БАШЕННЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА УГЛЕ (ВАРИАНТЫ)
TOWER DISTRIBUTOR OF COAL POWER PLANT (VERSIONS)

Данная заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США, серийный номер 61/432338, поданной 13 января 2011 года, озаглавленной "DISTRIBUTOR OF PULVERIZED COAL AND CARRIER AIR FOR EXHAUSTER MILLS", полное раскрытие которой включено в данную заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Представленное изобретение относится к башенному распределителю на электростанции, работающей на угле, а более конкретно - к башенному распределителю, содержащему множество направляющих поток рабочей среды конструкций для обеспечения в общем равномерного распределения пылеугольного топлива и несущего воздуха в одной или более топок электростанции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В электростанции, работающей на угле, пылеугольное топливо транспортируется через систему трубопроводов или воздуховодов, которая связывает вытяжную мельницу с одной или более топками печи. Пылеугольное топливо обычно переносится внутри системы трубопроводов несущим газом, например, воздухом, который объединяется с пылеугольным топливом с образованием гетерогенного потока рабочей среды. Когда поток рабочей среды движется через систему трубопроводов, твердые частицы пылеугольного топлива в потоке рабочей среды имеют тенденцию концентрироваться вместе по схеме, в общем упоминаемой в данной области как жгут каната. Данное явление обычно упоминается в данной области как "ропинг".
Вследствие явления ропинга попытки расщепления потока на множество подпотоков для транспортировки в соответствующие топки в печи могут не давать равные количества рабочей среды, подаваемой в каждую из топок. Подобное неравномерное распределение рабочей среды в соответствующие топки обуславливает нестабильное горение и пониженную эффективность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом представленного изобретения, на электростанции, работающей на угле, предоставлен башенный распределитель, который принимает поток рабочей среды, содержащий пылеугольное топливо и несущий газ. Башенный распределитель содержит стеновую конструкцию и по меньшей мере один отклонитель. Стеновая конструкция образует проточный проход для струи рабочей среды и содержит впуск и выпуск, отделенный промежутком от впуска в осевом направлении. Каждый отклонитель расположен между впуском и выпуском и прикреплен к внутренней поверхности стеновой конструкции. Каждый отклонитель простирается вдоль стеновой конструкции в осевом направлении и по периметру под углом, составляющим приблизительно 35-55 градусов относительно осевого направления, от первого положения, находящегося в области концентрации рабочей среды ниже по потоку от впуска, ко второму положению ниже по потоку от первого положения. Кроме того, каждый отклонитель образует проточный канал для осуществления отклонения части потока рабочей среды от первого положения ко второму положению.
В соответствии со вторым аспектом представленного изобретения, на электростанции, работающей на угле, предоставлен башенный распределитель, который принимает поток рабочей среды, содержащий пылеугольное топливо и несущий газ. Башенный распределитель содержит стеновую конструкцию и пару отклонителей. Стеновая конструкция образует проточный проход для струи рабочей среды и содержит впуск и выпуск, отделенный промежутком от впуска в осевом направлении. Отклонители прикреплены к внутренней поверхности стеновой конструкции и расположены по периметру рядом друг с другом между впуском и выпуском стеновой конструкции. Отклонители простираются вдоль стеновой конструкции в осевом направлении и простираются по периметру в противоположных направлениях под углами, составляющими приблизительно 35-55 градусов относительно осевого направления. Отклонители простираются от соответствующих первых положений, расположенных в области концентрации рабочей среды ниже по потоку от впуска, к соответствующим вторым положениям ниже по потоку от соответствующих первых положений. Кроме того, отклонители образуют проточные каналы для осуществления отклонения соответствующих частей потока рабочей среды от соответствующих первых положений к соответствующим вторым положениям. Рабочая среда, протекающая через башенный распределитель, образует угольный жгут, а область концентрации рабочей среды образует область угольного жгута с более высоким распределением пылеугольного топлива, чем остальная часть угольного жгута.
В соответствии с третьим аспектом представленного изобретения, на электростанции, работающей на угле, предоставлен башенный распределитель, который принимает поток рабочей среды, содержащий пылеугольное топливо и несущий газ. Башенный распределитель содержит стеновую конструкцию, по меньшей мере один отклонитель и по меньшей мере один регулируемый лопастной элемент. Стеновая конструкция образует проточный проход рабочей среды и содержит впуск и выпуск, отделенный промежутком от впуска в осевом направлении. Каждый отклонитель расположен между впуском и выпуском и прикреплен к внутренней поверхности стеновой конструкции. Каждый отклонитель простирается в осевом направлении и по периметру вдоль стеновой конструкции под углом, составляющим приблизительно 35-55 градусов относительно осевого направления, от первого положения, находящегося в области концентрации рабочей среды ниже по потоку от впуска, ко второму положению ниже по потоку от первого положения. Область концентрации рабочей среды находится на противоположной по периметру стороне стеновой конструкции, чем мельничный вытяжной вентилятор, который доставляет поток рабочей среды в башенный распределитель. Кроме того, каждый отклонитель образует проточный канал для осуществления отклонения части потока рабочей среды от первого положения ко второму положению. Каждый лопастной элемент прикреплен к стеновой конструкции и простирается радиально внутрь от внутренней поверхности стеновой конструкции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Несмотря на то, что описание оканчивается формулой изобретения, конкретно показывающей и четко заявляющей представленное изобретение, есть основания полагать, что представленное изобретение будет лучше понятно из следующего описания в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые элементы и на которых:
фиг. 1 представляет собой вид сбоку в плане части работающей на угле электростанции, содержащей башенный распределитель согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 2 представляет собой изображение башенного распределителя на фиг. 1 в поперечном сечении, сделанном по линии 2-2 на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой изображение башенного распределителя на фиг. 1 и 2 в поперечном сечении, сделанном по линии 3-3 на фиг. 2; а
фиг. 4 представляет собой перспективное изображение башенного распределителя на фиг. 1-3, показанного со стеновой конструкцией башенного распределителя, изображенной пунктирными линиями.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем подробном описании предпочтительного варианта осуществления сделана ссылка на сопровождающие чертежи, которые составляют ее часть и на которых путем иллюстрирования, а не в качестве ограничения, показан конкретный предпочтительный вариант осуществления, в котором может быть осуществлено изобретение. Должно быть понятно, что без выхода за пределы сущности и объема правовых притязаний представленного изобретения могут быть использованы другие варианты осуществления и что могут быть сделаны изменения.
Далее со ссылкой на фиг. 1 показана часть электростанции 10, работающей на угле. Электростанция 10 содержит общепризнанный мельничный вытяжной вентилятор 12, также известный как вентилятор углеразмольной мельницы, башенный распределитель 14 и множество общепризнанных топок (не показано) ниже по потоку от башенного распределителя 14 относительно направления потока угля через электростанцию 10, который в общем обозначен линиями-стрелками 16 на фиг. 1.
Вытяжная мельница (не показано) принимает уголь и несущий газ, например воздух, измельчает уголь для распределения в несущем газе и посредством мельничного вытяжного вентилятора 12 направляет пылеугольное топливо и несущий воздух в направлении башенного распределителя 14. Комбинация пылеугольного топлива и несущего газа упоминается в данной заявке как "рабочая среда". Электростанция 10 содержит один или более подводящих трубопроводов 18 (на фиг. 1 показан один), который/которые предоставлены для распределения рабочей среды из мельничного вытяжного вентилятора 12 в башенный распределитель 14.
Далее со ссылкой на фиг. 2-4 будет описан башенный распределитель 14 согласно аспектам изобретения. Башенный распределитель 14 содержит стеновую конструкцию 20, образующую проточный проход 22 для потока рабочей среды. Стеновая конструкция 20 может содержать один или более трубопроводов, и в показанном варианте осуществления стеновая конструкция 20 содержит первый и второй трубопроводы 20А, 20В, скрепленные вместе болтами. Стеновая конструкция содержит впуск 24, который принимает поток рабочей среды из мельничного вытяжного вентилятора 12 посредством подводящих трубопроводов 18. Стеновая конструкция 20 дополнительно содержит выпуск 26, отделенный от впуска 24 промежутком в осевом направлении башенного распределителя 14, см. фиг. 2 и 3. Как проиллюстрировано на фиг. 2 и 3, выпуск 26 может подавать рабочую среду из башенного распределителя 14 во множество выпускных труб 28, каждая из которых доставляет часть рабочей среды в топку.
Со ссылкой на фиг. 2-4 башенный распределитель 14 дополнительно содержит первый и второй близлежащие по периметру отклонители 30, 32, расположенные между впуском 24 и выпуском 26. Отклонители 30, 32 прикреплены к внутренней поверхности 34 стеновой конструкции 20 и в общем являются L-образными в поперечном сечении. Отклонители 30, 32 образуют проточные каналы внутри стоек L-формы для осуществления отклонения соответствующих частей потока рабочей среды, как будет обсуждаться в данной заявке.
Отклонители 30, 32 простираются ниже по потоку в осевом направлении и по периметру в противоположных направлениях друг от друга вдоль внутренней поверхности 34 стеновой конструкции 20 от входных участков 30А, 32А отклонителей 30, 32, расположенных в соответствующих первых положениях, к выпускным участкам 30В, 32В отклонителей 30, 32, расположенных в соответствующих вторых положениях ниже по потоку от первых положений в осевом направлении башенного распределителя 14 (см. фиг. 4). Отклонители 30, 32 предпочтительно простираются под углами, равными приблизительно 35-55 градусов, относительно осевого направления, и каждый отклонитель 30, 32 предпочтительно охватывает по меньшей мере приблизительно 90° внутренней окружности стеновой конструкции 20.
Входные участки 30А, 32А отклонителей 30, 32 расположены преимущественно около впуска 24 башенного распределителя 14, т.е. немного ниже по потоку от впуска 24, в области 40 концентрации рабочей среды (см. также фиг. 1). Область 40 концентрации рабочей среды содержит область внутри башенного распределителя 14, которая, как было обнаружено, содержит более высокое распределение пылеугольного топлива, чем остальная часть башенного распределителя 14 в одном и том же осевом положении, что и область 40 концентрации рабочей среды. То есть по мере того, как поток рабочей среды протекает от мельничного вытяжного вентилятора 12 в направлении топок, возникает явление ропинга, которое обсуждалось выше. Область 40 концентрации рабочей среды образует область внутри башенного распределителя 14, где угольный жгут содержит большое количество пылеугольного топлива. Благодаря размещению входных участков 30А, 32А отклонителей 30, 32 отклонители 30, 32 перенаправляют часть рабочей среды из области 40 концентрации рабочей среды во вторые положения на выпускных участках 30В, 32В соответствующих отклонителей, как будет обсуждаться в данной заявке. Как показано на фиг. 1, область 40 концентрации рабочей среды находится в непосредственной близости к впуску 24 башенного распределителя 14 на противоположной по периметру стороне стеновой конструкции 20, чем мельничный вытяжной вентилятор 12.
Как показано на фиг. 2 и 4, между входными участками 30А, 30В соответствующих отклонителей 30, 32 образован зазор G, имеющий составляющую в направлении по периметру. Предпочтительно окружная составляющая зазора охватывает приблизительно 1-10% внутренней окружности стеновой конструкции 20.
Башенный распределитель 14 дополнительно содержит первый и второй регулируемые лопастные элементы 46, 48, прикрепленные к стеновой конструкции 20, см. фиг. 2-4. Лопастные элементы 46, 48 простираются радиально внутрь от внутренней поверхности 34 стеновой конструкции 20, и каждый из них связан с соответствующей ручкой 50, 52, расположенной снаружи башенного распределителя 14, см. также фиг. 1. Ручками 50, 52 можно манипулировать снаружи башенного распределителя 14 для регулирования ориентации соответствующего лопастного элемента 46, 48 во время работы электростанции 10 с целью осуществления изменения направления потока части рабочей среды, протекающей через стеновую конструкцию 20, около соответствующего лопастного элемента 46, 48, как будет обсуждаться в данной заявке. В предпочтительном варианте осуществления каждая из ручек 50, 52 имеет множество предварительно заданных положений, при этом каждое предварительно заданное положение соответствует конкретной ориентации соответствующего лопастного элемента 46, 48. Заданные положения могут определяться, например, зубцом 50А, 52А ручки (фиг. 3 и 4), введенным в зацепление с одним из множества отверстий 55, образованных в соответствующих планках 54А, 56А ручек 50, 52, опирающихся на стеновую конструкцию 20.
Комбинации первого и второго лопастных элементов 46, 48 и их соответствующих ручек 50, 52 упоминаются в данной заявке как первый и второй лопастные узлы 54, 56, см. фиг. 3 и 4.
Как наиболее отчетливо показано на фиг. 2, первый лопастной узел 54 расположен в направлении по периметру между соответствующими входными участками 30А, 32А первого и второго отклонителей 30, 32, т.е. первый лопастной узел 54 выровнен в общем по периметру с зазором G, образованным между входными участками 30А, 32А. Кроме того, первый лопастной узел 54 может быть выровнен в общем в осевом направлении с выпускными участками 30В, 32 В первого и второго отклонителей 30, 32. Как будет описано в данной заявке, часть рабочей среды, которая проходит через зазор G, протекает в направлении первого лопастного элемента 46, при этом первый лопастной элемент 46 может изменять направление части рабочей среды.
Второй лопастной узел 56 расположен ниже по потоку в осевом направлении от первого лопастного узла 54 и расположен в направлении по периметру в общем посередине между соответствующими выпускными участками 30В, 32В отклонителей 30, 32. Кроме того, второй лопастной узел 56 может быть расположен ниже по потоку в осевом направлении от первого лопастного узла 54 и ниже по потоку от сужающегося радиально наружу нижнего конца 21 первого трубопровода 20A. Как будет описано в данной заявке, второй лопастной элемент 48 может изменять направление протекающей рядом рабочей среды.
Башенный распределитель 14 дополнительно содержит первый и второй выступы 60, 62, которые в показанном варианте осуществления выровнены в общем по периметру с соответствующими первым и вторым лопастными элементами 46, 48 и находятся от них ниже по потоку. Выступы 60, 62 простираются радиально внутрь от стеновой конструкции 2 0 и содержат расположенные под углом нижние поверхности 60А, 60В и 62А, 62В, см. фиг. 4. Расположенные под углом поверхности 60А, 60В и 62А, 62В отклоняют части рабочей среды, протекающей по выступам 60, 62, как будет обсуждаться в данной заявке.
Во время работы электростанции, работающей на угле 10, уголь и несущий воздух доставляются в вытяжную мельницу. Вытяжная мельница измельчает уголь, а мельничный вытяжной вентилятор 12 распределяет пылеугольное топливо и несущий воздух в башенный распределитель 14 через подающие трубы 18.
Как описано выше, поток рабочей среды образует в башенном распределителе 14 угольный жгут. Образование угольного жгута создает область 40 концентрации рабочей среды около впуска 24 башенного распределителя 14 на противоположной стороне стеновой конструкции 20 от мельничного вытяжного вентилятора 12. Части рабочей среды в области 40 концентрации рабочей среды поступают в проточные каналы, образованные отклонителями 30, 32 во входных участках 30А, 32А соответствующих отклонителей. Данные части рабочей среды следуют в проточные каналы, образованные отклонителями 30, 32 вокруг внутренней окружности стеновой конструкции 20, и высвобождаются отклонителями 30, 32 во вторых положениях выпускными участками 30В, 32В отклонителей, т.е. отклонители 30, 32 отклоняют соответствующие потоки рабочей среды.
По мере того как рабочая среда, высвобождаемая выпускными участками 30В, 32В отклонителей, протекает ниже по потоку в осевом направлении, ее части могут протекать мимо второго лопастного элемента 48. Ориентацию второго лопастного элемента 48 можно по мере необходимости регулировать второй ручкой 52 для изменения угла потока рабочей среды. Можно провести определение желательного угла второго лопастного элемента 48, используя систему 70 оперативного мониторинга, схематично показанную на фиг. 1. Система 70 оперативного мониторинга может отслеживать условия внутри выпускных труб 28. Например, система 70 оперативного мониторинга может показывать, что в одну или более выпускных труб 28 проходит более высокий процент рабочей среды, чем в одну или более других выпускных труб 28, в каком случае второй лопастной элемент 48 можно отрегулировать для изменения потока рабочей среды через башенный распределитель 14, соответственно осуществляя изменение количества рабочей среды, входящей в каждую из соответствующих выпускных труб 28. Как будет ясно квалифицированным специалистам в данной области, для определения количества рабочей среды, проходящей в выпускные трубы 28, система 70 оперативного мониторинга может отслеживать одно или более рабочих условий внутри башенного распределителя 14 или внутри выпускных труб 28.
После прохождения второго лопастного элемента 48 рабочая среда втекает во второй выступ 62. Расположенные под углом поверхности 62А, 62В второго выступа 62 отклоняют рабочую среду для дополнительного разделения потока рабочей среды по существу на равные части для доставки в соответствующие выпускные трубы 28.
Часть рабочей среды в области 4 0 концентрации рабочей среды, которая не отклоняется отклонителями 30, 32, протекает через зазор G между входными участками 30А, 32А отклонителя. По мере того, как данная часть рабочей среды протекает ниже по потоку в осевом направлении, она протекает мимо первого лопастного элемента 46. Для изменения угла потока данной части рабочей среды ориентацию первого лопастного элемента 46 по мере необходимости можно регулировать первой ручкой 50. Можно провести определение желательного угла первого лопастного элемента 46, используя систему 70 оперативного мониторинга, как описано выше.
После прохождения первого лопастного элемента 46 рабочая среда протекает в первый выступ 60. Расположенные под углом поверхности 60А, 60В первого выступа 60 отклоняют рабочую среду для дополнительного разделения потока рабочей среды по существу на равные части для доставки в соответствующие выпускные трубы 28.
Есть основания полагать, что за счет изменения конфигурации угольного жгута башенный распределитель 14, описанный в данной заявке, доставляет в каждую из выпускных труб 28 по существу одинаковое количество рабочей среды так, что в каждую из соответствующих топок доставляются по существу одинаковые количества рабочей среды. В варианте осуществления, где выпускные трубы 28 питают множество топливных инжекторов (не показано) в общей топке, есть основания полагать, что в соответствующие топливные инжекторы подается по существу одинаковое количество рабочей среды.
x
Есть основания полагать, что за счет доставки в каждую из выпускных труб 28 по существу одинакового количества рабочей среды снижаются уровни выбросов нежелательных продуктов, таких как СО, NO и несгоревший углерод. Также есть основания полагать, что внутри топок уменьшаются области высокого теплового потока, поскольку ни одна из топок не имеет избыточных количеств пылеугольного топлива. Кроме того, есть основания полагать, что внутри топок минимизируется воздушный дисбаланс, соответственно по существу предотвращая высокие скорости воздушного потока в выпусках топливных форсунок и последующее нестабильное сгорание.
Дополнительно, поскольку башенный распределитель 14 представленного изобретения просто отклоняет части рабочей среды, протекающей через него, и механически не прерывает поток рабочей среды, есть основания полагать, что уменьшается падение давления рабочей среды, вызываемое башенным распределителем 14, повышая соответственно эффективность электростанции 10. Кроме того, поскольку направляющие поток составные части внутри башенного распределителя 14 непосредственно не препятствуют потоку рабочей среды, но вместо этого перенаправляют или отклоняют поток рабочей среды, есть основания полагать, что уменьшается эрозионное разрушение направляющих поток составных частей.
Несмотря на то, что башенный распределитель 14, обсуждавшийся в данной заявке, содержит два отклонителя 30, 32, два лопастных элемента 46, 48 и два выступа 60, 62, следует отметить, что в башенном распределителе 14 могут содержаться дополнительные или меньше данных соответствующих составных частей.
Несмотря на то, что был проиллюстрирован и описан конкретный вариант осуществления представленного изобретения, квалифицированным специалистам в данной области будет очевидно, что без выхода за пределы сущности и объема правовых притязаний изобретения могут быть сделаны различные другие изменения и модификации. Вследствие этого предполагается, что приложенная формула изобретения охватывает все подобные изменения и модификации, которые находятся внутри объема правовых притязаний данного изобретения.