Котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое

Полезная модель относится к области теплоэнергетики.
Прототипов является котлоагрегат для сжигания угля [Смирнов А.В. и др. Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое. Патент на полезную модель. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.05.2004 г. №38041, бюл. №14] [1], состоящий из механического топочного устройства в виде узкой наклонной к горизонту подвижной колосниковой решетки для сжигания топлива в высокотемпературном кипящем слое, поверхностей нагрева, питателя топлива, эжектора. Поверхности нагрева имеют газоплотные экраны, обеспечивающие разворот газов для организации системы возврата уноса. Подача воздуха осуществляется под решетку и в надслоевое пространство, в топочной камере вдоль решетки установлена дополнительная поверхность нагрева, включенная в контур циркуляции котла.
Данный аналог обладает рядом недостатков:
1. Неравномерность (порционность) подачи топлива скребковым питателем, что нарушает устойчивость горения и температурный режим на статическом режиме и качество переходных процессов на динамических режимах;
2. Нарушается режим горения с увеличением температуры и последующим шлакованием решетки. В частности, при увеличении коэффициента избытка воздуха, происходит увеличение температуры в топке, и как следствие, создаются благоприятные условия для шлакования решетки котла;
3. Подвод воздуха под колосниковую решетку не обеспечивает его движение в строго перпендикулярном решетке направлении. При существующей схеме подвода воздуха происходит смещение потока в сторону стены топки противоположную стороне расположения подводящих патрубков воздуховода. Вышеуказанное обстоятельство приводит к кратерному горению топлива в кипящем слое и неравномерности теплового напряжения объема топочной камеры;
4. Заниженная площадь надрешеточных (погружных) поверхностей нагрева не обеспечивает оптимального теплосъема от кипящего слоя, что снижает эффективность работы котла;
5. Подача вторичного воздуха в надслоевое пространство через сопла круглого сечения недостаточно эффективно снижают унос мелких фракций топлива из кипящего слоя в надслоевое пространство.
Аналогом является котлоагрегат для сжигания угля [Смирнов А.В. и др. Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое. Патент на полезную модель. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 05.05.2017 г. №170747, бюл. №13] [2], состоящий из механического топочного устройства в виде наклонной к горизонту подвижной колосниковой решетки для сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое с подачей воздуха под решетку и в наделоевое пространство, поверхностей нагрева в виде газоплотных экранов, обеспечивающих разворот газов для организации системы возврата уноса, питателя топлива, эжектора, дополнительной поверхности нагрева вдоль решетки, включенной в контур циркуляции котлоагрегата, отличающийся тем, что питатель топлива выполнен в виде шнека, воздуховод в зоне первичного дутья под решеткой изогнут до вертикального положения, воздуховод в зонах вторичного дутья выполнен в виде щелевых сопел, линия всасывания дутьевого вентилятора котлоагрегата соединена с напорной линией дымососа для подмешивания уходящих газов, в дополнительную надрешеточную поверхность нагрева включена трубная секция.
Данный аналог обладает рядом недостатков:
1. На некоторых режимах с увеличением температуры слоя нарушается режим горения, и создаются условия для шлакования колосниковой решетки котлоагрегата;
2. Подвод вторичного воздуха происходит на одной плоскости напротив друг друга в надслоевое пространство топки, что приводит к уносу мелких фракций топлива из кипящего слоя в надслоевое пространство;
3. Отсутствие автоматической растопки топки после полного прекращения ее работы в случае длительной остановки и охлаждения для ремонта или консервации котлоагрегата, или при кратковременной остановке и охлаждения при временном отключении потребителей тепловой энергии;
4. Отсутствует возможность перехода на резервный вид топлива при отсутствии основного, что снижает надежность теплоснабжения потребителей;
Недостатки прототипа ставят задачу полезной модели:
- поддержание устойчивости и температурного режима горения на статических режимах, повышение качества переходных процессов на динамических режимах, повышение уровня автоматизации котлогрегата и повышение надежности теплоснабжения потребителей тепловой энергии.
Сущность заявленной полезной модели состоит в том, что котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое, состоящий из механического топочного устройства в виде наклонной к горизонту подвижной колосниковой решетки для сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое с подачей воздуха под решетку и в надслоевое пространство, поверхностей нагрева в виде газоплотных экранов, обеспечивающих разворот газов для организации системы возврата уноса, питателя топлива выполненного в виде шнека, эжектора, дополнительной поверхности нагрева вдоль решетки, включенной в контур циркуляции котлоагрегата, воздуховода расположенного под решеткой в зоне первичного дутья изогнутого до вертикального положения, воздуховода в зонах вторичного дутья выполненного в виде щелевых сопел, линии всасывания дутьевого вентилятора котлоагрегата, соединенной с напорной линией дымососа для подмешивания уходящих газов, дополнительной трубной секцией, включенной в надрешеточную поверхность нагрева, отличающийся тем, что щелевые сопла вторичного дутья расположены в шахматном порядке, в топочном устройстве на боковой стене обмуровки установлена пусковая горелка на дизельном топливе, направленная в сторону зоны активного горения топлива в кипящем слое над колосниковой решеткой, в тыльной стенке котлоагрегат установлено телескопическое устройство для сбивания шлака с колосниковой решетки над зонами первичного воздуха.
Техническим результатом заявленной полезной модели является улучшение характеристик топочных процессов.
Улучшение характеристик топочных процессов котлоагрегата для сжигания твердого топлива в кипящем слое достигается за счет того, что:
1. Использование щелевых сопел в зоне вторичного дутья, расположенных в шахматном порядке, позволяют создать более плотную завесу мелким фракциям топлива, что приводит к уменьшению потерь топлива, и как следствие, потерь теплоты от механической неполноты сгорания с уносом;
2. Применение телескопического устройства, расположенного в топке, позволяет производить сбивания шлака над первой дутьевой зоной колосниковой решетки. Данное решение уменьшает шлакование колосниковой решетки и препятствует образованию кратерного горения.
3. Установка устройства пусковой горелки с боку обеспечивает растопку котлоагрегата в автоматическом режиме и обеспечивает возможности работы котлоагрегата на жидком и твердом топливе. Позволяет производить монтаж пусковой горелки на дизельном топливе, не изменяя конструктивных решений котлоагрегата.
Предложенная конструкция котлоагрегата поясняется чертежами. На фиг. 1 показан разрез котлоагрегата - вид сбоку. На фиг. 2 разрез котлоагрегата - вид спереди. На фиг. 3 показан разрез котлоагрегата - вид сверху.
Котелоагрегат включает в себя механическое топочное устройство, поверхности нагрева, питатель топлива шнекового типа, бункер возврата уноса и эжектор. Основным технологическим элементом топки является подвижная, наклоненная к горизонту колосниковая решетка прямого хода (1). Данное устройство также включает в себя раму с расположенным внутри ее воздушным коробом, разделенным на дутьевые зоны первичного дутья (2), а также боковые и поперечные (межзонные) уплотнения. Воздуховод в зонах вторичного дутья выполнен в виде щелевых сопел расположенных в шахматном порядке (3). Для регулирования температурного уровня в кипящем слое вдоль решетки установлена поверхность нагрева, включенная в контур циркуляции котлоагрегата с дополнительной трубной секцией (4), являющаяся панелью охлаждения.
Топка ограничена по бокам и сверху стальными газоплотными водотрубными секциями (5). Топливо на колосниковую решетку прямого хода подается из топливного бункера (6) по наклонной плите (7) с помощью питателя топлива шнекового типа (8). Котелоагрегат также содержит водотрубную секцию (9), перегородку (10) из жаропрочной стали между водотрубными секциями (5) и (9), бункер возврата уноса (И) с эжектором возврата уноса (12), линию рециркуляции уходящих газов (13), поворотный шибер круглого сечения (14), пусковая горелка (15), телескопическое устройство (16).
Работает заявленное устройство следующим образом:
Часть воздуха направляется под колосниковую решетку (1) через дутьевые зоны первичного воздуха (2), а другая - в надслоевое пространство через щелевые сопла вторичного дутья (3), расположенные в шахматном порядке.
В котлоагрегате организована следующая схема движения газов. Газы поднимаются от колосниковой решетки прямого хода в верхнюю часть топки, проходят вниз по ряду параллельных труб водотрубной секции (5), разворачиваются на 180° и, проходя вверх по водотрубной секции (9), удаляются из котлоагрегата. Для обеспечения разворота дымовых газов между водотрубными секциями (5) и (9) установлена перегородка из жаропрочной стали (10). Резкий разворот газов позволяет осадить в бункере возврата уноса (11) унесенные из топки несгоревшие частицы топлива и летучей золы и с помощью эжектора (12) вернуть их в топку на дожигание.
При образовании шлака в зазорах колосниковой решетки приводится в действие телескопическое устройство (16), которое при движении по решетке к первой дутьевой зоне сбивает шлак.
При запуске котлоагрегата происходит включение пусковой горелки (15) на дизельном топливе направленной под углом в сторону активного горения топлива в кипящем слое над колосниковой решеткой. После розжига котлоагрегата горелка отключается.
Предложенная конструкция котлоагрегата не выявлена из существующего уровня развития техники, а именно:
- уменьшает образованию шлакования;
- препятствует образованию кратерного горения;
- уменьшение потерь топлива с уносом частиц топлива;
- уменьшение потерь теплоты от механической неполноты сгорания;
- возможность растопки котлоагрегата в автоматическом режиме;
- работа котлоагрегата на жидком и твердом топливе.
Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизны».
Реализация заявленного устройства не представляет никаких технологических, конструктивно-технических трудностей, отсюда следует соответствие критерию « промышленная применимость».
Список использованных источников
1. Смирнов А.В. и др. Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое. Патент на полезную модель. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.05.2004 г. №38041, бюл. №14 - прототип.
2. Смирнов А.В. и др. Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое. Патент на полезную модель. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 05.05.2017 г. №170747, бюл. №13 - аналог.