устройство для получения горячей воды, пара и перегретого пара

Формула изобретения

Устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, которое содержит топочное пространство, горизонтальный и опускной газоходы, трубную систему поверхностей нагрева воды и термоциклонный предтопок, отличающееся тем, что устройство дополнительно оборудовано термоциклонными предтопками, которые, включая указанный предтопок, служат для термической подготовки твердого низкореакционного топлива, пристыкованы к топочному пространству и одновременно являются горелками для сжигания полученной в них газовзвеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области огневой теплотехники и может быть широко использовано в энергетике.

Известно устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, в котором химическую энергию твердого топлива при его сжигании передают холодной воде в процессе теплопередачи. Процесс передачи энергии (теплопередачи) осуществляют в топочном пространстве (топке) устройства, где производят сжигание топлива, при этом подачу твердого топлива в топочное пространство производят в пылевидном состоянии через специальные горелки, которые устанавливают в нижней части топки (Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общей редакцией В.А.Григорьева, В.М.Зорина. - 2-е изд., перераб. т. 3. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.). Известное устройство в общем случае имеет топочное пространство (топку), горизонтальный и опускной газоходы и оборудовано трубной системой поверхностей нагрева воды. Для подачи твердого топлива в топку в пылевидном состоянии устройство оборудовано пылеугольными горелками.

Однако указанное устройство содержит ряд недостатков:

- для надежного воспламенения и горения низкореакционного твердого топлива или топлива с измененными качественными характеристиками, связанными с расширением добычи и освоением новых пластов месторождений ряда марок углей, устройство требует подсвета основного факела дорогим и остро дефицитным мазутом или газом либо через муфельные мазутные форсунки, либо через специальные пылегазовые горелки, при этом снижается КПД процесса теплопередачи, т.к. мазут или газ (из-за более высокой реакционной способности) сгорает быстрее, что приводит к затягиванию факела в область низких температур и увеличению, в связи с этим, механического недожога угля;

- устройство не обеспечивает выход оксидов азота на уровне 200 мг/м³ (требования к экологически чистым ТЭС) без применения дополнительных средств, таких как стадийное (ступенчатое) сжигание, ввод реагента в зону горения и др.

Кроме того, известно устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, являющееся прототипом предлагаемого изобретения, в котором химическую энергию размолотого твердого топлива при его сжигании передают холодной воде также в процессе теплопередачи. Устройство также имеет топочное пространство, горизонтальный и опускной газоходы и трубную систему поверхностей нагрева воды (а.с. SU 1185015 А, МКИ F 23 C 1/10). В нижней части топочного пространства устройство оборудовано термоциклонным предтопком для прогрева и сжигания основной части размолотого твердого низкореакционного топлива, внутренняя поверхность которого покрыта экранными трубами. Для прогрева размолотого твердого низкореакционного топлива термоциклонный предтопок содержит камеру сгорания с горелкой высокореакционного топлива (газа или мазута), а также подключенные к боковой стенке камеры тангенциальный канал первичного воздуха и короб для подачи размолотого низкореакционного твердого топлива. Процесс сжигания низкореакционного твердого топлива в термоциклонном предтопке производят с образованием жидкого шлака, поэтому устройство оборудовано соответствующей системой эвакуации жидкого шлака.

Однако и это устройство имеет недостатки:

- функциональные возможности устройства ограничены применением дорогого и остродефицитного высокореакционного топлива (газа или мазута);

- устройство оборудовано системой жидкого шлакоудаления, что усложняет и удорожает его конструкцию;

- устройство усложнено, так как оборудовано предтопком, конструкция которого сложна в изготовлении из-за установки экранных труб на внутренней поверхности;

- конструкция предтопка не позволяет осуществить традиционную компоновку устройства (например, аналогично компоновке со встречным или тангенциальным расположением пылеугольных горелок), при которой достигается наиболее равномерное распределение тепловых нагрузок внутри топочного пространства с наивысшим КПД работы устройства и, как следствие, наиболее экономичная его работа;

- надежность работы устройства ограничена надежностью работы предтопка, и при выходе из строя термоциклонного предтопка или его вспомогательных систем неизбежен останов работы устройства в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для получения горячей воды, пара или перегретого пара, которое является более простым в изготовлении, с более широкими функциональными возможностями, более экономичным и надежным при эксплуатации.

Это достигается тем, что известное устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, которое содержит топочное пространство, горизонтальный и опускной газоходы, трубную систему поверхностей нагрева воды и термоциклонный предтопок, дополнительно оборудовано термоциклонными предтопками, которые, включая указанный предтопок, служат для термической подготовки твердого низкореакционного топлива, пристыкованы к топочному пространству и одновременно являются горелками для сжигания полученной в них газовзвеси.

На чертеже приведена одна из возможных структурных схем устройства.

Устройство имеет, например, П-образную компоновку и имеет топочное пространство (топку) 1, горизонтальный 2 и опускной 3 газоход. Кроме этого, устройство оборудовано трубной системой поверхностей нагрева воды (в общем случае - это водяной экономайзер 4, парогенерирующие поверхности нагрева 5, пароперегреватель 6). К топке 1 устройства пристыкованы под углом 0 термоциклонные предтопки смешивающего типа 7 для получения двухфазного топлива - газовзвеси 8, которые одновременно выполняют функции горелок и имеют, например, цилиндрическую форму. Предтопки оборудованы камерой для тангенциального ввода твердого низкореакционного топлива рядового станционного помола 9, горелкой для сжигания высокореакционного топлива 10 и приспособлением для ввода вторичного воздуха 11.

Устройство работает следующим образом. Размолотое твердое низкореакционное топливо 9 тангенциально направляют в предтопок с образованием реакторного пространства, внутрь которого, через торцевую стенку, направляют горящее высокореакционное топливо 10. В качестве высокореакционного топлива используют мазут, газ или уголь (например канско-ачинский). За счет тепла от горения высокореакционного топлива поток размолотого твердого низкореакционного топлива 9 прогревают с образованием двухфазного топлива - газовзвеси 8, которая содержит в основном окись углерода, водород, непрореагировавшую угольную пыль, коксовый остаток, метан, углекислый газ и азот. Процесс получения газовзвеси ведут без образования жидкого шлака. На выходе из термоциклонного предтопка газовзвесь смешивают со вторичным воздухом 11 и вместе с продуктами сгорания высокореакционного топлива направляют в топочное пространство 1 устройства, где осуществляют процесс передачи тепла от горящей газовзвеси к парогенерирующим поверхностям нагрева 5. В горизонтальном 2 и опускном 3 газоходах осуществляют процесс передачи тепла от горячих дымовых газов к пароперегревающим поверхностям нагрева 6 и поверхностям нагрева водяного экономайзера 4. Эвакуацию шлака и дымовых газов осуществляют через соответствующие системы. В этом случае режим устойчивого воспламенения и стабильного горения факела в топочном пространстве 1, даже при использовании низкосортного или непроектного твердого топлива и топлива с изменяющимися качественными характеристиками, без применения подсвета мазутом или газом обеспечивают за счет содержания в газовзвеси легко воспламеняющихся летучих продуктов пиролиза твердого топлива (H₂, CO, CH₄), количество которых в газовзвеси может достигать 40% и более по отношению к исходной массе твердого низкореакционного топлива в зависимости от его типа и времени реагирования в предтопке.

Таким образом, описанное устройство имеет более широкие функциональные возможности за счет применения в качестве высокореакционного топлива не только газа или мазута, но и угля, например КАУ. Устройство является более простым, так как не требует системы жидкого шлакоудаления, а внутренняя поверхность предтопков не экранируется трубами поверхностей нагрева. Устройство является более экономичным в эксплуатации, так как конструкция предтопков позволяет осуществить традиционную компоновку устройства (например, аналогично компоновке со встречным или тангенциальным расположением пылеугольных горелок), при которой достигается наиболее равномерное распределение тепловых нагрузок внутри топочного пространства с наивысшим КПД работы устройства, и за счет применения более дешевого (по сравнению с газом или мазутом) угля, в случае его применения в качестве высокореакционного топлива. Устройство является более надежным за счет применения нескольких термоциклонных предтопков, одновременно выполняющих функции рядовых пылеугольных горелок. В этом случае, при выходе из строя одного предтопка, устройство может работать на пониженной нагрузке.

Кроме того, дополнительным положительным эффектом является то, что предлагаемая конструкция устройства позволяет сжигать твердые топлива, имеющие широкий диапазон качественных характеристик, и обеспечивает меньший выброс оксидов азота (на уровне 200 мг/м³) за счет применения термической подготовки твердого топлива.