коллекторы, расположенные под топкой, эти впускные коллекторы имеют длину, соответствующую ширине стенок топки. Кипятильные трубки в панелях кипятильных трубок внешних стенок топки в свою очередь соединены с впускными коллекторами для нагрева и испарения воды в кипятильных трубках. Кипятильные трубки внешних стенок соединены верхним концом с выпускными коллекторами и трубами, посредством которых пар направляется дальше для отделения воды и пароперегрева.
Для того чтобы можно было гарантировать равномерное распределение воды в кипятильных трубках панели кипятильных трубок, опускная труба обычно соединена с большим количеством впускных патрубков, которые присоединены с одного конца приблизительно через равные интервалы по всей длине впускных коллекторов. Прямоточные энергетические котлы, которые имеют такое большое количество впускных патрубков, раскрыты, например, в патенте США 4290389, патенте США 3399656 и патенте США 3369526. Патент США 4183330 раскрывает пример ПС котла, имеющего множество подводящих трубопроводов, соединяющих опускные трубы парового барабана с кольцевидным впускным коллектором, подводящим воду к экранным трубам топки.
Опускная труба может быть по существу вертикальной, в силу чего она обычно заканчивается за пределами нижней плоскости котла или его нижней части, может быть повернута горизонтально, имея тогда возможность проходить как таковая под одной из стенок котла. В последнем случае впускные патрубки впускных коллекторов, соединенные со стенкой, могут быть относительно короткими. Особенно, когда присутствуют две опускные трубы, они могут предпочтительно проходить под более длинными боковыми стенками, другими словами, передней стенкой и задней стенкой или в качестве альтернативы под их более короткими боковыми стенками.
Контуры котловой воды, описанные выше, являются рабочими решениями как таковыми, но в больших котлах они могут стать довольно сложными. Контур котловой воды становится особенно сложным, когда решетка топки также охлаждается испарительными трубами и из-за больших размеров решетки топки, предпочтительно, и в барабанных котлах даже необходимо располагать один или несколько впускных коллекторов таким образом, чтобы они проходили в продольном направлении под центральной частью решетки топки. Особенно с котлами с псевдоожиженным слоем размещение впускных патрубков так называемого впускного коллектора решетки является проблематичным, так как также камера всасывания сжижающего воздуха, так называемая воздушная камера, должна быть размещена в котле с псевдоожиженным слоем под решеткой. Если воздушную камеру требуется установить как одну большую неразделенную конструкцию, которая предпочтительна ввиду гомогенного распределения воздуха, то впускной коллектор решетки, как правило, должен быть размещен внутри воздушной камеры. Таким образом, многочисленные впускные патрубки должны быть проведены сквозь воздушную камеру.
Задача настоящего изобретения - обеспечить контур котловой воды котла с псевдоожиженным слоем, который уменьшает проблемы, относящиеся к контурам котловой воды котла с псевдоожиженным слоем в соответствии с предшествующим уровнем техники.
В особенности задача настоящего изобретения - обеспечить простой и надежный контур котловой воды котла сверхкритического давления с циркулирующим псевдоожиженным слоем, работающего по прямоточному принципу.
Другая задача данного изобретения - обеспечить котел с псевдоожиженным слоем, имеющий такой контур котловой воды.
Для того чтобы решить вышеупомянутые проблемы предшествующего уровня техники, контур котловой воды котла с псевдоожиженным слоем и котел с псевдоожиженным слоем, имеющий подобный контур котловой воды, обеспечиваются, и их отличительные признаки представлены в отличительной части независимых пунктов формулы изобретения на устройство.
Таким образом, контур котловой воды котла с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением содержит опускную трубу и множество горизонтальных впускных коллекторов по существу длиной, равной длине передней стенки топки котла, расположенных под топкой котла с псевдоожиженным слоем, панелей кипятильных трубок передней стенки и задней стенки, удлинений кипятильных трубок, присоединенных непосредственно к впускным коллекторам, и каждый впускной коллектор, сообщающийся по потоку с опускной трубой только посредством впускного патрубка, присоединенного к концу впускного коллектора.
Топка котла с псевдоожиженным слоем, как правило, в горизонтальном сечении прямоугольная, и переднюю стенку топки и заднюю стенку топки обычно относят к длинным стенкам топки. Короткие боковые стенки топки предпочтительно могут также охлаждаться в соответствии с настоящим изобретением, но возможно, что подача воды к коротким стенкам топки осуществляется обычным способом, используя множество впускных патрубков. Третья альтернатива, которая особенно становится предметом обсуждения, когда длины длинных или коротких стенок топки сравнительно близки друг к другу, заключается в том, что короткие стенки топки охлаждаются в соответствии с данным изобретением и длинные стенки - обычным способом.
Когда каждый впускной коллектор сообщается по потоку с опускной трубой в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно только с одной опускной трубой, только посредством впускного патрубка, присоединенного к концу впускного коллектора, исключается сложность, вызванная многочисленными впускными патрубками. Присоединение к концу впускного коллектора относится в этом соединении или к впускному патрубку, присоединенному параллельно к впускному коллектору, непосредственно к его концу, или к впускному патрубку, присоединенному к боковой стенке впускного коллектора, но по существу к ближайшему его концу. Такое расположение в соответствии с данным изобретением особенно предпочтительно в больших котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в которых требуется создать неразделенную воздушную камеру, делающую возможным гомогенное течение сжижающего газа. Изготовление таковой сильно затруднено многочисленными подводящими трубопроводами предшествующего уровня техники.
Естественно, недостаток расположения в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что внутренние диаметры впускных коллекторов должны быть достаточно велики, чтобы обеспечивать достаточный поток котловой воды также до дальнего конца впускного коллектора. Требуемый размер впускных коллекторов зависит, таким образом, от количества подаваемой воды, но согласно предпочтительному варианту осуществления внутренний диаметр впускных коллекторов должен составлять, по меньшей мере, 200 мм, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 300 мм. Большие впускные коллекторы как таковые увеличивают затраты, но автор настоящего изобретения неожиданно заметил, что с большими ПС котлами, особенно с прямоточными ЦПС котлами сверхкритического давления, выходная мощность которых составляет, по меньшей мере, 400 мегаватт, предпочтительно использовать вышеописанное очень простое расположение впускных коллекторов для котловой воды.
Особенно, когда контур котловой воды в соответствии с изобретением является сверхкритическим однократным контуром, обеспечивается очень простое и предпочтительное расположение, когда присутствует только одна опускная труба, в силу чего каждый из впускных коллекторов сообщается по потоку с одной общей опускной трубой.
Для решения поставленных задач предложен контур котловой воды котла (10) с псевдоожиженным слоем, содержащий опускную трубу (26) и множество горизонтальных впускных коллекторов (30, 48, 50, 52, 54), по существу имеющих длину, равную длине передней стенки (14) топки (12) котла, расположенных под топкой котла с псевдоожиженным слоем, и панели (18) кипятильных трубок (16) передней стенки (14) и задней стенки (38), удлинения (44, 46) кипятильных трубок передней стенки (14) и задней стенки (38), соединенных непосредственно с впускными коллекторами, причем каждый впускной коллектор сообщается по потоку с опускной трубой (26) только посредством впускного патрубка (28), присоединенного к концу впускного коллектора. Контур отличается тем, что впускные коллекторы содержат впускной коллектор (48) передней стенки, расположенный под передней стенкой (14) топки, и впускной коллектор (50) задней стенки, расположенный под задней стенкой (38) топки, и, по меньшей мере, один впускной коллектор (52, 54) решетки топки под центральной частью решетки топки внутри воздушной камеры (20) котла с псевдоожиженным слоем.
Предпочтительно контур котловой воды является сверхкритическим прямоточным контуром. В предпочтительном варианте каждый впускной коллектор сообщается по потоку только с одной опускной трубой (26). В другом предпочтительном варианте каждый впускной коллектор сообщается по потоку с общей опускной трубой (26).
Один участок удлинений (44) кипятильных трубок в передней стенке (14) может быть соединен непосредственно с впускным коллектором (48) передней стенки, участок удлинений (46) кипятильных трубок в задней стенке (38) соединен непосредственно с впускным коллектором (50) задней стенки, а другой участок (54') кипятильных трубок в передней стенке и другой участок кипятильных трубок в задней стенке проходят параллельно решетке топки в виде трубок (42) решетки, соединенных с впускным коллектором (52, 54) решетки топки.
Предпочтительно диаметр кипятильных трубок (54) в передней стенке (14) и задней стенке (38) меньше диаметра трубок (42) решетки, и каждая кипятильная трубка упомянутого другого участка кипятильных трубок передней стенки и задней стенки соединена с трубкой решетки посредством соединительного элемента (56).
Впускные коллекторы могут содержать два впускных коллектора (52, 54) решетки топки, и упомянутый другой участок удлинений кипятильных трубок в передней стенке (14) соединен с первым впускным коллектором (52) решетки топки, а упомянутый другой участок удлинений кипятильных трубок в задней стенке (38) соединен со вторым впускным коллектором (54) решетки топки.
Предпочтительно внутренний диаметр впускных коллекторов составляет, по меньшей мере, 200 мм, а более предпочтительно, по меньшей мере, 300 мм.
Впускной коллектор (52) решетки топки может быть выполнен с возможностью выполнения функции опорного элемента решетки топки.
Также предложен котел (10) с псевдоожиженным слоем, содержащий вышеописанный контур котловой воды.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения впускные коллекторы содержат впускной коллектор передней стенки, расположенный под передней стенкой топки, впускной коллектор задней стенки, расположенный под задней стенкой топки, и, по меньшей мере, один так называемый впускной коллектор решетки под центральной частью решетки топки. В этом предпочтительном варианте осуществления обычно первый участок удлинений кипятильных трубок в передней стенке топки присоединен непосредственно к впускному коллектору передней стенки, и, соответственно, первый участок удлинений кипятильных трубок в задней стенке топки присоединен непосредственно к впускному коллектору задней стенки. В соответствии с таким расположением не все кипятильные трубки панели кипятильных трубок передней стенки и задней стенки присоединены к вышеупомянутым впускному коллекторуе передней стенки и впускному коллектору задней стенки, но второй участок кипятильных трубок передней стенки и задней стенки продолжается в виде трубок решетки параллельно решетке топки к впускному коллектору решетки. Используя такое расположение, также возможно обеспечить равномерное распределение по всем трубкам решетки. Впускные коллекторы решетки предпочтительно расположены под решеткой топки, внутри воздушной камеры.
Так как требования к прочности трубок решетки выше, чем требования к прочности кипятильных трубок передних стенок и задних стенок, и так как достаточно места должно остаться между трубками решетки для форсунок для сжижающего воздуха, трубки решетки обычно большего диаметра, чем кипятильные трубки стенок. Поэтому каждая труба решетки предпочтительно соединена посредством специального соединительного элемента с кипятильной трубкой вышеупомянутого второго участка кипятильных трубок в передней стенке или задней стенке.
Предпочтительно в больших котлах иметь два впускных коллектора решетки, в силу чего второй участок удлинений кипятильных трубок в передней стенке предпочтительно присоединен к первому впускной коллектор решетки, а второй участок удлинений кипятильных трубок в задней стенке присоединен ко второму впускному коллектору решетки. Кипятильные трубки первого и второго участка предпочтительно чередуются в передней стенке и задней стенке, посредством чего, например, каждая вторая кипятильная трубка передней стенки находится в связи с впускным коллектором передней стенки, и остальные кипятильные трубки находятся в связи с первым впускным коллектором решетки.
Существенное дополнительное преимущество больших впускных коллекторов заключается в том, что они могут быть размещены как опорные элементы нижней части топки, в силу чего они сокращают множество других опорных элементов. Особенно в больших ПС котлах возможно упростить опору центральной части решетки топки, когда большой впускной коллектор решетки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения образует ее часть.
Изобретение будет рассмотрено более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 схематически показывает вид сбоку котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащего контур котловой воды в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 схематически показывает вид в вертикальном разрезе нижней части котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащего контур котловой воды в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 схематически показывает элемент нижней части кипятильных трубок котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.1 показывает ЦПС котел 10 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, содержащий топку 12. Котел в соответствии с изобретением может быть котлом с естественной циркуляцией, другими словами, барабанным котлом, но наиболее предпочтительным является прямоточный энергетический котел сверхкритического давления, который показан, например, на фиг.1. Горизонтальное сечение топки обычно представляет собой прямоугольник, и она (топка) ограничена подом (дно топки), потолком и боковыми стенками, из которых одна длинная боковая стенка, так называемая передняя стенка 14, показана на чертеже. Стенки, ограничивающие топку, обычно изготавливаются в виде экранной конструкции кипятильных трубок, другими словами, из кипятильных трубок 16 и пластин, соединенных газонепроницаемо между ними. Кипятильные трубки и пластины образуют панели 18 кипятильных трубок, которые используются для кипячения воды, то есть для превращения предварительно подогретой питательной воды в пар.
Так называемая воздушная камера 20 расположена под топкой для подвода первичного газа, обычно воздуха, необходимого для горения топлива и для флюидизации (создания) псевдоожиженного слоя, к топке. Другие обычные компоненты ЦПС котла, такие как устройство подачи топлива, спускные каналы для топочных газов и шлака, а также сепараторы частиц и рециркуляционные каналы, относящиеся к ним, также соединены с топкой. Для простоты эти элементы, не относящиеся к настоящему изобретению, не показаны на фиг.1.
Предварительно нагретая питательная вода 22, подаваемая с поверхностей предварительного нагрева воды, так называемого экономайзера, и возможная жидкость, возвращенная из паросепаратора 24, подаются посредством опускной трубы 26 до уровня дна топки, откуда распространяются посредством впускных патрубков 28 во впускные коллекторы 30 испарительных труб в боковых стенках котла. В соответствии с обычной технологией многочисленные впускные патрубки соединены, расположенные приблизительно на равном расстоянии друг от друга по всей длине впускных коллекторов. Это, тем не менее, является особенностью настоящего изобретения, что каждый впускной коллектор 30 соединен по потоку с опускной трубой 26 только посредством впускного патрубка 28, присоединенного к концу впускного коллектора. Чтобы сделать это возможным, диаметр впускных коллекторов 30 должен, конечно, быть достаточным, по существу больше, чем диаметр в расположении предшествующего уровня техники. Внутренний диаметр впускных коллекторов в соответствии с изобретением предпочтительно составляет, по меньшей мере, 200 мм, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 300 мм. Структура впускных труб в соответствии с изобретением очень проста, и она не нарушает расположение устройств, присоединенных к нижней части топки, например конструкцию расширенной, неразделенной воздушной камеры 20.
Вода из впускных коллекторов 30 подводится к панелям 18 кипятильных трубок для испарения и далее в виде пара к выпускным коллекторам 32. Если котел является так называемым барабанным котлом, то силой, перемещающей воду и пар вверх в панели, является вес водяного столба в опускной трубе барабана. Если, в свою очередь, котел является так называемым котлом с принудительной циркуляцией, особенно так называемым прямоточным котлом сверхкритического давления, то движущей силой является давление, создаваемое питательным насосом (не показан на фиг.1). Пар из выпускных коллекторов 32, возможно еще содержащий некоторое количество жидкой воды, подается к разделительному устройству 24 воды и пара [сепаратор пароводяной смеси] посредством труб 34 коллектора. Пар продолжает движение далее по паропроводам 36 к пароперегревателям, расположенным, например, в канале топочных газов.
Фиг.2 схематически показывает упрощенное вертикальное сечение нижней части топки 12 котла с псевдоожиженным слоем, имеющего контур воды в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.2 показывает переднюю стенку 14 и заднюю стенку 38, которые образованы панелями кипятильных трубок топки 12, так же как воздушная камера 20. Фиг.2 также схематично показывает воздушную камеру 20 с форсунками 40 сжижающего газа, которые расположены между трубками 42 решетки.
Удлинения 44, 46 первого участка кипятильных трубок в передней стенке 14 и задней стенке 38 соединены непосредственно с впускным коллектором 48 передней стенки и впускным коллектором 50 задней стенки, соответственно. Впускной коллектор 48 передней стенки и впускной коллектор 50 задней стенки, оба, соединены, как показано на фиг.1, с опускной трубой только посредством впускного патрубка, присоединенного к концу впускного коллектора. Таким образом, поскольку нет других впускных патрубков, соединенных с впускными коллекторами, в соответствии с настоящим изобретением каждое сечение топки 12 является простым, так как нет впускных патрубков впускных коллекторов, затрудняющих подсоединение других устройств к нижней части топки 12.
В варианте осуществления фиг.2 находятся два других впускных коллектора, расположенных внутри воздушной камеры 20, так называемые первый и второй впускные коллекторы 52, 54 решетки. Трубки 42 решетки соединены с впускными коллекторами решетки, каждый из которых предпочтительно соединен с кипятильной трубкой передней стенки 14 или задней стенки 38, как описано ниже. Поскольку впускные коллекторы 52, 54 решетки тоже соединяются, как показано на фиг.1, с опускной трубой только посредством впускного патрубка, присоединенного к концу впускного коллектора, то нет впускных патрубков, соединенных с центральной частью впускных коллекторов 52, 54 решетки, которые мешали бы строению неразделенной воздушной камеры. Данные впускные коллекторы 52, 54 решетки, проходя по всей длине стенок котла, также значительно усиливают конструкцию решетки топки и, таким образом, уменьшают потребность в других несущих конструкциях.
Фиг.3 схематически показывает элемент нижней части кипятильных трубок котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Этот чертеж показывает впускной коллектор 48 передней стенки, первый впускной коллектор 52 решетки и кипятильные трубки, присоединенные к ним. Конечно, чертеж может также показывать, соответственно, кипятильные трубки, присоединенные к впускному коллектору задней стенки и второму впускному коллектору решетки. Как было показано ранее в связи с фиг.2, трубки решетки предпочтительно расположены вдоль центральной части сечения решетки топки, и длина по существу горизонтального участка трубок 42 решетки, параллельных решетке топки, таким образом, приблизительно составляет половину всей ширины решетки топки.
Трубки 42 решетки, присоединенные к первому впускному коллектору 52 решетки, сначала выходят из впускного коллектора решетки на определенное расстояние вверх и затем поворачивают параллельно решетке топки к передней стенке 14, где они снова поворачивают вверх. Поскольку диаметр трубок решетки предпочтительно больше, чем диаметр кипятильных трубок 54, 54' стенки топки, трубки решетки предпочтительно соединяются посредством соединительного элемента 56 с кипятильными трубками 54' стенки топки. Предпочтительно каждая вторая трубка стенки топки относится к так называемому первому участку 54 кипятильных трубок, их удлинения 44, присоединенные непосредственно к впускному коллектору 48 передней стенки, и остальные трубки относятся к так называемому второму участку 54', который соединен посредством соединительных элементов 56 с кипятильными трубками 42 и тем самым с первым впускным коллектором 52 решетки.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на некоторые типичные схемы расположения. Эти схемы расположения были даны не для того, чтобы ограничить объем изобретения, но данное изобретение единственно ограничивается пунктами формулы изобретения и определениями, даваемыми в них.