Котельный агрегат

Изобретение относится к сжиганию топлива. Котельный агрегат содержит котел с топкой, снабженной основными и сбросными пылеугольными горелками, и систему пылеприготовления с пылеконцентраторами, каждый из которых имеет тангенциальный входной патрубок, подсоединенный к источнику угольной пыли. Пылеконцентраторы установлены горизонтально, соосно горелкам топки котла, при этом сбросная труба каждого пылеконцентратора выполнена в виде кольцевого зазора между меньшим основанием конусообразной полой вставки пылеконцентратора и воздушным соплом растопочной горелки и обращена внутрь полой вставки, с помощью которой она соединена со сбросной горелкой, размещенной внутри основной горелки. Между сбросной горелкой и полой вставкой образован кольцевой зазор. Корпус пылеконцентратора выполнен коническим, при этом межконусный торцевой зазор между широкими основаниями корпуса и сбросной горелки образует патрубок отвода концентрированной смеси в виде кольцевого сопла, заведенного внутрь каждой основной горелки топки котла с образованием кольцевого зазора между корпусом горелки и патрубком отвода концентрированной смеси, сообщающегося через кольцевой зазор с полостью воздушного короба. Пылеконцентратор содержит также торцевую крышку, которая образует зазор с полой вставкой для прохода газов в кольцевую сбросную трубу. Воздушное сопло соединено с линией горячего воздуха, а растопочная горелка - с источником легковоспламеняющегося топлива. В тангенциальном входном патрубке может быть установлен язычковый шибер регулирования направления подачи угольной пыли в межконусное пространство. Полая вставка и оголовок воздушного сопла могут быть выполнены в виде муфелей. Изобретение позволяет повысить эффективность разделения пылегазовоздушной смеси после предварительной термообработки угольной пыли на коксовый нелетучий остаток и парогазовые продукты термического разложения с последующим их ступенчатым сжиганием, а также эксплуатационную надежность за счет упрощения конструкции котельного агрегата. 2 ил.

 

Изобретение относится к сжиганию топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях, в том числе и для растопки котлов.

Известен котельный агрегат (патент РФ №2088851, кл. F 23 K 1/00, опубл. 27.08.1997 г., Бюл. №24) с пылеконцентратором, содержащим корпус с полой вставкой, тангенциальным входным патрубком аэросмеси, размещенным посередине корпуса, растопочной горелкой, заведенной во внутрь полой вставки с зазором, аксиальной сбросной трубой и патрубками отвода концентрированной смеси.

Известна пылесистема с пылеконцентратором (патент РФ №2181182, кл. F 23 K 1/00, опубл. 10.04.2002 г., Бюл. №10), содержащим корпус с полой вставкой с тангенциальным патрубком ввода аэросмеси, размещенным посередине корпуса, растопочной горелкой, заведенной внутрь полой вставки с зазором, аксиальной сбросной трубой и патрубком отвода концентрированной смеси.

Недостатком известных устройств является сложность конструктивного исполнения и соответственно низкая эксплуатационная надежность.

Известен котельный агрегат (патент РФ №2096687, кл. F 23 K 1/00, опубл. 20.11.1997 г., Бюл. №32), содержащий котел с топкой, снабженной пылеугольными основными и сбросными горелками и систему пылеприготовления с пылеконцентраторами, установленными горизонтально, соосно горелкам топки, каждый из которых имеет тангенциальные входные патрубки, подсоединенные к источнику угольной пыли и размещенные в нижней части корпуса, при этом сбросная труба каждого пылеконцентратора подсоединена к сбросной горелке топки, осевой входной патрубок с растопочной горелкой внутри воздушного сопла соединены с линией горячего воздуха от воздушного короба и источником легковоспламеняющегося топлива, патрубок отвода концентрированной смеси в каждом пылеконцентраторе подсоединен к основной пылеугольной горелке, а внутри корпуса пылеконцентратора, выполненного коническим, установлена полая вставка.

Недостатком известного котельного агрегата является высокое забалластирование основного потока пылегазовоздушной смеси парогазовыми продуктами термической обработки угля, а также сложность конструктивного исполнения и соответственно низкая эксплуатационная надежность.

Задача изобретения - повышение эффективности разделения пылегазовоздушной смеси после предварительной термообработки угольной пыли на коксовый нелетучий остаток и парогазовые продукты термического разложения с последующим их ступенчатым сжиганием, а также эксплуатационной надежности за счет упрощения конструкции котельного агрегата.

Задача решается тем, что в котельном агрегате, содержащем котел с топкой, снабженной основными и сбросными пылеугольными горелками, и систему пылеприготовления с пылеконцентраторами, установленными горизонтально, соосно горелкам топки, каждый из которых имеет тангенциальный входной патрубок, подсоединенный к источнику угольной пыли и размещенный в нижней части корпуса, при этом сбросная труба каждого пылеконцентратора подсоединена к сбросной горелке топки, осевой входной патрубок с растопочной горелкой внутри воздушного сопла соединены соответственно с линией горячего воздуха от воздушного короба и источником легковоспламеняющегося топлива, патрубок отвода концентрированной смеси в каждом пылеконцентраторе подсоединен к основной пылеугольной горелке, внутри корпуса пылеконцентратора, выполненного коническим, установлена полая вставка, согласно изобретению полая вставка выполнена конусообразной и соединяет собой сбросную трубу, образованную обращенным внутрь полой вставки кольцевым зазором между меньшим ее основанием и воздушным соплом растопочной горелки, со сбросной горелкой, а межконусный торцевой зазор между широким основанием корпуса пылеконцентратора и сбросной горелкой, сообщающийся с полостью воздушного короба, образует патрубок отвода концентрированной смеси в виде кольцевого сопла, заведенного внутрь соответствующей основной горелки топки котла с образованием кольцевого зазора между корпусом горелки и патрубком отвода концентрированной смеси, при этом сбросная горелка размещена внутри указанного кольцевого сопла патрубка отвода концентрированной смеси, а полая вставка и корпус пылеконцентратора заведены соответственно в сбросную горелку и патрубок отвода концентрированной смеси с образованием соответствующих кольцевых зазоров.

Выполнение полой вставки конусообразной формы позволяет получить между меньшим ее основанием и воздушным соплом растопочной горелки кольцевой зазор, обращенный внутрь полой вставки, образующий указанную сбросную трубу, соединенную со сбросной горелкой с помощью полой вставки. Межконусный торцевой зазор между широкими основаниями корпуса и полой вставки в каждом пылеконцентраторе, сообщающийся с полостью воздушного короба, образует патрубок отвода концентрированной смеси в виде кольцевого сопла, заведенного во внутрь каждой основной горелки топки котла с образованием кольцевого зазора между корпусом горелки и патрубком отвода концентрированной смеси, при этом сбросная горелка размещена внутри указанного кольцевого сопла патрубка отвода концентрированной смеси. Реализация перечисленных конструктивных мероприятий позволяет улучшить эффективность разделения пылегазовоздушной смеси после предварительной термообработки угольной пыли на коксовый нелетучий остаток и парогазовые продукты термического разложения, а также упростить конструкцию котельного агрегата и повысить надежность эксплуатации. Упрощение конструкции и соответственно повышение надежности эксплуатации котельного агрегата обеспечивается минимизацией числа конструктивных элементов без ущерба функциональному назначению.

Эффективность разделения пылегазовоздушной смеси после предварительной термообработки угольной пыли на коксовый нелетучий остаток и парогазовые продукты термического разложения повышается за счет того, что при подаче угольной пыли в межконусное пространство она расслаивается не только в поперечном, но и в продольном сечении, и в межконусном пространстве на торце между узкими основаниями корпуса и полой вставки выделяются горючие газообразные продукты (летучие вещества) термического разложения угля и мелкие фракции пыли, а на торце между широкими основаниями корпуса и полой вставки образуется концентрированная смесь, так как аэросмесь, подаваемая в межконусное пространство, расслаивается в сечении так, что у полой вставки образуются газообразные продукты, а у корпуса - твердая фаза в виде коксовых частиц, которая за счет инерции пыли перемещается к широкому торцу корпуса, а парогазовые продукты термического разложения топлива - к узкому торцу. При этом одновременно через полую вставку происходит нагрев топлива факелом растопочной горелки, сопровождающийся его сушкой и термодеструкцией с выделением парогазовых летучих веществ, которые, поступая к устью горелки через сбросную трубу, сгорают, а образующиеся при этом продукты горения транспортируются далее внутри полой вставки в сбросную горелку топки. Концентрированная угольная пыль в патрубке отвода концентрированной смеси смешивается ступенчато с частью воздуха, поступающего через кольцевые зазоры, и выгорает в основной горелке, внутри которой расположены указанный патрубок отвода концентрированной смеси в виде кольцевого сопла и сбросная горелка, обеспечивающая устойчивое безотрывное горение в основной горелке и восстановление образующихся оксидов азота в молекулярный азот, так как в сбросной горелке образуется восстановительная среда.

Полая вставка и корпус пылеконцентратора установлены соответственно в сбросной горелке и патрубке отвода концентрированной смеси с образованием соответствующих кольцевых зазоров для прохода горючих газов и воздуха. Кольцевой зазор между сбросной горелкой и полой вставкой способствует удалению из межконусного пространства газообразных продуктов термического разложения топлива и позволяет обеспечить более высокую концентрацию твердой фазы, которая уже в патрубке отвода концентрированной смеси смешивается с воздухом, поступающим за счет эжекции из воздушного короба через зазор, образованный сбросной горелкой и корпусом пылеконцентратора, что, в свою очередь, обеспечивает эффективность подготовки топливно-воздушной смеси перед ее подачей в топку котельного агрегата и соответственно устойчивость ее воспламенения и выгорания.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществить задачу изобретения - повысить эффективность разделения пылегазовоздушной смеси после предварительной термообработки угольной пыли на коксовый нелетучий остаток и парогазовые продукты термического разложения.

На фиг.1 изображен предлагаемый котельный агрегат, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Котельный агрегат содержит котел с топкой 1, снабженной основными 2 и сбросными 3 пылеугольными горелками, и систему пылеприготовления с пылеконцентраторами 4, каждый из которых имеет тангенциальный входной патрубок 5, подсоединенный к источнику 6 угольной пыли. Пылеконцентраторы 4 установлены горизонтально, соосно горелкам 2 топки 1 котельного агрегата, при этом сбросная труба 7 каждого пылеконцентратора 4 выполнена в виде кольцевого зазора между меньшим основанием конусообразной полой вставки 8 пылеконцентратора 4 и воздушным соплом 9 растопочной горелки 10 и обращена во внутрь полой вставки 8, с помощью которой она соединена со сбросной горелкой 3, размещенной внутри основной горелки 2. Между сбросной горелкой 3 и полой вставкой 8 образован кольцевой зазор 11.

Корпус 12 пылеконцентратора 4 выполнен коническим, при этом межконусный торцевой зазор 13 между широкими основаниями корпуса 12 и сбросной горелки 3 образует патрубок 14 отвода концентрированной смеси в виде кольцевого сопла, заведенного внутрь каждой основной горелки 2 топки 1 котла с образованием кольцевого зазора 15 между корпусом горелки 2 и патрубком 14 отвода концентрированной смеси, сообщающимся через кольцевой зазор 16 с полостью воздушного короба 17. Пылеконцентратор 4 содержит также торцевую крышку 18, которая образует зазор 19 с полой вставкой 8 для прохода газов в кольцевую сбросную трубу 7. Воздушное сопло 9 соединено с линией горячего воздуха 20, а растопочная горелка 10 - с источником легковоспламеняющегося топлива 21. В тангенциальном входном патрубке 5 может быть установлен язычковый шибер 22 регулирования направления подачи угольной пыли в межконусное пространство 23. Полая вставка 8 и оголовок 24 воздушного сопла 9 могут быть выполнены в виде муфелей. Остальные детали пылеконцентратора 4 выполнены из термостойкой стали. 25 - торец межконусного пространства, образованного узкими основаниями корпуса 12 и полой вставки 8.

Пылеконцентратор 4 может содержать также реверсивные завихрители 26 и 27 соответственно на торцах 25 и 13 межконусного пространства, фиксирующие полую вставку 8 в корпусе 12 и препятствующие поступлению внутрь крупной угольной пыли (с помощью завихрителя 26) и способствующие выравниванию гранулометрического состава угольной пыли, поступающей в горелку 2 (с помощью завихрителя 27).

Котельный агрегат работает следующим образом. Включается растопочная горелка 10 и прогревается полая вставка 8 до температуры воспламенения угольной пыли. Затем в растопочном режиме подается угольная пыль через тангенциальный входной патрубок 5 в межконусное пространство 23. В межконусном пространстве 23 происходит нагрев и термодеструкция угольной пыли, сопровождающиеся выделением парогазовых летучих веществ. За счет центробежных сил угольная пыль отжимается к конусообразному корпусу 12 и движется далее за счет инерции к его широкому основанию в патрубок 14 отвода концентрированной смеси, а газообразные продукты термического разложения топлива, в том числе и горючий газ, поступающий за счет эжекции при работе растопочной горелки 10 и воздушного сопла 9, всасываются в кольцевой зазор сбросной трубы 7, проходя через открытый торец 25 межконусного пространства в его узком основании.

Выделяющиеся горючие летучие вещества воспламеняются внутри полой вставки 8 и далее догорают вместе с частью тонкой фракции угольной пыли и газообразных продуктов термического разложения топлива, поступающих непосредственно из межконусного зазора 13 через кольцевой зазор 11, в сбросной горелке 3 топки 1 котла, а нелетучий коксовый остаток твердого органического топлива за счет сил инерции вытесняется в открытый торец межконусного зазора 13 и далее поступает в патрубок 14 отвода концентрированной смеси и в горелку 2, где смешиваясь с вторичным воздухом 20, поступающим через зазор 15 и кольцевой зазор 16 из воздушного короба 17, выгорает уже в объеме топки 1.

В результате термохимической обработки угольной пыли по мере ее продвижения к выходу в межконусном пространстве 23 значительно возрастает реакционная способность нелетучих коксовых остатков, характеризующихся развитой удельной поверхностью, что, в свою очередь, способствует интенсивному выгоранию тонкого слоя частиц топлива при перемешивании его с воздухом. Размер и конфигурация слоя топливно-воздушной смеси формируются в кольцевом пространстве патрубка 14 отвода концентрированной смеси. Так как коэффициент избытка воздуха меньше единицы, фронт сбросной горелки 3 образует факел с ярко выраженной восстановительной средой, которая, в свою очередь, способствует трансформации оксидов азота, образующихся при горении, в молекулярный азот, что, как следствие, приводит к снижению содержания оксидов азота в продуктах сгорания.

Изменением положения язычкового шибера 22 можно осуществлять перераспределение потока угольной пыли как в узкую, так и в широкую часть межконусного пространства 23, варьируя тем самым степень термохимического превращения топлива. Так подача угольной пыли в узкую часть (к завихрителю 26) увеличивает время ее пребывания в межконусном пространстве 23, что способствует более глубокой термообработке топлива. Данный режим работы наиболее предпочтителен при сжигании углей ухудшенного качества. Топливо хорошего (проектного) качества можно подавать по направлению к завихрителю 27.

После выхода на номинальный режим работы котла растопочная горелка 10 отключается, а факел внутри полой вставки 8 поддерживается за счет подачи воздуха из сопла 9 и тепловой инерции муфеля полой вставки 8. Стабильность горения факела внутри полой вставки 8 обеспечивается непрерывным поступлением в нее через сбросную трубу 7 тонких фракций топлива и горючих газообразных продуктов (летучих веществ) термического разложения угольной пыли в межконусном пространстве 23. Наличие «дежурного» факела внутри полой вставки 8 обеспечивает каскадное воспламенение пылевоздушной смеси, исключая, тем самым, аварийное погасание основного факела в основной горелке 2.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает эффективность разделения пылегазовоздушной смеси после предварительной термообработки угольной пыли на коксовый нелетучий остаток и парогазовые продукты термического разложения. При этом упрощается конструкция котельного агрегата, обеспечивается надежность его эксплуатации и увеличивается полезный объем топки за счет повышения тепловой эффективности работы топочных экранов в зоне активного горения. Полезный объем топки увеличивается в результате исключения из топочного процесса этапов сушки, прогрева и термического разложения угольной пыли, что, как следствие, позволяет увеличить паропроизводительность котельного агрегата при снижении показателей химического и механического недожога топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу, либо уменьшить металлоемкость топочной камеры из-за уменьшения ее размеров.

Котельный агрегат, содержащий котел с топкой, снабженной основными и сбросными пылеугольными горелками, и систему пылеприготовления с пылеконцентраторами, установленными горизонтально соосно с горелками топки, каждый из которых имеет тангенциальный входной патрубок, подсоединенный к источнику угольной пыли и размещенный в нижней части корпуса, при этом сбросная труба каждого пылеконцентратора подсоединена к сбросной горелке топки, осевой входной патрубок с растопочной горелкой внутри воздушного сопла соединены соответственно с линией горячего воздуха от воздушного короба и источником легковоспламеняющегося топлива, патрубок отвода концентрированной смеси в каждом пылеконцентраторе подсоединен к основной пылеугольной горелке, внутри корпуса пылеконцентратора, выполненного коническим, установлена полая вставка, отличающийся тем, что полая вставка выполнена конусообразной и соединяет собой сбросную трубу, образованную обращенным внутрь полой вставки кольцевым зазором между меньшим ее основанием и воздушным соплом растопочной горелки, со сбросной горелкой, а межконусный торцевой зазор между широким основанием корпуса и сбросной горелкой, сообщающийся с полостью воздушного короба, образует патрубок отвода концентрированной смеси в виде кольцевого сопла, заведенного внутрь каждой основной горелки топки котла с образованием кольцевого зазора между корпусом горелки и патрубком отвода концентрированной смеси, при этом сбросная горелка размещена внутри указанного кольцевого сопла патрубка отвода концентрированной смеси, а полая вставка и корпус пылеконцентратора заведены соответственно в сбросную горелку и патрубок отвода концентрированной смеси с образованием соответствующих кольцевых зазоров.