ПАРОВОЙ КОТЕЛ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ТОПКОЙ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
STEAM BOILER WITH MECHANICAL STOKER FOR SOLID FUEL COMBUSTION

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к котлам для сжигания низкокалорийного твердого топлива, такого как древесное топливо, фрезерный торф, бурый и каменный угли, и может быть использовано на водогрейных и паровых котлах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному изобретению является котел КЕ-10-14 ОАО «Бийский котельный завод», предназначенный для сжигания твердого топлива на колосниковой решетке (см. Техническое описание, инструкция по монтажу и эксплуатации №00.0303.003 ТО «Паровые котлы типа Е (КЕ) со слоевыми топками», ОАО «Бийский котельный завод», 2005 г., стр.3-6).
Известный паровой котел с механической топкой для сжигания твердого топлива содержит экранированную топку с боковыми, передним, задним топочными экранами, нижний и верхний барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб, и расположенные вдоль продольной оси котла нижние коллекторы топочных экранов, причем трубы топочных экранов снизу соединены с нижними коллекторами, а сверху соединены с верхним барабаном котла.
Недостатком известного котла являются низкий кпд вследствие больших потерь тепла с химическим и механическим недожогом, с температурой дымовых газов из-за неорганизованных присосов воздуха в котел, а также не соответствующая современным требованиям эксплуатационная надежность котла вследствие повреждения механической топки из-за термического коробления металлоконструкций механической топки.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является увеличение кпд котла вследствие более эффективного сжигания твердого топлива и повышение эксплуатационной надежности парового котла с механической топкой.
Для достижения указанного технического результата в известном паровом котле для сжигания твердого топлива, содержащем экранированную топку с боковыми, передним, задним топочными экранами, нижний и верхний барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб и расположенные вдоль продольной оси котла, нижние коллекторы топочных экранов, причем трубы топочных экранов снизу соединены с нижними коллекторами, а сверху соединены с верхним барабаном; согласно изобретению на входе в конвективный пучок труб выполнено окно для прохода и горизонтального разворота дымовых газов, а на выходе - окно на задней стенке конвективного пучка, расположенное симметрично окну для ввода дымовых газов в конвективный пучок, в котором установлена чугунная перегородка и система возврата уноса и острого дутья, топка выполнена механической с подачей воздушного дутья через колосники наклонно-переталкивающей решетки, причем задний топочный экран отогнут в сторону переднего топочного экрана с образованием аэродинамического выступа, размещенного в нижней половине топки с перекрытием до 30% площади горизонтального сечения топки; и ниже аэродинамического выступа наклонен под углом 0÷30° к плоскости механической топки.
Кроме того, 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.
Кроме того, котел оборудован тремя устройствами подачи воздуха, причем устройство первичного воздушного дутья размещено в механической топке с наклонно-переталкивающей решеткой непосредственно за зоной сушки топлива, организованной по ходу топлива на начальном участке механической топки, составляющем 10÷20% площади наклонно-переталкивающей решетки и организующем зону первичного воздушного дутья с избытками воздуха α=0,3÷0,6 на среднем участке механической топки, составляющем 60÷70% площади наклонно-переталкивающей решетки; устройство вторичного воздушного дутья выполнено в виде, по меньшей мере, двух сопел, размещенных в горизонтальной плоскости на боковых топочных экранах в месте пережима сечения топки аэродинамическим выступом и регулирующих избыток воздуха в дымовых газах на выходе из топки котла; устройство третичного воздушного дутья размещено в механической топке непосредственно за устройством первичного воздушного дутья с образованием зоны третичного воздушного дутья на конечном участке механической топки, составляющем 10÷30% площади наклонно-переталкивающей решетки.
Кроме того, топочные экраны и наружный ряд труб конвективного пучка имеют газоплотное исполнение из труб ⌀57×3,0 мм или ⌀60×3 мм и приваренных к ним полос шириной 18÷40 мм.
Кроме того, конвективный пучок труб состоит из двух участков, первый из которых по ходу дымовых газов выполнен из труб с диаметром меньшим диаметра труб второго участка по ходу дымовых газов.
Кроме того, трубы первого участка конвективного пучка выполнены с ⌀38×3,0 мм с шагом 85 мм вдоль барабана котла и в поперечном сечении конвективного пучка - с шагом 70 мм, а трубы второго участка конвективного пучка выполнены с ⌀51×2,5 мм с шагом 90 мм вдоль барабана котла и в поперечном сечении конвективного пучка - с шагом 110 мм.
Кроме того, система возврата уноса из конвективного подключена к зоне третичного воздушного дутья на конечном участке наклонно-переталкивающей решетки.
На фиг.1 изображен котел с механической топкой для сжигания твердого топлива; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел Б на фиг.2.
Котел для сжигания твердого топлива содержит механическую экранированную топку 1 с боковыми 2, передним 3, задним 4 топочными экранами, нижний и верхний барабаны 5 и 6, соединенные между собой конвективным пучком труб 7, и расположенные вдоль продольной оси котла нижние коллекторы 8 топочных экранов. Трубы топочных экранов 2, 3 и 4 снизу соединены с нижними коллекторами 8, а сверху соединены с верхним барабаном 6. Задний топочный экран 4 отогнут в сторону переднего топочного экрана 3 с организацией в нижней половине топки 1 аэродинамического выступа 9, а в верхней половине топки 1 задний топочный экран 4 отогнут в сторону переднего топочного экрана 3 с углом наклона к горизонтальному сечению топки 1 не менее 15° с организацией фестонной разводки труб на отогнутом участке. Топочные экраны 2, 3 и 4 и наружный ряд труб 7 конвективного пучка имеют газоплотное исполнение.
Топка 1 выполнена с организацией воздушного дутья через колосники наклонно-переталкивающей решетки 10. При этом котел оборудован тремя устройствами подачи воздуха: устройство 11 первичного воздушного дутья размещено в механической топке 1 с наклонно-переталкивающей решеткой 10 непосредственно за зоной 12 сушки топлива, составляющей 10÷20% площади наклонно-переталкивающей решетки 10 и организующей зону 13 первичного воздушного дутья на среднем участке механической топки 1, составляющем 60÷70% площади наклонно-переталкивающей решетки 10; устройство вторичного воздушного дутья выполнено в виде сопел 14, размещенных на боковых топочных экранах 2 в месте максимального пережима сечения топки 1 аэродинамическим выступом 9; устройство 15 третичного воздушного дутья размещено в механической топке 1 с наклонно-переталкивающей решеткой 10 непосредственно за соплами 14 вторичного воздушного дутья и организует зону 16 третичного воздушного дутья на конечном участке механической топки 1, составляющем 10-30% площади наклонно-переталкивающей решетки 10.
Конвективный пучок труб 7 состоит из двух участков, первый 17 из которых выполнен из труб меньшего диаметра (например, ⌀38×3,0 мм с шагом 85 мм вдоль барабана, в поперечном сечении - с шагом 70 мм), а второй участок 18 выполнен из труб большего диаметра (например, ⌀51×2,5 мм с шагом 90 мм вдоль барабана, в поперечном сечении - с шагом 110 мм). В конвективном пучке организован горизонтальный разворот дымовых газов за счет окна 19 на входе в конвективный пучок, установки чугунной перегородки 20 в конвективном пучке и организации вывода дымовых газов через окно 21 на задней стене конвективного пучка, симметричное окну 19 для ввода дымовых газов в конвективный пучок. Конвективный пучок оборудован системой 22 возврата уноса и острого дутья 23. Причем система 22 возврата уноса из конвективного пучка подает унос в зону 16 третичного воздушного дутья на конечном участке механической топки 1.
Паровой котел для сжигания твердого топлива работает следующим образом.
Твердое топливо через устройство 24 подачи подают на механическую топку 1 с наклонно-переталкивающей решеткой 10. На начальном участке решетки 10 в зоне 12 сушки за счет лучистого тепла проходит частичное испарение влаги топлива. В зоне 13 первичного воздушного дутья реализуется процесс неполного горения твердого топлива в условиях недостатка воздушного дутья (избыток воздуха α=0,3÷0,6), причем регулирование расхода воздуха осуществляется из условия поддержания температуры колосников решетки 10 на уровне 900÷950°С (условие исключения термического коробления и разрушения колосников решетки). Коксовый остаток топлива догорает в зоне 16 третичного воздушного дутья на конечном участке решетки 10 в условиях интенсивного дутья (избыток воздуха α=1,4÷2,0), причем регулирование расхода воздуха осуществляется из условия поддержания температуры колосников решетки 10 на уровне 900÷950°С.
Аэродинамический выступ 9 обеспечивает подвод всех газов, образующихся в процессе сушки, неполного горения и дожигания, в зону пережима топки, где установлены сопла 14 вторичного воздушного дутья, которые регулируют избыток воздуха в дымовых газах на выходе из топки 1 (избыток воздуха α=1,4).
p
н
Под соплами 14 вторичного воздушного дутья на боковом экране 2 устанавливается горелочное устройство 25, которое обеспечивает растопку котла и «подсветку» при сжигании высоковлажного (влажность на рабочую массу более 60%), низкокалорийного (теплота сгорания низшая Q  менее 1 200 ккал/кг) твердого топлива.
Выше аэродинамического выступа 9 топка 1 расширяется, соответственно снижаются скорости газов и увеличивается время пребывания уноса мелкофракционных частиц кокса в зоне активного горения. Фестонная разводка труб на отогнутом в верхней половине топки 1 заднем экране 4 создает условия для выравнивания скоростей дымовых газов по сечению и высоте топки 1.
Схема воздушного дутья в топке 1, а также конфигурация заднего экрана 2 топки 1 создают более оптимальные условия для организации топочного процесса сжигания твердого топлива в сравнении с прототипом, что снижает потери тепла с механическим и химическим недожогом и соответственно повышает кпд котла.
Организация в конвективном пучке труб двух участков, первый 17 из которых выполнен из труб меньшего диаметра, а второй участок 18 выполнен из труб большего диаметра, увеличивает поверхность теплосъема на первом участке 17 без ухудшения циркуляции (опускное движение воды на втором участке) в водяном контуре котла. Увеличение поверхности теплосъема в конвективном пучке снижает температуру дымовых газов на выходе из котла и соответственно повышает кпд котла в сравнении с котлом-прототипом.
Топочные экраны 2, 3 и 4 и наружный ряд труб 7 конвективного пучка имеют газоплотное исполнение, что снижает присосы воздуха в котел и соответственно повышает кпд котла в сравнении с котлом-прототипом.
Система 22 возврата уноса из конвективного пучка подает унос в зону 16 третичного воздушного дутья на конечном участке механической топки 1, т.е. в зону высоких температур и большего избытка воздуха (α=1,4÷2,0), что способствует интенсивному дожиганию горючих в возвращаемом уносе и соответственно снижает потери тепла с механическим недожогом в золе и повышает кпд устройства в сравнении с прототипом.