ГОРЕЛКА ДЛЯ ХОРОШО КОКСУЮЩИХСЯ УГЛЕЙ (ВАРИАНТЫ) И ГАЗИФИКАТОР, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ ГОРЕЛКУ
BURNER FOR HIGHLY CAKING COAL AND GAS GENERATOR, CONTAINING SUCH BURNER

[0001] Настоящее изобретение относится к горелке для хорошо коксующихся углей при газификаторе твердого топлива или подобном устройстве в составе электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией, а также к самому газификатору.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Традиционно так называемые электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией (КЦВГ) разрабатывают и внедряют с целью повысить эффективность угольных электростанций. Такая электростанция содержит газотурбинный генератор, работающий на газообразном топливе, полученном газификацией угля, а также паротурбинный генератор, работающий на паре, полученном в бойлере-теплообменнике за счет отбора тепла у горячих отходящих газов газотурбогенератора.
[0003] В такой КЦВГ-системе пылевидное твердое топливо впрыскивают в газификатор из горелки, в которую его подают потоком азота, двуокиси углерода, воздуха или иного подобного пропеллента. При этом газификатор работает под высоким давлением, что отражается на конструкции системы и протекании реакций внутри нее.
А именно, газификатор сконструирован как сосуд высокого давления, а горелка, которая заходит внутрь сквозь его стенку, подает твердое топливо (угольную пыль, нефтяной кокс или подобное) и газифицирующий агент (воздух, кислород, водяной пар или подобный) через единственную трубу.
[0004] На фиг.10 показана в разрезе горелка традиционной конструкции. В такой конструкции горелка 12' для хорошо коксующихся углей (далее просто «горелка») проходит сквозь наружную стенку 11 газификатора 10, который сконструирован как сосуд высокого давления. Горелка 12' конструктивно представляет собой коаксиальную трубу с каналом 13 твердого топлива в центре и окружающим его каналом 14 газифицирующего агента.
Канал 13 твердого топлива соединен линией 16 подачи топлива с устройством 15 подачи топлива, которое под высоким давлением подает размолотый в пыль уголь. При этом в устройство 15 подачи топлива подают пропеллент, расход которого регулируют посредством устройства управления расходом (не показано). Таким образом, по каналу 13 подачи твердого топлива с пропеллентом поступает твердое топливо, причем расход топлива регулирует устройство 15 подачи топлива, а расход пропеллента - устройство управления расходом. Так пылевидное твердое топливо с потоком пропеллента поступает в газификатор 10.
[0005] К каналу 14 подачи газифицирующего агента в газификатор 10 подключена линия 17 подачи газифицирующего агента, причем расход агента регулирует устройство управления расходом (не показано).
Итак, твердое топливо, пропеллент и газифицирующий агент поступают в газификатор 10, где твердое топливо подвергается соответствующей обработке, отдает газ и поступает для дальнейшей обработки в устройство очистки газа.
[0006] Другая традиционная технология - аппарат дутьевого типа для газификации пылевидных углеродных материалов, таких как уголь. В таком аппарате задействованы пропеллент (например, азот) для подачи пылевидного топлива и окисляющий агент (например, кислород или воздух), и при этом газификация сырья происходит при температуре не ниже температуры плавления золы. Далее известная технология предусматривает наличие неподалеку от выходного отверстия линии подачи сопла, через которое вдувают азот, диоксид углерода или инертный газ в сторону выходного отверстия, таким образом, чтобы этот газ перемешался с потоком газифицируемого сырья. Это сопло сдувает шлак, прилипающий к выходной части линии подачи и, как считается, способен полностью исключить прилипание каких-либо веществ к выходной части горелки (см. например цитируемый документ 1).
[0007] Кроме того, была раскрыта технология, согласно которой в аппарат для сжигания пылевидного топлива в смеси с воздухом через вспомогательное сопло вдувают поток сжатого воздуха, отобранного из тракта подготовки топливовоздушной смеси, либо из атмосферы, за счет чего предотвращают эрозию сопла топливовоздушной смеси, а также прилипание и отложение топлива (см. например цитируемый документ 2).
Цитируемый патентный документ 1: японская заявка, находящаяся на экспертизе, публикация № Hei 08-003361 (см. фиг.1).
Цитируемый патентный документ 2: публикация японского патента №3790489.
Раскрытие изобретения
[0008] Согласно вышеописанной традиционной технологии, показанной на фиг.10, высокое давление в газификаторе 10 приводит к тому, что расстояние между транспортируемыми в потоке газа частицами твердого топлива мало. То есть, транспортируемое в потоке газа по каналу 13 твердое топливо имеет очень высокий коэффициент заполнения объема.
При этом в горелке 12', устроенной как коаксиальная труба из канала 13 подачи твердого топлива и канала 14 подачи газифицирующего агента, имеет место значительный перенос тепла от горячего агента к холодному топливу.
[0009] По этой причине частицы твердого топлива, подогреваемые теплом газифицирующего агента, плавятся и увеличиваются в размерах. Если уголь при этом хорошо коксующийся, может возникнуть проблема, связанная с тем, что расплавленные и раздувшиеся частицы агломерируют - в результате чего имеет место неполное сгорание, либо с тем, что расплавленные и раздувшиеся частицы топлива прилипают к внутренней стенке канала 13 подачи твердого топлива, вызывая закупорку горелки 12'. Такие проблемы возникают не только в горелках для таких видов топлива, как угольная пыль и нефтяной кокс, но также в горелках газификаторов для других видов хорошо коксующегося топлива, таких как отходы нефтепереработки или пластмассы.
[0010] То есть, применительно к горелкам при газификаторах для хорошо коксующегося твердого топлива требуется решение проблем, которые могут быть вызваны нагревом частиц твердого топлива - до расплавления и увеличения в размерах - обусловленного переносом тепла внутри горелки, выполненной в виде коаксиальной трубы с каналами для твердого топлива и газифицирующего агента.
Настоящее изобретение предпринято ввиду вышеуказанных обстоятельств и имеет своей задачей предложить горелку для хорошо коксующихся углей, в которой каналы твердого топлива и газифицирующего агента сведены в коаксиальную трубу, но при этом снижен или исключен нагрев частиц твердого топлива и их последующее расплавление и разбухание за счет теплопереноса внутри горелки, что позволяет обеспечить стабильную работу газификатора.
[0011] Вышеописанные проблемы решаются в рамках настоящего изобретения следующим образом.
В горелке для сжигания хорошо коксующихся углей согласно первому аспекту настоящего изобретения, проходящей сквозь стенку газификатора для измельченного твердого топлива, канал подачи твердого топлива посредством пропеллента и канал подачи газифицирующего агента выполнены в виде коаксиальной трубы, и при этом в той же трубе предусмотрен третий канал, расположенный между каналами твердого топлива и газифицирующего агента, по которому циркулирует охлаждающая вода, которую затем отводят для дальнейшего использования.
[0012] Горелка для хорошо коксующихся углей согласно первому аспекту настоящего изобретения конструктивно выполнена в виде трехканальной коаксиальной трубы с каналом для охлаждающей воды, расположенным между каналами твердого топлива и газифицирующего агента, причем охлаждающую воду затем отводят для дальнейшего использования. Таким образом, разница температуры между каналами твердого топлива и газифицирующего агента уменьшается, поскольку между ними находится канал охлаждающей воды. Вследствие этого уменьшается количество тепла, получаемого частицами топлива со стороны горячего газифицирующего агента, что позволяет исключить или подавить расплавление и набухание частиц хорошо коксующегося твердого топлива, вызываемое их нагревом. Далее, отводя отработавшую и нагретую охлаждающую воду и употребляя ее, например, на генерацию пара для турбины, можно исключить потери энергии.
[0013] В горелке для сжигания хорошо коксующихся углей согласно второму аспекту настоящего изобретения, проходящей сквозь стенку газификатора для измельченного твердого топлива, канал подачи твердого топлива посредством пропеллента и канал подачи газифицирующего агента выполнены в виде коаксиальной трубы, и при этом в той же трубе предусмотрен третий канал, расположенный между каналами твердого топлива и газифицирующего агента, по которому циркулирует охлаждающая вода, которую затем впрыскивают в газификатор в качестве газифицирующего агента.
[0014] Горелка для хорошо коксующихся углей согласно второму аспекту настоящего изобретения конструктивно выполнена в виде трехканальной коаксиальной трубы с каналом для охлаждающей воды, расположенным между каналами твердого топлива и газифицирующего агента, причем охлаждающую воду затем впрыскивают в газификатор в качестве газифицирующего агента. Таким образом, разница температуры между каналами твердого топлива и газифицирующего агента уменьшается, поскольку между ними находится канал охлаждающей воды. Вследствие этого уменьшается количество тепла, получаемого частицами топлива со стороны горячего газифицирующего агента, что позволяет исключить или подавить расплавление и набухание частиц хорошо коксующегося твердого топлива, вызываемое их нагревом. Далее отработавшую и нагретую охлаждающую воду впрыскивают в газификатор в качестве газифицирующего агента, где она участвует в реакции газификации.
[0015] Для вышеописанного изобретения желательно предусмотреть устройство для регулирования температуры охлаждающей воды, которое распознает закупорку канала твердого топлива и регулирует температуру воды. Это позволяет минимизировать падение температуры как твердого топлива в потоке пропеллента, так и газифицирующего агента.
[0016] В этом случае желательно, чтобы устройство для регулирования температуры охлаждающей воды измеряло разницу давлений между входным патрубком канала твердого топлива и подходящей точкой ниже по потоку от патрубка, и понижало температуру охлаждающей воды, когда коэффициент снижения расхода, вычисляемый из разницы давлений, достигает или превышает некоторую заданную величину. Это позволяет уверенно распознавать закупорку канала твердого топлива по коэффициенту потери давления, получаемого преобразованием разности давлений, которая зависит от давления в газификаторе, расхода твердого топлива и расхода пропеллента.
[0017] Также желательно, чтобы устройство для регулирования температуры охлаждающей воды понижало температуру в случае, если коэффициент снижения расхода, вычисляемый из соотношения первой разности давлений, измеряемой между входным патрубком горелки и подходящей точкой ниже по потоку от патрубка горелки, и второй разности давлений, измеряемой на произвольном отрезке канала подачи топлива, достигает или превышает некоторую заданную величину. Это позволяет уверенно распознавать закупорку канала твердого топлива исходя из коэффициента снижения расхода, получаемого из давления в канале газифицирующего агента и разности давлений, на которую не влияет расход твердого топлива и пропеллента.
[0018] Также желательно, чтобы устройство для регулирования температуры охлаждающей воды измеряло температуру внутренней поверхности канала твердого топлива и понижало температуру воды, если измеряемая температура достигает или превышает некоторую заданную величину. Это позволяет уверенно распознавать закупорку канала твердого топлива исходя из фактической температуры его внутренней поверхности.
[0019] Далее, для вышеописанного изобретения желательно, чтобы устройство для регулирования температуры охлаждающей воды измеряло температуру внутренней поверхности канала подачи твердого топлива и регулировало температуру воды таким образом, чтобы температура внутренней поверхности была ниже некоторой величины, заданной в соответствии с коксующими свойствами топлива. Это позволяет эксплуатировать систему эффективно, при такой наибольшей температуре, при которой не возникает проблема закупорки канала.
[0020] Газификатор согласно настоящему изобретению выполнен в форме сосуда высокого давления, в который с потоком пропеллента подают твердое топливо, например склонный к коксованию уголь, и в котором твердое топливо подвергается газификации при высоком давлении совместно с газифицирующим агентом, причем газификатор оборудован горелкой для хорошо коксующегося угля согласно любому из пп.1-7 формулы изобретения.
[0021] Такой газификатор содержит вышеописанную горелку для хорошо коксующегося угля, а потому может понижать температуру твердого топлива, которая является причиной закупорки канала, соразмерно стадии развития закупорки канала в горелке, тем самым, предупреждая или подавляя расплавление и набухание частиц топлива из-за нагрева.
[0022] Согласно настоящему изобретению, как описано выше, горелка для хорошо коксующегося угля, применяемая в таком газификаторе, конструктивно выполнена в виде коаксиальной трубы с тремя каналами, в том числе каналом охлаждающей воды, которая циркулирует между каналами твердого топлива и газифицирующего агента. Таким образом, разность температур между каналом твердого топлива и каналом газифицирующего агента снижается из-за расположенного между ними канала охлаждающей воды. Вследствие этого снижается количество тепла, получаемого частицами топлива со стороны горячего газифицирующего агента, что позволяет предотвратить или подавить расплавление и набухание частиц топлива из-за нагрева.
Это, в свою очередь, позволяет предотвратить агломерацию расплавившихся и разбухших из-за нагрева частиц топлива, что привело бы к неполному сгоранию, а также прилипание таких частиц к внутренней стенке канала, что привело бы к его закупорке. В результате достигается стабильная работа горелки для хорошо коксующегося твердого топлива и самого газификатора. Более того, это позволяет расширить ассортимент хорошо коксующихся видов твердого топлива, которые можно подавать в такую горелку и газификатор.
[0023] Далее, отводя отработавшую и нагревшуюся охлаждающую воду и употребляя ее, например, на выработку пара для паротурбогенератора, можно предотвратить потери энергии, а если впрыскивать такую воду в газификатор в качестве газифицирующего агента, она будет участвовать в реакции газификации. То есть, вода, циркулирующая в канале охлаждающей воды между каналами твердого топлива и газифицирующего агента, не только служит для охлаждения топлива, но ее также можно использовать в работе самого газификатора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0024]
Фиг.1 показывает компоновку горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает компоновку горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора со спиральной системой труб.
Фиг.3 показывает компоновку горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора с кольцевой системой.
Фиг.4 показывает компоновку горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает компоновку горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 показывает первую модификацию компоновки горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора с фиг.5.
Фиг.7 показывает вторую модификацию компоновки горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора с фиг.5.
Фиг.8 показывает третью модификацию компоновки горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора с фиг.5.
Фиг.9 показывает блок-схему общего устройства КЦВГ-электростанции.
Фиг.10 показывает компоновку горелки для хорошо коксующихся углей и газификатора согласно традиционной технологии.
[0025] Номера позиций:
10: Газификатор;
11: Наружная стенка (стенка газификатора);
12, 12А, 12В, 12С: Горелка для хорошо коксующегося угля;
13: Канал подачи твердого топлива;
14: Канал подачи газифицирующего агента;
20: Канал охлаждающей воды;
20А: Спиральный канал охлаждающей воды;
20В: Кольцевой канал охлаждающей воды;
20С: Проходной канал охлаждающей воды;
30, 30А, 30В, 30С: Устройство для регулирования температуры охлаждающей воды;
40, 40А: Устройство распознавания закупорки;
50: Датчик температуры.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0026] Ниже описан один из вариантов осуществления горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора согласно настоящему изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.9 показана блок-схема общего устройства КЦВГ-электростанции. Такая электростанция представляет собой систему комбинированного цикла, которая вырабатывает электричество, используя газ, получаемый газификацией твердого топлива, например, угля. Для этого при КЦВГ-электростанции предусмотрены в качестве главных элементов: дробилка 1, которая сушит и измельчает твердое топливо, например уголь, устройство 2 высокого давления, которое подает измельченное твердое топливо в потоке пропеллента в устройство 3 газификации, где твердое топливо с потоком пропеллента, а также газифицирующий агент поступают в газификатор, в котором происходит газификация твердого топлива с получением угольного газа, устройство 4 очистки газа, где полученный в устройстве 3 газификации газ очищают от примесей, и блок 5 генераторов комбинированного цикла, образованный газовым и паровым турбогенераторами.
[0027] В газотурбинном генераторе очищенный угольный газ сжигают в газовой турбине, вал которой приводит в движение генератор, вырабатывающий энергию.
В паротурбинном генераторе генератор приводится в движение валом паровой турбины, которую питают паром, получаемым за счет отбора тепла в бойлере-теплообменнике у горячих отходящих газов газовой турбины.
Также устройство 3 газификации оснащено питательным насосом 6 для подачи воды. Подаваемая насосом 3 вода нагревается в устройстве 3 газификации, и получаемый там пар подают в блок 5 генераторов комбинированного цикла.
[0028] Первый вариант осуществления
Как видно на фиг.1, устройство 3 газификации описанной выше КЦВГ-электростанции оснащено газификатором 10, выполненным как сосуд высокого давления. Горелка 12 для хорошо коксующегося угля (далее «горелка») заведена в газификатор сквозь его наружную стенку 11, которая представляет собой сосуд высокого давления.
Горелка 12 конструктивно выполнена в виде коаксиальной трубы с тремя каналами, причем канал 20 охлаждающей воды расположен между центральным каналом 13 подачи твердого топлива и периферическим каналом 14 подачи газифицирующего агента. При этом канал 20 охлаждающей воды устроен как проходной, а отработавшую воду отводят по обратной линии (не показана).
[0029] Канал 13 подачи твердого топлива служит для подачи измельченного хорошо коксующегося угля в газификатор 10. Он присоединен к устройству 15 подачи топлива через линию 16 подачи топлива.
В устройство 15 подачи топлива высокого давления загружают измельченное твердое топливо, а оно подает требуемое количество топлива в газификатор 10 с потоком пропеллента. Для этого в устройство 15 подают пропеллент с регулируемым расходом. В качестве пропеллента можно использовать азот, двуокись углерода, воздух и другие подобные газы.
[0030] Канал 14 подачи газифицирующего агента присоединен к источнику агента (не показан) через линию 17 подачи агента. Этот канал подает горячий газифицирующий агент с заданным расходом в газификатор 10. В качестве газифицирующего агента можно использовать воздух, кислород, пар и другие подобные газы.
Канал 20 охлаждающей воды присоединен к источнику воды (не показан) через линию 21 подачи охлаждающей воды.
В настоящем варианте осуществления канал 20 выполнен как проходной, т.е. отработавшую в горелке 12 воду отводят для дальнейшего использования. При этом линия 21 подачи охлаждающей воды представляет собой трубу, по которой охлаждающая вода поступает в канал 20 охлаждающей воды и проходит по нему, а затем ее отводят в подходящее место для последующего использования. Воду, поступающую от питательного насоса 6 при устройстве 3 газификации, либо смесь такой воды с подогретой водой из устройства 3 газификации, подают в качестве охлаждающей в канал 20.
[0031] Охлаждающая вода, подаваемая в канал 20, протекает между каналом 13 твердого топлива и каналом 14 газифицирующего агента, и при этом она отбирает тепло у более горячего газифицирующего агента, в результате чего нагревается. Однако вода в канале 20 соседствует с периферией более холодного канала 13 твердого топлива, и при этом ее температура ниже, чем у газифицирующего агента. Поэтому по сравнению с традиционной конструкцией в виде двухканальной коаксиальной трубы, в которой канал 13 твердого топлива непосредственно соседствует с каналом 14 газифицирующего агента, разность температур между каналом 13 и окружающей его водой в канале 20 меньше, а количество тепла, перетекающего от более горячего газифицирующего агента к более холодному топливу, также уменьшается. В результате этого снижается нагрев частиц твердого топлива, следующих в потоке пропеллента по каналу 13.
[0032] Поскольку нагрев частиц топлива подавлен, температура топлива, следующего в потоке пропеллента по каналу 13 твердого топлива не возрастает настолько, чтобы вызвать расплавление и разбухание частиц. Соответственно, исключается агломерация соседних частиц, а также развитие закупорки канала 13 за счет прилипания частиц топлива к его стенке.
Отработавшую охлаждающую воду, прошедшую по каналу 20, отводят в подходящее место для последующего использования. Например, ее подают на вход питательного насоса 6, либо смешивают с нагретой водой из устройства 3 газификации, либо обращают в пар за счет теплообмена в устройстве 3 газификации, а затем подают в блок 5 генераторов комбинированного цикла.
Таким образом, горелка 12 согласно настоящему варианту осуществления конструктивно выполнена в виде коаксиальной трубы с тремя каналами, причем охлаждающая вода циркулирует по каналу 20 между каналом 13 твердого топлива и каналом 14 газифицирующего агента, а затем горелка отводит эту воду для повторного использования.
[0033] В качестве примеров вышеописанной системы для циркуляции охлаждающей воды в канале 20 укажем спиральную систему с фиг.2 и кольцевую систему с фиг.3.
Горелка 12А с фиг.2 оборудована спиральным каналом 20А для охлаждающей воды, который образован навивкой трубы, по которой пропускают воду, на канал 13 твердого топлива. Охлаждающую воду подают из линии 21 подачи в канал 20А с одного конца спирали, а вытекает она с другого. Применительно к показанному на фиг.2 каналу 20А, линия 21 подачи охлаждающей воды присоединена на стороне входного патрубка горелки 12А, а возвратная линия 21А присоединена на стороне выходного патрубка, который находится внутри газификатора 10. Таким образом, охлаждающую воду, прошедшую по спиральному каналу 20А от входного патрубка горелки 12А до конца канала вблизи выходного патрубка горелки, отводят по возвратной линии 21А и направляют к месту дальнейшего использования.
[0034] В горелке 12В с фиг.3, где применена кольцевая система, охлаждающую воду подают в кольцевой канал 20В охлаждающей воды, который закрыт пластиной 22 на стороне выходного патрубка горелки. Как видно на фиг.3, в кольцевой канал 20В, который закрыт со стороны выходного патрубка горелки пластиной 22 и имеет тороидальное поперечное сечение, заведена питающая труба 23, подключенная к линии 21 подачи охлаждающей воды, через которую подают воду к пластине 22.
Возвратная линия 21В, через которую отводят отработавшую охлаждающую воду, подключена к кольцевому каналу 20В на стороне входного патрубка горелки. Таким образом, холодную воду подают в кольцевой канал 20В к выходному патрубку горелки, она проходит по каналу и истекает в возвратную линию 21В на стороне входного патрубка. Отводимую таким образом воду направляют к месту последующего использования.
[0035] Второй вариант осуществления
Второй вариант осуществления вышеописанной горелки, заводимой в газификатор 10 сквозь стенку, показан на фиг.4. Следует отметить, что элементы, совпадающие с таковыми для вышеописанного варианта осуществления, обозначены теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
В настоящем варианте осуществления горелка 12С конструктивно выполнена в виде коаксиальной трубы с тремя каналами, причем канал 20С охлаждающей воды расположен между каналом 13 твердого топлива и каналом 14 газифицирующего агента, а отработавшую охлаждающую воду в качестве газифицирующего агента впрыскивают в газификатор 10 со стороны выходного патрубка горелки. То есть, горелка 12С согласно настоящему варианту осуществления сходна с вышеописанным вариантом в том, что выполнена в виде коаксиальной трубы с тремя каналами, но отличается в том, что охлаждающую среду непосредственно впрыскивают в газификатор 10 в качестве газифицирующего агента, а не отводят для последующего использования.
[0036] Поэтому в горелке 12С согласно настоящему варианту осуществления линия 21 подачи охлаждающей воды подключена на стороне входного патрубка горелки, но отсутствует возвратная линия, а вместо этого отработавшая вода истекает в газификатор 10 через патрубок 24 охлаждающей воды на стороне выходного патрубка горелки и служит в качестве газифицирующего агента.
При такой компоновке охлаждающая вода, подаваемая в канал 20С, проходит между каналом 13 твердого топлива и каналом 14 газифицирующего агента, в результате чего нагревается за счет отбора тепла у более горячего газифицирующего агента.
Однако вода в канале 20С соседствует с периферией канала 13 твердого топлива, который она окружает, и при этом ее температура ниже, чем у газифицирующего агента. Поэтому по сравнению с традиционной конструкцией в виде двухканальной коаксиальной трубы, в которой канал 13 твердого топлива непосредственно соседствует с каналом 14 газифицирующего агента, разность температур между каналом 13 и окружающей его водой в канале 20С меньше, а количество тепла, перетекающего от более горячего газифицирующего агента к более холодному топливу, также уменьшается. В результате этого снижается нагрев частиц твердого топлива, идущих в потоке пропеллента по каналу 13.
[0037] Поскольку нагрев частиц топлива подавлен, температура топлива, следующего в потоке пропеллента по каналу 13 твердого топлива не возрастает настолько, чтобы вызвать расплавление и разбухание частиц. Соответственно, исключается агломерация соседних частиц, а также развитие закупорки канала 13 за счет прилипания частиц топлива к его стенке.
При этом вода, используемая для охлаждения твердого топлива, в конечном итоге служит как газифицирующий агент. Соответственно, такая вода обращается в результате процесса газификации в водород, что позволяет эффективно использовать охлаждающую воду.
[0038] Третий вариант осуществления
Третий вариант осуществления вышеописанной горелки, заводимой в газификатор 10 сквозь стенку, показан на фиг.5. Следует отметить, что элементы, совпадающие с таковыми для вышеописанного варианта осуществления, обозначены теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
В настоящем варианте осуществления предусмотрено устройство для регулирования температуры охлаждающей воды, которое распознает закупорку в канале 13 твердого топлива и настраивает температуру охлаждающей воды. То есть, чтобы предотвратить агломерацию частиц топлива и закупорку горелки 12, температуру охлаждающей воды, подаваемой в канал 20, настраивают с учетом прямых измерений давления в канале 13, и при этом падение температуры твердого топлива в канале 13 и газифицирующего агента в канале 14 сведено к минимуму, что позволяет эффективно эксплуатировать систему.
[0039] Ниже особо описано упоминавшееся ранее устройство для регулирования температуры охлаждающей воды в связи с фиг.5.
Согласно варианту, показанному на фиг.5, предусмотрено устройство 30 для регулирования температуры охлаждающей воды. Это устройство регулирует температуру охлаждающей воды, настраивая пропорцию смеси горячей воды из газификатора и холодной воды, подаваемой питательным насосом, на основании сигнала от устройства 40 обнаружения закупорки. То есть, температуру охлаждающей воды повышают, увеличивая долю горячей воды из газификатора в смеси, а понижают - увеличивая долю воды от питающего насоса.
[0040] Устройство 40 обнаружения закупорки измеряет разность давлений Ра между давлением в канале 13 твердого топлива у входного патрубка горелки и внутренним давлением в газификаторе 10, который служит подходящим местом ниже по потоку от патрубка горелки. Когда коэффициент снижения расхода λ, вычисляемый из разности давлений Ра, достигает или превышает некоторую заданную величину, устройство 40 считает это признаком закупорки канала 13 твердого топлива и выдает сигнал обнаружения закупорки.
В примере на фиг.5 измеряют давление P1 в канале 13 твердого топлива на стороне входного патрубка горелки и внутреннее давление Р2 газификатора 10, а из них вычисляют разность давлений Ра. Следует иметь в виду, что для вычисления разности давлений Ра можно использовать давление Р2' на выходном патрубке горелки вместо внутреннего давления в газификаторе 10.
[0041] Когда устройство 40 обнаружения закупорки выдает сигнал обнаружения закупорки, устройство 30 для регулирования температуры охлаждающей воды, получив такой сигнал, принимает меры к понижению температуры охлаждающей воды. С понижением температуры воды возрастает ее способность предохранять твердое топливо, следующее в потоке пропеллента по каналу 13, от нагрева со стороны горячего газифицирующего агента. Другими словами, чтобы избежать слишком низкой температуры охлаждающей воды, что повлекло бы снижение производительности газификатора 10, можно задать ей температуру, близкую к верхнему пределу, при котором исключена закупорка канала 13.
[0042] Ниже описан коэффициент λ снижения расхода, вычисляемый из разности давлений Ра.
Для двухфазовой смеси из газа и твердых частиц, т.е. для частиц твердого топлива, следующих в потоке пропеллента, разность давлений Ра зависит от внутреннего давления в газификаторе 10, расхода твердого топлива и расхода пропеллента. Поэтому, чтобы уверенно выявить закупорку в канале твердого топлива, желательно анализировать коэффициент λ снижения расхода, вычисляемый из разности давлений Ра. Коэффициент λ снижения расхода - это величина, используемая в известной формуле для определения падения давления в двухфазовом потоке из газа и твердых частиц. То есть, поскольку вышеупомянутая разность давлений Ра эквивалентна падению давления, можно вычислить фактический коэффициент λ снижения расхода в горелке 12 по известной формуле для определения падения давления и измеренной величине разности давлений Ра.
[0043] Затем делают проверку на случай, если вышеуказанный коэффициент λ снижения расхода достиг или превысил некоторую заданную величину.
Когда коэффициент λ снижения расхода достиг или превысил некоторую заданную величину, это означает, что имеет место падение давления двухфазовой смеси из пропеллента и частиц топлива в канале 13, равное или превосходящее некоторую величину. То есть, это означает, что сложилась обстановка, в которой возрастает падение давления двухфазовой смеси газа и твердых частиц, обусловленная, например, прилипанием частиц топлива к стенке канала 13, в результате чего уменьшается его поперечное сечение.
Таким образом, если коэффициент λ снижения расхода достиг или превысил некоторую заданную величину, либо изменился по меньшей мере на некоторую заданную величину, устройство 40 определения закупорки выдает сигнал закупорки, а устройство 30, получившее такой сигнал, принимает меры к снижению температуры охлаждающей воды. Такие устройства 30, 40 применимы не только для описанной здесь горелки 12, но и для описанных выше горелок 12А, 12В и 12С, показанных на фиг.2 - фиг.4.
[0044] Ниже описывается устройство 30А, первая модификация устройства 30 для регулирования температуры охлаждающей воды, работающего совместно с устройством 40 определения закупорки, в связи с фиг.6. Следует отметить, что элементы с фиг.6, совпадающие с таковыми для вышеописанных вариантов осуществления, обозначены теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
В первой модификации 40А устройства для определения закупорки критерием для распознавания закупорки и подачи сигнала устройству 30А служит коэффициент λ' снижения расхода, вычисляемый из отношения разности давлений, а не коэффициент λ, вычисляемый из разности давлений Ра, как описано выше.
[0045] λ именно, устройство 40А опознает закупорку, когда коэффициент λ' снижения расхода, вычисляемый из отношения первой разности давлений Ра, т.е. разности между давлением P1, измеряемым на входном патрубке горелки, и внутренним давлением Р2 в газификаторе 10, расположенном ниже по потоку от входного патрубка, и второй разности давлений Рb, измеряемой на произвольном отрезке линии 16 подачи топлива, присоединенной к каналу 13 твердого топлива, достигает или превышает некоторую заданную величину. В примере на фиг.6 измеряют давления Р3 и P4 в двух фиксированных точках линии 16 подачи топлива, и вычисляют их разность, т.е. вторую разность давлений Рb. То есть, вторая разность давлений Рb приблизительно равна падению давления в потоке двухфазовой смеси из газа и твердых частиц на отрезке данной длины линии 16 подачи топлива.
[0046] Соответственно, отношение первой разности давлений Ра и второй разности давлений Рb не зависит от давления в газификаторе 10, расхода твердого топлива и пропеллента, а потому можно уверенно опознавать закупорку в канале 13 твердого топлива по коэффициенту λ' снижения расхода, вычисляемому из этого отношения. То есть, тот факт, что коэффициент λ' достиг или превысил некоторую величину, позволяет еще надежнее распознать закупорку канала 13.
Такие устройства 30А, 40А применимы не только для описанной здесь горелки 12, но и для описанных выше горелок 12А, 12В и 12С, показанных на фиг.2 - фиг.4.
[0047] Ниже описывается вторая модификация устройства 30 для регулирования температуры охлаждающей воды в связи с фиг.7. Следует отметить, что элементы с фиг.7, совпадающие с таковыми для вышеописанных вариантов осуществления, обозначены теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
Согласно второй модификации предусмотрено устройство 30В для регулирования температуры охлаждающей воды, оснащенное датчиком 50 для измерения температуры внутренней поверхности канала 13 твердого топлива, которое принимает меры к снижению температуры воды, если измеряемая температура достигает или превышает некоторую заданную величину.
[0048] То есть, когда датчик 50 регистрирует температуру, по меньшей мере равную заданной величине, он выдает сигнал обнаружения закупорки, поскольку высокая температура в канале 13 влечет за собой расплавление и разбухание частиц топлива. Строго говоря, сигнал обнаружения закупорки в данном случае фактически представляет собой сигнал предупреждения об угрозе закупорки (хотя это также зависит от заданной температуры) и служит для сигнализации о вероятности образования закупорки и ее предупреждения за счет снижения температуры охлаждающей воды путем увеличения доли воды от питающего насоса в смеси.
То есть, измерение температуры внутренней поверхности канала 13 датчиком 50 позволяет уверенно распознавать закупорку (вероятность ее образования) канала 13 твердого топлива по фактической температуре, измеряемой датчиком 50.
Такое устройство 30В применимо не только для описанной здесь горелки 12, но и для описанных выше горелок 12А, 12В и 12С, показанных на фиг.2 - фиг.4.
[0049] Измерение температуры датчиком 50 можно применять в сочетании с сигналом обнаружения закупорки, подаваемым вышеописанными устройствами 40, 40А, в рамках третьей модификации, показанной на фиг.8. То есть, в устройстве 30С для регулирования температуры охлаждающей воды с фиг.8 закупорку канала 13 прямо опознает устройство 40, а температуру внутренней поверхности канала измеряет датчик 50. Температуру охлаждающей воды настраивают так, чтобы температура внутренней поверхности была ниже некоторой заданной величины, которая зависит от склонности к коксованию данного вида твердого топлива.
Таким образом, когда устройство 40 опознает закупорку в канале 13 твердого топлива и снижает температуру охлаждающей воды, применение датчика 50 позволяет управлять этим процессом так, чтобы это не привело к падению производительности газификатора 10 в результате чрезмерного снижения температуры охлаждающей воды. То есть, можно минимизировать падение производительности газификатора 10, и при этом предотвратить агломерацию частиц твердого топлива в канале 13.
[0050] Такое устройство 30С применимо не только для описанной здесь горелки 12, но и для описанных выше горелок 12А, 12В и 12С, показанных на фиг.2 - фиг.4. Кроме того, устройство 40, которое подает сигнал устройству 30С, можно применять совместно с устройством 40', которое опознает закупорку по величине коэффициента λ' снижения расхода, вычисляемого из отношения разностей давлений.
[0051] Таким образом, согласно настоящему изобретению, горелка 12 для хорошо коксующихся углей при газификаторе 10 конструктивно выполнена в виде коаксиальной трубы с тремя каналами, причем канал 20, 20А, 20В или 20С охлаждающей воды расположен между каналом 13 твердого топлива и каналом 14 газифицирующего агента. Соответственно, разность температур между каналом 13 и каналом 14 снижается за счет циркуляции охлаждающей воды в канале 20, 20А, 20В или 20С между ними. Вследствие этого уменьшается количество тепла, перетекающего к частицам твердого топлива от горячего газифицирующего агента, что позволяет предотвратить или подавить расплавление и разбухание частиц хорошо коксующегося твердого топлива в результате их нагрева.
[0052] Это, в свою очередь, позволяет предотвратить агломерацию расплавившихся и разбухших из-за нагрева частиц топлива, что привело бы к неполному сгоранию, а также прилипание таких частиц к внутренней стенке канала, что привело бы к его закупорке. В результате достигается стабильная работа горелки для хорошо коксующегося твердого топлива и самого газификатора. Более того, это позволяет расширить ассортимент хорошо коксующихся видов твердого топлива, которые можно подавать в такую горелку и газификатор.
[0053] Далее, отводя отработавшую и нагревшуюся охлаждающую воду и употребляя ее, например, на выработку пара для паротурбогенератора, можно предотвратить потери энергии, а если впрыскивать такую воду в газификатор в качестве газифицирующего агента, она будет участвовать в реакции газификации.
Подразумевается, что настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления и может подвергаться соответствующим изменениям, не изменяющими существа настоящего изобретения.