ПАРОВОЙ КОТЕЛ С ТОПКОЙ ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ (ТВС)

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к паровым котлам и может быть использована для сжигания низкокалорийного твердого топлива.
Известен паровой котел с реактором кипящего слоя, содержащий каркас, закрепленные в каркасе топочную камеру с фронтовой, задней и боковыми стенами, фронтовым, задним и боковыми экранами, выполненными из труб, с верхними и нижними коллекторами, при этом задний экран на уровне нижнего барабана выполнен отогнутым к фронтовой стене и снабжен вверху фестоном, а один из боковых экранов в верхней части выполнен отогнутым к другому боковому экрану с образованием потолочного экрана топочной камеры, устройство для сжигания топлива - реактор кипящего слоя с воздухораспределительной решеткой, установленной под топочной камерой, устройство ввода топлива, устройство возврата уноса, сопла для подачи вторичного воздуха в топочную камеру, горизонтальный газоход, сверху и снизу ограниченный соответственно верхним и нижним барабанами, примыкающий к топочной камере со стороны заднего экрана, размещенные в горизонтальном газоходе конвективный пароперегреватель и испарительный пучок, выполненный из труб, подключенных своими концами соответственно к верхнему и нижнему барабанам, устройство регулирования температуры пара, отличающийся тем, что экраны, одновременно являющиеся стенами топочной камеры и выполненные газоплотными из труб, жестко связанных проставками, расположены по всей площади внутренней поверхности топочной камеры, при этом котел снабжен радиационно-конвективным пароперегревателем, установленным на фронтовой стене, крайние боковые трубы испарительного пучка жестко соединены проставками с образованием газоплотных боковых ограждающих стен горизонтального газохода, а сопла для подачи вторичного воздуха установлены преимущественно на боковых стенах топочной камеры над воздухораспределительной решёткой (RU 142006. 20.06.2014).
Недостатком известного котла являются:
- сложность изготовления и монтажа ввиду применения газоплотного исполнения, большое количество монтажных сварных швов (вызванное особенностью монтажа), что определяет высокую трудоемкость;
- высокий показатель абразивного износа поверхностей нагрева;
- ремонт становится трудоемким, замена труб приведет к долгосрочному ремонту.
Техническая проблема, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в расширении арсенала технических средств и создании парового котла для сжигания низкокалорийного твердого топлива с максимально возможным КПД, по сравнению с известными аналогами такого типа котлов, параметры которого устраняют указанные выше недостатки и обеспечивают улучшение эксплуатационных характеристик.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в увеличении КПД котла вследствие более эффективного сжигания твердого топлива и повышение эксплуатационной надежности парового котла с топочным устройством (топкой) и ремонтопригодности.
Указанный технический результат достигается в паровом котле с топочным устройством кипящего слоя (ТКС) для сжигания твердого топлива, содержащем силовой каркас котла, в котором установлены топка с передним и задним топочными экранами, нижний и верхний барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб и расположенные вдоль продольной оси котла, нижние и верхние коллекторы топочных экранов, нижние из которых снизу соединены с трубами топочных экранов, а верхние коллекторы сверху соединены с трубами топочных экранов, при этом коллекторы связаны с барабанами при помощи опускных и пароотводящих труб, при этом топка содержит боковые топочные передний и задний экраны, каждый из которых разделен на два экрана: левый и правый, и выполнена с водоохлаждаемой решеткой, на которой расположены сменные чугунные колпачки с отверстиями, выполненными с возможностью подачи для эффективного сжигания топлива под давлением воздуха для создания псевдоожиженного слоя, при этом в основании топочной камеры топки установлено ТКС.
Боковые экраны оснащены крепежными узлами для оборудования боковых экранов защитными чугунными элементами для предохранения от абразива поверхности нагрева “погруженные” в зону активного горения.
Задний топочный экран в верхней половине топки отогнут в сторону переднего топочного экрана с углом наклона не менее 15° к горизонтальному сечению топки с организацией фестонной разводки труб на отогнутом участке. Такое решение позволяет добиться равномерности газового потока и более полного тепловосприятия поверхностями нагрева.
Трубы топочных экранов и конвективный пучок труб имеют исполнение из труб Ø51×4,0 мм, что увеличивает межремонтный период и надежность котла.
Конвективный пучок труб имеет межосевое расстояние не менее 3750 мм.
Конвективный пучок труб образует конвективный блок, под которым расположена система возврата уноса из бункеров, подключенная к нижней части заднего топочного экрана на уровне 1500 мм от плоскости решетки.
Конвективный блок котла образует поверхность нагрева с коридорным расположением труб для образования дополнительной поверхности нагрева, что увеличивает КПД котла вследствие более эффективного сжигания твердого топлива и повышение эксплуатационной надежности парового котла с топочным устройством (топкой с ТКС).
Заявленная полезная модель направлена на создание парового котла с максимально возможным КПД, по сравнению с известными аналогами такого типа котлов, с высокой надежностью эксплуатации и ремонтопригодности. В топке (топочном объеме) котла установлено ТКС, которое эффективно организует выделение тепла сгоревшего топлива, конструкция топочного и конвективного пространства позволяет достичь высоких показателей тепловосприятия поверхностями нагрева, и уменьшает возможность образования застойных зон; больший топочный объем совместно с вторичным дутьем позволяет увеличить время пребывание частичек угля в зоне горения, что способствует его более полному выгоранию и увеличению КПД котла; сечение для прохода дымовых газов в конвективном пучке подобрано с меньшей скоростью газов, что позволяет добиться меньшего абразивного износа и увеличения срока службы поверхностей нагрева. Данные скорости также позволяют достичь гравитационной сепарации недогоревших частичек топлива и возврата системой возврата уноса на догорание, приводит к увеличению КПД котла; выполнение топки со сменными специально разработанными чугунными колпачками с отверстиями, через которые под давлением подается необходимое для эффективного сжигания топлива количество воздуха, создает псевдоожиженный (кипящий) слой, что повышает эффективность сжигания топлива.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид парового котла с ТКС для сжигания твердого топлива; на фиг.2 - разрез А-А по фиг. 1; на фиг. 3 – принципиальная схема парового котла с ТКС для сжигания твердого топлива.
Паровой котел 1 с ТКС 2 для сжигания твердого топлива представляет собой единую блочную конструкцию, опирающуюся на несущую металлоконструкцию – основание (единое основание (силовой каркас котла 1) позволят произвести более точное соединение топочных экранов и конвективного пучка). Блочная конструкция состоит из трубной системы, комплектов трубопроводов пара и воды, внешнего каркаса обшивки и изоляции, топки с ТКС, системы возврата уноса; комплекта навесных металлоконструкций обслуживания (площадки, помосты и лестницы) и металлоконструкций обеспечивающих подвод воздуха и топлива в топку и отвод очаговых продуктов сгорания. Подача топлива осуществляется с фронтовой стороны парового котла.
Внешний каркас котла представляет собой единую сборную металлоконструкцию являющейся несущим основанием топочных, конвективного блоков котла. Также внешний каркас является опорной конструкцией для установки изоляции, обшивочных листов и навесных металлоконструкций, обеспечивающих свободный доступ для обслуживающего персонала к элементам котла.
Паровой котел 1 с ТКС 2 предусматривает короб ввода топлива 3 и содержит экранированную топку с боковыми 6, передним 5, задним 7 топочными экранами, верхний 9 и нижний 10 барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб 8. Причем трубы топочных экранов снизу соединены с нижними коллекторами, а сверху соединены с верхними коллекторами. Конвективный блок в основании оснащен коробами системы возврата уноса 11, сообщенной с дутьевым вентилятором, обеспечивающий возврат унесенных недогоревших частиц в зону топки с высокой температурой газового потока. В основание топки (топочной камеры) установлено ТКС 2, имеющие с боков крепежные элементы позволяющие обеспечить плотное примыкание ее к экранам котла.
Набор топочных экранов (трубных панелей) 5-7 представляет собой блок топки и закреплены на металлоконструкции, обеспечивающей надежную сборку в единый блок котла, выполняющей функцию каркаса для крепления изоляции и обшивочных листов. Боковые топочные экраны 6 представляют собой передний 5 и задний 7 экраны, каждый из которых разделен на два экрана: левый и правый. Таким образом, передней блок топки выполнен из трех топочных экранов: переднего 5 (фронтовой), бокового переднего левого 4 и бокового переднего правого 12, а задний блок также выполнен из трех топочных экранов: заднего 7, боковой заднего левого 13 и боковой заднего правого 14.
Все топочные экраны образуются набором параллельно установленных труб сложной формы (имеющих отклонение от прямолинейной формы и изгибающейся под несколькими углами) диаметром 51 мм с толщиной стенке не менее 4 мм, закрепленных сварочным швом не менее чем в двух коллекторах диаметром 219 мм с толщиной стенки не менее 8 мм. Шаг между труб в панели составляет 55 м. Трубы выполнены с отгибкой в месте примыкания к коллектору и введены в него образуя шахматный ряд. Зазор в свету между образующих труб в панели составляет 4 мм. Экраны 6 и 7 имеют в основание топки крепежные узлы для установки защитных чугунных элементов 15 (см. фиг. 2), предотвращающего абразивный износ труб экрана.
Причем задний топочный экран 7 отогнут в сторону переднего топочного экрана 5 с образованием аэродинамического выступа, ниже аэродинамического выступа - наклонен под углом 15÷30° к продольной оси котла 1, в верхней половине топки - отогнут в сторону конвективного пучка труб 8 параллельно переднему топочному экрану 5 с организацией фестонной разводки труб на отогнутом участке.
Блок топки имеют следующие геометрические размеры:
1. Передний экран 5: 1660 мм в ширину по осям нижних коллекторов, 230 мм в ширину по осям верхних коллекторов и 8010 мм в высоту по осям между нижними и верхними коллекторами. Высота переднего экрана 5 по осям коллекторов составляет не 4000 мм, в зависимости от условий сжиганий. Боковой передний правый экран 12 в верхней части отогнут в сторону бокового переднего левого экрана 4 под углом двенадцать (12) градусов относительно горизонта. В нижней части боковые экраны 6 (4, 12) имеют отгибку труб во внутренний объем топки и формируют в основание геометрию, обеспечивающую плотное примыкание ТКС 2. Нижняя часть трубы боковых экранов 6 отогнута на тринадцать (13) градусов.
2. Задний экран 7: 2930 мм в ширину по осям нижних коллекторов, 230 мм в ширину по осям верхних коллекторов и 4930 мм в высоту по осям между нижними и верхними коллекторами. Высота заднего экрана 7 составляет 6310 мм по осям между нижними и верхними коллекторами. Боковой задний правый экран 14 в верхней части отогнут в сторону бокового заднего левого экрана 13 под углом двенадцать (12) градусов относительно горизонта. Задний экран 7 имеет сложную геометрическую форму глубиной (в продольном сечение блока) 2335 мм по осям труб. В основание экрана 7 трубы исходящие из нижних коллекторов отогнуты к тыловой части под углом сорок восемь (48) градусов к горизонту переходящие в вертикальный участок длиной не менее 690 мм с последующей отгибкой их к передней части экрана 5 под углом в 15÷30° к продольной оси котла 1. В верхней части выполнен вертикальный участок образующий фестон котла 1 (испарительную поверхность нагрева на выходе из топки).
Конвективный пучок труб 8 образует конвективный блок, под которым расположена система возврата уноса 11 из бункеров, подключенная к нижней части заднего топочного экрана 7 на уровне 1500 мм от плоскости водоохлаждаемой решетки.
Конвективный блок котла образует поверхность нагрева с коридорным расположением труб. Трубы конвективного пучка заведены в верхний 9 и нижний 10 барабаны. Продольный и поперечный шаг пучка составляет 95 мм и 110 мм. Расстояние по осям барабанов составляет 3750 мм.
Конвективный блок имеет основание в виде металлоконструкции, выступающей несущей конструкцией для изоляции и обшивочного листа.
Трубы конвективного пучка 8 выполнены из труб Ø51×4,0 мм с шагом 95 мм вдоль барабана котла и в поперечном сечении конвективного пучка - с шагом 110 мм, межосевое расстояние между барабанами 9 и 10 с внутренним диаметром 1000 мм составляет 3750 мм.
ТКС 2 представляет собой воздушный короб, размеры которого схожи с сечением топки, с наклонными стенками и водоохлаждаемой решеткой для защиты от воздействия высоких температур. На решётке располагаются сменные специально разработанные чугунные колпачки с отверстиями, через которые под давлением подается необходимое для эффективного сжигания топлива количество воздуха, создающий псевдоожиженный (кипящий) слой.
Для организации воздушных струй сменные чугунные колпачки на решетке установлены в коридорном порядке, что делает ремонтопригодными колпачки усилиями собственного персонала. Подача воздуха в топку ТКС 2 производится от высоконапорного вентилятора снизу воздушного короба и через растопочное устройство. Воздух подается в топку с температурой окружающей среды.
Таким образом, вышеуказанная конструкция обеспечивает взвешенное состояние слоя и выгорание топлива.
Изнутри воздушный короб защищен изоляцией из огнеупорного кирпича, в случае установки растопочной камеры.
2
Охлаждение решетки и труб слива слоя производится по отдельным контурам химически очищенной водой давлением не более 0,6 МПа (6,0 кгс/см) и температурой на входе не более 20°С, на выходе - не более 60°С. Расход воды на охлаждение топки и труб слива слоя 2-5т/ч. Поддержание заданных температур обеспечивается изменением расхода воды через решетку. Нагретую при охлаждении воду используют на собственные нужды котельной. Трубопроводы подвода и отвода охлаждающей воды к водоохлаждаемой решетке и трубам слива слоя выполняют из труб Ø38x3 мм. Водоохлаждаемая решетка и трубы слива слоя включены по воде последовательно. В отдельных случаях, для визуального контроля, возможна установка на выходном трубопроводе устройство с разрывом струи (не показано).
Для полного дожигания горючих газов и уменьшения выбросов NOx в атмосферу устанавливается вторичное дутье с фронта 16, на высоте 4500 мм.
Кроме того, из-под конвективного пучка 8 из 6-ти зольных бункеров с помощью системы возврата уноса 11 (СВУ) в топку на высоте 1500 мм от плоскости решетки производится ввод недогоревших частиц. Сопла 26, установленные на заднем экране 7 топки, способствуют эжекции частиц уноса и возврату их на догорание.
В котлах применена одноступенчатая схема испарения (см. фиг. 3), основными элементы которой являются верхний и нижний барабаны с внутренним диаметром 1000 мм, конвективный пучок труб, передний, задний, боковые (переднего и заднего левых, переднего и заднего правых) экраны. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода подается в верхний барабан 9 под уровень воды перфорированной трубе. В нижний барабан 10 вода сливается по задним обогреваемым трубам (перепускным трубам) конвективного пучка (кипятильного пучка). Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана 10 вода по перепускным трубам 17 поступает в нижние камеры 18 боковых переднего 4 и заднего 12 левых экранов, боковых переднего 12 и заднего 14 правых экранов, переднего 5 и заднего 7 экранов. Произведений пар из верхних камер 19 боковых переднего 4 и заднего 12 левых экранов, боковых переднего 12 и заднего 14 правых экранов, переднего 5 и заднего 7 экранов по пароотводящим трубам 20 поступает в верхний барабан 9. На нижних камерах 18 экранов имеются штуцеры для их продувки 21.
Сепарационные устройства располагаются в верхнем барабане 9. Первичная сепарация располагается в отбойных щитах с козырьками. Окончательно очищается пар от влаги горизонтальным жалюзийным сепаратором, расположенным на расстояние 300 мм от среднего уровня воды в барабане. Равномерный подвод пара к жалюзийному сепаратору обеспечивается размещенным над ним дырчатым листом с отверстиями.
Котел снабжен контрольно-измерительными приборами и необходимой арматурой. Котел имеет три предохранительных клапана, один из которых контрольный. Предохранительные устройства 22, патрубки отбора проб, патрубки водоуказательного прибора 23 прямого действия, патрубки приборов сниженных указателей уровня и главный паровой вентиль 24 располагаются на верхнем барабане 9. Также в верхнем барабане 9 предусмотрены патрубки непрерывной продувки.
Нижний барабан 10 оснащен трубопроводом прогрева и патрубками периодической продувки.
2
Котел спроектирован для совместной работы с хвостовой поверхностью нагрева – экономайзером 25 (ЭЧ-1090), площадь поверхности нагрева которой определяется расчетами в зависимости от качества сжигаемого топлива, не менее 800м.
Заявленная полезная модель обеспечивает возможность работы парового котла с низкокачественными и высококачественными углями с большим показателем КПД, по сравнению с известными аналогами такого типа котлов.