Топка котла энергоустановки (варианты)
Изобретение относится к энергетике и может использоваться в топках котлов. Для увеличения площади контакта с факелом топочное пространство, образованное внешней водопроводящей трубчатой секцией и внутренней водопроводящей трубчатой секцией, имеет форму, соответствующую естественной форме факела пламени. Изобретение позволяет увеличить температуру воды, нагреваемой в секциях, и повысить тепловой КПД. Топка котла содержит внешнюю и внутреннюю водопроводящие трубчатые секции, принимающую воду с последующим нагревом принятой воды (включая нагрев до парообразного состояния). Диаметр наружной секции либо постепенно увеличивается, либо остается, по существу, постоянным на участке от ее нижней части до середины. Затем на участке от середины до верхней части сначала уменьшается, затем увеличивается, затем снова уменьшается. Диаметр внутренней секции на участке от ее нижней части до середины (М) сначала постепенно уменьшается, затем увеличивается. Затем на участке от середины (М) до верхней части - уменьшается, затем увеличивается, затем снова уменьшается. Топочное пространство, образованное между внешней водопроводящей трубчатой секцией и внутренней водопроводящей трубчатой секцией сначала - постепенно расширяется, а затем сужается на участке от своей нижней части до середины (М), причем на участке от своей средней до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к топке котла энергоустановки, в которой форма топочного пространства, образованного между внешней водопроводящей трубчатой секцией и внутренней водопроводящей трубчатой секцией, максимально приближена к естественной форме факела пламени, чем обеспечивается увеличение площади контакта между водопроводящими трубчатыми секциями и факелом, позволяющее повысить температуру воды, нагреваемой в водопроводящих трубчатых секциях топки, и тем самым увеличить тепловой КПД.
Кроме того, настоящее изобретение относится к топке котла энергоустановки, конструкция которой обеспечивает повторную подачу поданной в топку воды во внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию по внешней водопроводящей трубчатой секции, что позволяет добиться значительного снижения нагрузки на питательный насос и, таким образом, повышения теплового КПД всей системы; при этом внутренняя водопроводящая трубчатая стенка предотвращает образование огненного шара и действует в качестве перегревателя для поглощения тепла, в большом количестве вырабатываемого пламенем, предотвращая тем самым вызываемое высокотемпературным огненным шаром термическое образование оксидов азота NOx, а также приводящее к образованию шлака расплавление высокотемпературным огненным шаром зольных остатков сгорания.
Помимо этого, настоящее изобретение относится к топке котла энергоустановки, конструкция которой обеспечивает начальный нагрев подаваемой в топку воды во внешней водопроводящей трубчатой секции для разделения на горячую воду и пар, причем таким образом, что только отделенный пар вторично нагревается во внутренней водопроводящей трубчатой секции, что позволяет производить перегретый пар быстрее, чем при совместном нагреве воды и пара.
Уровень техники
Как правило, котлы, широко используемые в тепловых электрических энергоустановках, подразделяются главным образом на угольные котлы, мазутные котлы и газовые котлы, при этом для выработки основной части электроэнергии используются угольные котлы, классифицируемые, в общем, на пылеугольные котлы и котлы с кипящим слоем.
Поскольку в пылеугольном котле сжигается пылевидный (или порошкообразный) уголь, такой котел демонстрирует высокую эффективность сжигания, однако при этом в результате высокотемпературного горения вырабатываются вредные для окружающей среды оксиды азота (NOx). По этой причине пылеугольными котлами оснащаются крупные энергоустановки, оборудованные пылеуловителями большого размера с возможностью обработки оксидов азота (NOx). Поскольку в котле с кипящим слоем сжигаются крупные угольные частицы, низкая температура горения препятствует выработке большого количества оксидов азота (NOx). При этом в котле с кипящим слоем для улучшения теплопередачи при переносе тепла от факела к водопроводящим трубам обеспечена возможность выдувания гранул песка вверх от нижней части топки с нагревом указанных гранул песка и перемещения нагретых таким образом гранул песка вниз по водопроводящей трубчатой секции, расположенной снаружи топки, благодаря чему обеспечивается повышение теплового КПД.
Ввиду вышесказанного, в настоящее время ведутся интенсивные исследования по поиску решений, позволяющих препятствовать образованию оксидов азота (NOx) при использовании пылеугольных котлов с высокой эффективностью сжигания. При этом улучшения теплового КПД котлов с кипящим слоем пытаются добиться за счет увеличения размеров топки.
В описании настоящего изобретения раскрывается пример пылеугольного котла, используемого для выработки основной части тепловой энергии, осуществляемой посредством сжигания угля.
Конструкцией традиционного пылеугольного котла предусмотрено наличие водопроводящей трубы длиной 7 километров, расположенной зигзагообразно по вертикали и горизонтали таким образом, чтобы обеспечивать максимальное поглощение тепла от поднимающегося вверх факела.
Вследствие того, что в таком традиционном пылеугольном котле для увеличения эффективности поглощения тепла от факела используется множество близкорасположенных вертикальных водопроводящих труб, это приводит к чрезмерному увеличению нагрузки на питательный насос, обеспечивающий циркуляцию воды с принудительным изменением естественного направления потока пара, так, что вода протекает по удлиненной водопроводящей трубе малого диаметра с большим сопротивлением потоку.
При этом доля двигателя, приводящего в действие указанный питательный насос, составляет 30-40% от собственного потребления энергоустановки. Кроме того, недостатком традиционного пылеугольного котла является выработка большого количества оксидов азота (NOx), а также расплавление золы с образованием вязкого шлака, сопровождающееся значительным зашлаковыванием и загрязнением фильтра и не позволяющее по этой причине использовать недорогой низкокачественный уголь.
Как показано на фиг.1, для решения указанной проблемы в патентном документе Кореи №10-0764903 предложена топка пылеугольного котла, конструкция которой предусматривает, что содержащая множество водопроводящих труб внутренняя водопроводящая трубчатая стенка 8 установлена вертикально по центру внешней водопроводящей трубчатой стенки 6, расположенной вертикально вблизи внутренней кольцевой поверхности топки, так, что топливо, впрыскиваемое из топливных форсунок, установленных на внешней водопроводящей трубчатой стенке 6, сжигается при круговом прохождении по внешней кольцевой поверхности внутренней водопроводящей трубчатой стенки 8 с образованием трубообразного столба пламени между внутренней и внешней водопроводящими трубчатыми стенками 8 и 6, благодаря чему предотвращается концентрация факела в одной точке, сопровождающаяся созданием области сверхвысокой температуры; при этом через отверстия подачи воздуха, выполненные во внутренней водопроводящей трубчатой стенке 8, в топочное пространство S, образованное между внутренней и внешней водопроводящими трубчатыми стенками 8 и 6, поступает воздух с температурой ниже температуры факела, что позволяет предотвратить чрезмерный нагрев факела (F) до сверхвысокой температуры и сократить тем самым количество оксидов азота (NOx), вырабатываемых при горении азота воздуха в высокотемпературном факеле. При этом, однако, в патентном документе Кореи №10-0764903 не решена проблема, заключающаяся в том, что большое количество выработанного в топке тепла конвективного газа вместо того, чтобы быть переданным к водопроводящей трубчатой секции топки с последующим поглощением этого тепла указанной водопроводящей секцией, перемещается вверх для поглощения остаточного тепла при прохождении через перегреватель и подогреватель, для обеспечения чего требуется значительное увеличение высоты верхней части топки.
Сущность изобретения
Соответственно, задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков известного уровня техники и создание топки котла энергоустановки, в которой форма топочного пространства, образованного между внешней водопроводящей трубчатой секцией и внутренней водопроводящей трубчатой секцией, максимально приближена к естественной форме факела пламени, чем обеспечивается увеличение площади контакта между водопроводящими трубчатыми секциями и факелом, позволяющее поднять температуру воды, нагреваемой в водопроводящих трубчатых секциях топки, и повысить тем самым эффективность поглощения тепла в нижней части котла.
Другой задачей настоящего изобретения является создание топки котла энергоустановки, на водопроводящих трубчатых секциях которой, расположенных над факелом, выполнены изогнутые участки, с тем чтобы обеспечить возможность прохождения по ним содержащего конвективное тепло конвективного газа и, таким образом, активного поглощения конвективного тепла конвекционного газа водопроводящими трубчатыми секциями топки, позволяющего дополнительно повысить эффективность поглощения тепла в нижней части котла.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание топки котла энергоустановки, конструкция которой обеспечивает повторную подачу поданной в топку воды во внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию через внешнюю водопроводящую трубчатую секцию так, что расположенная внизу внутренняя водопроводящая трубчатая стенка действует в качестве перегревателя, что позволяет уменьшить высоту как всех водопроводящих труб, так и котла, и, таким образом, снизить стоимость изготовления конструкции; при этом существенное уменьшение длины водопроводящих труб позволяет в значительной мере снизить нагрузку на питательный насос и, таким образом, повысить тепловой КПД всей системы.
Другой задачей настоящего изобретения является создание топки котла энергоустановки, внутренняя водопроводящая трубчатая стенка которой позволяет предотвратить образование огненного шара и действует в качестве перегревателя для поглощения тепла, в большом количестве вырабатываемого пламенем, предотвращая тем самым вызываемое высокотемпературным огненным шаром термическое образование оксидов азота NOx, а также приводящее к образованию шлака расплавление высокотемпературным огненным шаром зольных остатков сгорания.
Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание топки котла энергоустановки, конструкция которой обеспечивает начальный нагрев подаваемой в топку воды во внешней водопроводящей трубчатой секции для разделения на горячую воду и пар, причем таким образом, что только отделенный пар вторично нагревается во внутренней водопроводящей трубчатой секции, что позволяет производить перегретый пар быстрее, чем при совместном нагреве воды и пара.
В первом варианте осуществления для решения вышеуказанных задач предлагается топка котла энергоустановки, содержащая внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения указанной воды вверх; а также расположенную внутри внешней водопроводящей трубчатой секции внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения указанной воды вверх. Форма внешней водопроводящей трубчатой секции такова, что ее диаметр постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от ее нижней части до средней части М и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части; при этом форма внутренней водопроводящей трубчатой секции такова, что ее диаметр постепенно уменьшается и увеличивается на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части. Форма топочного пространства, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М; при этом на участке от своей средней части до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму.
При этом внешняя водопроводящая трубчатая секция содержит первый нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема поступающей снаружи воды; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора воды, поступившей в первый нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке; причем внутренняя водопроводящая трубчатая секция содержит второй нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема поступающей снаружи воды; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора воды, поступившей во второй нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также второй верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке.
Во втором варианте осуществления для решения вышеуказанных задач предлагается топка котла энергоустановки, содержащая внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения указанной воды вверх; расположенную внутри внешней водопроводящей трубчатой секции внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью горячей воды и пара от внешней водопроводящей трубчатой секции и нагрева горячей воды до парообразного состояния по мере перемещения горячей воды вверх; нисходящий трубопровод, выполненный с возможностью подачи горячей воды (включая пар), дошедшей в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции, в нижнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции; а также паросборную камеру, выполненную с возможностью приема нагретого пара, дошедшего в верхнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции по внутренней водопроводящей трубчатой секции.
Топка при этом дополнительно содержит первую нижнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и подачи принятой воды во внешнюю водопроводящую трубчатую секцию; верхнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции, и подачи собранных горячей воды и пара в нисходящую трубу; а также вторую водосборную камеру, выполненную с возможностью сбора горячей воды и пара, поступивших вниз по нисходящей трубе, и подачи собранных горячей воды и пара в нижнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции.
Кроме того, внешняя водопроводящая трубчатая секция содержит первый нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема воды от первой водосборной камеры; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора воды, поступившей в первый нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения указанной воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранных горячей воды и пара в верхнюю водосборную камеру; причем внутренняя водопроводящая трубчатая секция содержит второй нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема горячей воды, включая пар, от второй водосборной камеры; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора горячей воды, включая пар, поступившей во второй нижний коллектор, и нагрева полученной горячей воды до состояния пара по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также второй верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячего пара, перемещенного наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранного пара в паросборную камеру.
Верхняя и нижняя часть внешней водопроводящей трубчатой стенки имеют, по существу, одинаковую форму сечения; при этом форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается на участке от нижней части до верхней части указанной стенки.
Форма внешней водогрейной трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М до верхней части указанной стенки; при этом форма внутренней водогрейной трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно уменьшается и увеличивается на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М до верхней части указанной стенки; при этом форма топочного пространства, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М, причем на участке от своей средней части до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму.
Нисходящая труба расположена внутри внутренней водопроводящей трубчатой секции.
В третьем варианте осуществления для решения вышеуказанных задач предлагается топка котла энергоустановки, содержащая внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения указанной воды вверх; сепаратор, выполненный с возможностью приема горячей воды (включая пар) от внешней водопроводящей трубчатой секции и разделения горячей воды на воду и пар; внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью отделенного в сепараторе пара и нагрева указанного пара до состояния перегретого пара по мере перемещения указанного пара вверх; а также паросборную камеру, выполненную с возможностью приема нагретого пара, дошедшего в верхнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции по внутренней водопроводящей трубчатой секции. При этом конструкция данного варианта осуществления обеспечивает повторную подачу отделенной в сепараторе воды в нижнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции.
В этом варианте выполнения топка дополнительно содержит нижнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и подачи принятой воды во внешнюю водопроводящую трубчатую секцию; а также верхнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции, и подачи собранных горячей воды и пара в сепаратор.
Кроме того, внешняя водопроводящая трубчатая секция содержит первый нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема воды от нижней водосборной камеры через множество водопроводящих труб; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку, содержащую множество водопроводящих труб и выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора воды, поступившей в первый нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранных горячей воды и пара в верхнюю водосборную камеру через множество водопроводящих труб; причем внутренняя водопроводящая трубчатая секция 120 содержит второй нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема пара от сепаратора через множество водопроводящих труб; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, содержащую множество водопроводящих труб и выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора пара, поступившего во второй нижний коллектор, и нагрева полученного пара до состояния перегретого пара по мере перемещения пара вверх по водопроводящим трубам; а также второй верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора нагретого пара, перемещенного наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранного пара в паросборную камеру через множество водопроводящих труб.
Форма внешней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М к верхней части указанной стенки; причем форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно уменьшается и увеличивается на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М до верхней части указанной стенки; при этом форма топочного пространства, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М, причем на участке от своей средней части до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму.
Верхняя и нижняя части внешней водопроводящей трубчатой стенки имеют, по существу, одинаковую форму сечения, при этом форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается на участке от нижней части до верхней части указанной стенки.
При этом, как внешняя водопроводящая трубчатая стенка, так и внутренняя водопроводящая трубчатая стенка соединена при помощи перемычки, формируя таким образом форму стенки.
На внешней водопроводящей трубчатой стенке имеется множество топливных форсунок, расположенных через равномерные интервалы по окружности и в продольном направлении, при этом внутренняя водопроводящая трубчатая стенка выполнена с множеством отверстий подачи воздуха.
Наружные поверхности внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенок выполнены с антикоррозийным покрытием и с антикоррозийным и термостойким покрытием.
Краткое описание чертежей
Как указанные выше, так и другие задачи, а также отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, дополненного сопровождающими чертежами, на которых:
фиг.1 - аксонометрический вид с частичным разрезом известной из уровня техники топки котла энергоустановки;
фиг.2 - аксонометрический вид с частичным разрезом топки котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления;
фиг.3 - поперечное сечение топки котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления;
фиг.4 - вид сверху, показывающий расположение внешней и внутренней водопроводящих трубчатых секций, установленных в топочной камере котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления;
фиг.5 - вертикальное поперечное сечение, показывающее отверстия подачи воздуха, выполненные во внутренней водопроводящей трубчатой секции, установленной в топочной камере котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления;
фиг.6 - аксонометрический вид с частичным разрезом топки котла энергоустановки согласно второму варианту осуществления;
фиг.7 - аксонометрический вид сверху внутренней водопроводящей трубчатой стенки, установленной в топочной камере котла энергоустановки согласно второму варианту осуществления;
фиг.8 - аксонометрический вид с частичным разрезом топки котла энергоустановки согласно третьему варианту осуществления.
Подробное описание изобретения
Далее подробно описан предпочтительный вариант осуществления, примеры которого проиллюстрированы на сопровождающих чертежах, причем схожим элементам присвоены схожие номера позиций. Из соображений краткости в следующее ниже описание не включены различные устройства, такие как, например, сепаратор или другие подобные устройства, поскольку они аналогичны устройствам традиционного котла.
На фиг.2 представлен аксонометрический вид с частичным разрезом топки котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления; на фиг.3 представлено поперечное сечение топки котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления; на фиг.4 представлен вид сверху, показывающий расположение внешней и внутренней секций водопроводящих труб, установленных в топочной камере котла согласно первому варианту осуществления; на фиг.5 представлено вертикальное поперечное сечение, показывающее отверстия подачи воздуха, выполненные во внутренней секции водопроводящей трубы, установленной в топочной камере котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления.
Как показано на фиг.2-5, топка 1 котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления содержит внешнюю водопроводящую трубчатую секцию 10, расположенную у внутренней поверхности указанной топки и содержащую множество соединенных водопроводящих труб, проходящих вдоль стенки 2 топки; а также внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию 20, расположенную внутри внешней водопроводящей трубчатой секции 10 и содержащую множество соединенных водопроводящих труб.
Внешняя водопроводящая трубчатая секция 10 содержит первый нижний коллектор 11, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема поступающей снаружи воды; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку 12, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора 11 воды, поступившей в первый нижний коллектор 11, и нагрева полученной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор 13, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды (включая пар), дошедшей наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке 12.
Внутренняя водопроводящая трубчатая секция 20 содержит второй нижний коллектор 21, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема поступающей снаружи воды; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку 22, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора 21 воды, поступившей во второй нижний коллектор 21, и нагрева полученной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также второй верхний коллектор 23, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды (включая пар), дошедшей наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке 12.
Пространство, образованное между внешней стенкой топки и внешней водопроводящей трубчатой секцией 10, заполнено теплоизолирующим материалом 3, при этом конструкция как внешней водопроводящей трубчатой стенки 12, так и внутренней водопроводящей трубчатой стенки 22 предусматривает наличие между двумя соседними водопроводящими трубами тонкой соединительной полоски, или перемычки 14, размещенной, соответственно, таким образом, что множество перемычек расположены по окружности параллельно друг другу, причем указанные перемычки и соответствующие водопроводящие трубы соединены между собой посредством параллельной сварки с образованием кольцеобразной стенки и тем самым основы для внешней водопроводящей трубчатой стенки 12 и внутренней водопроводящей трубчатой стенки 22.
Кроме того, первый верхний коллектор 13 и второй верхний коллектор 23 соединены с перегревателем (не показан), установленным сверху топки 1.
При этом форма внешней водопроводящей трубчатой стенки 12 такова, что ее диаметр постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части. Кроме того, внутри внешней водопроводящей трубчатой стенки 12 расположена внутренняя водопроводящая трубчатая стенка 22. Форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки 22 такова, что ее диаметр постепенно уменьшается и увеличивается на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части относительно внешней водопроводящей трубчатой стенки 12. При этом внешняя и внутренняя водопроводящие трубчатые стенки 10 и 20 на участке от их средней части М до верхней части могут иметь повторяющуюся зигзагообразную форму.
Как результат, форма топочного пространства S, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями 10 и 20 такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М; при этом на участке от своей средней части М до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму, по существу, постоянной ширины. Другими словами, в середине нижней части топочного пространства S имеется выпуклость, сходная с выпуклостью глиняного сосуда; причем верхняя часть топочного пространства S имеет изогнутую форму постоянной, меньшей по сравнению с нижней частью топочного пространства S, ширины, с обеспечением возможности выхода наверх свечевидного факела, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками. При этом излучаемое во всех направлениях тепло факела нагревает большую площадь поверхности, охваченной верхней частью и нижней частью топки, причем конвективное тепло факела при прохождении через среднюю часть и изогнутую часть топочного пространства S непосредственно контактирует с большим количеством водопроводящих труб, увеличивая тем самым теплопередачу от факела.
Кроме того, на внешней водопроводящей трубчатой стенке 12 имеется множество топливных форсунок 15, расположенных через равномерные интервалы по окружности и в продольном направлении. Через топливные форсунки 15 топливо впрыскивается в топочное пространство S, образованное между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками 12 и 22, с образованием большого изогнутого трубообразного факела F для нагрева воды, протекающей во внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенках 12 и 22. Наружные поверхности внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенок 12 и 22 предпочтительно выполнены с антикоррозийным покрытием, а также с покрытием, стойким к высоким температурам и коррозии, для предотвращения высокотемпературной коррозии и теплового повреждения.
Как показано на фиг.5, в перемычке внутренней водопроводящей трубчатой стенки 22 выполнено множество отверстий 24 подачи воздуха, позволяющих снизить температуру факела F горения топлива, впрыскиваемого в топочное пространство между внутренней водопроводящей трубчатой стенкой 22 и внешней водопроводящей трубчатой стенкой 12, воздухом, подаваемым воздушным насосом, соединенным с внутренним пространством внутренней водопроводящей трубчатой стенки 22, и предотвратить тем самым нагрев воды до сверхвысокой температуры.
Далее подробно описана работа топки котла энергоустановки согласно раскрытому выше первому варианту осуществления.
Сначала, после того, как все водопроводящие трубы заполнены водой и внутренняя часть топки 1 нагрета при помощи факела, исходящего из масляной горелки, в факел масляной горелки либо впрыскивается топливо с воздухом через множество установленных на внешней водопроводящей трубчатой стенке 12 топливных форсунок 14, либо вводится пылевидный (или порошкообразный) уголь из нижней части топки, причем пылевидный уголь зажигается при нагреве топки 1 факелом масляной горелки. Затем, когда пылевидный уголь начинает гореть, пользователь гасит масляную горелку.
Внешняя водопроводящая трубчатая секция 10 и внутренняя водопроводящая трубчатая секция 20 выполнены с возможностью приема первым нижним коллектором 11 и вторым нижним коллектором 21 поступающей снаружи воды, нагрева указанной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения указанной воды вверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке 12 и внутренней водопроводящей трубчатой стенке 22, с последующей подачей горячей воды и пара для сбора в первом верхнем коллекторе 13 и втором верхнем коллекторе 23.
При разрастании и интенсивном дрожании факела F горения порошкообразного угля в топочное пространство S между внутренней водопроводящей трубчатой стенкой 22 и внешней водопроводящей трубчатой стенкой 12 подают воздух через отверстия 24 подачи воздуха, выполненные во внутренней водопроводящей трубчатой стенке 22.
При этом установленные на внешней водопроводящей трубчатой стенке 12 топливные форсунки 15 направлены по касательной к внутренней водопроводящей трубчатой стенке 22, так что факел F горения топлива, впрыскиваемого из топливных форсунок 15, таким образом захвачен в топочном пространстве S, что он наталкивается на внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию 20, отражается от нее и снова наталкивается на внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, с образованием в результате трубообразного столба пламени.
Поскольку факел F в топочном пространстве S между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками 10 и 20 перемещается по касательной вокруг внутренней водопроводящей трубчатой стенки 22, это позволяет избежать концентрации факела горения топлива, впрыскиваемого через топливные форсунки 15, в одной точке. Соответственно, температура факела F не достигает температуры окисления азота, причем в случае необходимости, для снижения температуры факела F через выполненные во внутренней водопроводящей трубчатой стенке 22 отверстия 24 подачи воздуха снаружи подается холодный воздух. Как результат, факел F горения топлива, впрыскиваемого через топливные форсунки 15 в топочное пространство S, не разогревается до сверхвысокой температуры 1300°С.
При этом форма топочного пространства S, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками 10 и 20, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М; причем на участке от своей средней части М до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму, по существу, постоянной ширины. Выполненное таким образом пространство, имеющее форму естественного факела пламени и охваченное со всех сторон топкой, отличается максимальным поглощением излучаемого факелом тепла, причем при прохождении через среднюю часть и изогнутую часть топочного пространства S конвекционный газ, содержащий конвекционное тепло факела, непосредственно контактирует с большим количеством водопроводящих труб, повышая тем самым эффективность поглощения тепла.
Таким образом, согласно первому варианту осуществления, топочное пространство S, образованное между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками 10 и 20, имеет форму, максимально приближенную к естественной форме факела пламени, что позволяет максимально увеличить поверхность теплообмена и сократить расстояние между факелом и внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками, улучшив тем самым теплопередачу. Кроме того, вследствие потерь факелом тепла на водопроводящих трубах, приводящих к снижению температуры факела, не происходит окисление азота внутри и вокруг факела, то есть предотвращается образование оксидов азота (NOx).
На фиг.6 представлен аксонометрический вид с частичным вырезом топки котла энергоустановки согласно второму варианту осуществления; на фиг.7 представлен аксонометрический вид сверху внутренней водопроводящей трубчатой стенки, установленной в топочной камере котла энергоустановки согласно второму варианту осуществления.
Как показано на фиг.6 и 7, топка 1 пылеугольного котла энергоустановки содержит внешнюю водопроводящую трубчатую секцию 110, расположенную у внутренней кольцевой поверхности указанной топки и содержащую множество продольно соединенных водопроводящих труб, проходящих вдоль стенки 2 топки; а также внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию 120, расположенную внутри внешней водопроводящей трубчатой секции 110 и содержащую множество продольно соединенных водопроводящих труб. Дополнительно топка 1 пылеугольного котла содержит нисходящий трубопровод 150, выполненный с возможностью подачи горячей воды (включая пар), перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции 110, в нижнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции 120; а также паросборную камеру 170, выполненную с возможностью приема нагретого пара, перемещенного в верхнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции по внутренней водопроводящей трубчатой секции. Кроме того, топка 1 пылеугольного котла дополнительно содержит первую нижнюю водосборную камеру 130, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и подачи принятой воды во внешнюю водопроводящую трубчатую секцию 110; верхнюю водосборную камеру 140, выполненную с возможностью сбора горячей воды (включая пар), перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции 110, и подачи собранных горячей воды и пара в нисходящую трубу 150; а также вторую водосборную камеру 160, выполненную с возможностью сбора горячей воды и пара, поданных вниз по нисходящей трубе 150, и подачи собранных горячей воды и пара в нижнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции 120. При этом нисходящая труба 150 расположена внутри внутренней водопроводящей трубчатой секции 120.
Внешняя водопроводящая трубчатая секция 110 содержит первый нижний коллектор 110, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема воды от первой нижней водосборной камеры 130 через множество водопроводящих труб; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку 112, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора 111 воды, поступившей в первый нижний коллектор 111, и нагрева полученной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор 113, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды (включая пар), перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке 112 и подачи собранных горячей воды и пара в верхнюю водосборную камеру 140 через множество водопроводящих труб.
Внутренняя водопроводящая трубчатая секция 120 содержит второй нижний коллектор 121, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема горячей воды (включая пар) от второй водосборной камеры 160 через множество водопроводящих труб; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку 122, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора 121 горячей воды (включая пар), поступившей во второй нижний коллектор 121, и нагрева полученной горячей воды до парообразного состояния по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также второй верхний коллектор 123, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора нагретого пара, перемещенного наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке 112 и подачи собранного пара в паросборную камеру 170 через множество водопроводящих труб. Дополнительно паросборная камера 170 оснащена паропроводом 171 для подачи собранного в паросборной камере 170 пара на турбину. При этом конструкцией паропровода 171 может быть предусмотрено наличие криволинейных участков, проходящих в области выпуска факела, для обеспечения дополнительного поглощения тепла в случае необходимости производства высокотемпературного пара высокого давления.
При этом диаметры верхней и нижней частей внешней водопроводящей трубчатой стенки 112, по существу, равны, а форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки 122 такова, что ее диаметр постепенно увеличивается на участке от ее нижней части до верхней части. Соответственно, нижняя часть топочного пространства S, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями 112 и 122, выполнена более широкой по сравнению с его верхней частью, с обеспечением достаточного сгорания топлива в нижней части топочного пространства S внутри топки и переноса тепла, излучаемого факелом горения топлива, к внешней и внутренней водопроводящим трубчатым стенкам, а также к внутренним водопроводящим трубам, расположенным в топке непосредственно над факелом; что позволяет добиться как увеличения площади поглощения излучаемого тепла в топочном пространстве ниже перегревателя, так и того, что конвективный газ, содержащий конвективное тепло факела горения топлива, при прохождении через верхнюю часть топочного пространства непосредственно контактирует с большим количеством водопроводящих труб, и тем самым повышения теплового КПД.
Помимо этого, аналогично первому варианту осуществления, на внешней водопроводящей трубчатой стенке 112 имеется множество топливных форсунок 15, расположенных через равномерные интервалы по окружности и в продольном направлении; при этом внутренняя водопроводящая трубчатая стенка 122 выполнена с множеством отверстий 124 подачи воздуха.
Далее подробно описана работа топки котла энергоустановки согласно раскрытому выше второму варианту осуществления.
Сначала топка 1 прогревается за счет нагрева ее внутренней части факелом, исходящим из масляной горелки, при этом вода подана в первую нижнюю водосборную камеру 130. Затем, для нагрева внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенок, в факел масляной горелки вводится пылевидный (или порошкообразный) уголь с последующим зажиганием или поддержанием в состоянии горения; при этом возможен также вариант, при котором пылевидный уголь вводится в факел сразу, без предварительного прогрева, с последующим зажиганием при помощи плазменной горелки и поддержанием в состоянии горения.
Вода, поданная в первую нижнюю водосборную камеру 130, поступает в первый нижний коллектор 111 внешней водопроводящей трубчатой секции и по мере перемещения по внешней водопроводящей трубчатой стенке 112 нагревается до горячего состояния (включая парообразное). Затем горячая вода (включая пар) через первый верхний коллектор 113 подается в верхнюю водосборную камеру 140.
Поданная в верхнюю водосборную камеру 140 горячая вода (включая пар) по нисходящей трубе 150, расположенной внутри внутренней водопроводящей трубчатой секции, поступает во вторую водосборную камеру 160. Поступившая во вторую водосборную камеру 160 горячая вода (включая пар) подается во второй нижний коллектор 121 внутренней водопроводящей трубчатой секции и по мере перемещения вверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке 122 нагревается до состояния перегретого пара сверхкритического давления. Затем перегретый пар через второй верхний коллектор 123 поступает в паросборную камеру 170. При этом пар, проходящий через внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию 120, может быть легко нагрет до состояния перегретого пара сверхкритического давления, поскольку поступающие во внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию вода и пар уже обладают высокой температурой.
Затем собранный в паросборной камере 170 перегретый пар сверхкритического давления через паропровод 171 подается на турбину, повышая тем самым эффективность работы турбины. Кроме того, поскольку внутренняя водопроводящая трубчатая секция используется также в качестве перегревателя для производства перегретого пара, это позволяет как вообще отказаться от использования перегревателя, так и намного уменьшить его размеры, уменьшив тем самым общую высоту котла и, соответственно, снизить стоимость конструкции; при этом может быть намного уменьшена длина верхних водопроводящих труб, что позволит в значительной степени снизить нагрузку на питательный насос, увеличив таким образом тепловой КПД всей системы.
Согласно второму варианту осуществления, поскольку горячая вода, поступающая от внешней водопроводящей трубчатой стенки, нагревается по мере циркуляции по внутренней водопроводящей трубчатой секции без подачи на турбину, когда нагретая до высокой температуры вода, подаваемая во внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, проходит через внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, происходит преобразование указанной воды в перегретый пар сверхкритического давления с последующей передачей на турбину, благодаря чему повышается эффективность работы турбины.
На фиг.8 представлен аксонометрический вид с частичным вырезом топки котла энергоустановки согласно третьему варианту осуществления.
Как показано на фиг.8, топка 1 пылеугольного котла энергоустановки содержит расположенную у внутренней кольцевой поверхности указанной топки внешнюю водопроводящую трубчатую секцию 210, содержащую множество продольно соединенных водопроводящих труб, проходящих вдоль стенки 2 топки, и выполненную с возможностью приема своей нижней частью поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения указанной воды вверх; сепаратор 260, выполненный с возможностью приема горячей воды (включая пар) от внешней водопроводящей трубчатой секции 210 и разделения горячей воды на воду и пар; внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию 220, выполненную с возможностью приема своей нижней частью пара, отделенного снаружи в сепараторе 260 и нагрева указанного пара до состояния перегретого пара по мере перемещения указанного пара вверх; а также паросборную камеру 270, выполненную с возможностью приема нагретого пара, перемещенного в верхнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции по внутренней водопроводящей трубчатой секции 220.
Кроме того, топка 1 пылеугольного котла дополнительно содержит нижнюю водосборную камеру 230, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и подачи принятой воды во внешнюю водопроводящую трубчатую секцию 210; а также верхнюю водосборную камеру 240, выполненную с возможностью сбора горячей воды (включая пар), перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции 210, и подачи собранных горячей воды и пара в сепаратор 260. Сепаратор 260 расположен внутри внутренней водопроводящей трубчатой секции 220; причем обеспечена повторная подача воды, отделенной в сепараторе 260, снова в нижнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции 210.
Аналогично первому и второму вариантам осуществления, внешняя водопроводящая трубчатая секция 210 содержит первый нижний коллектор 210, расположенный в ее нижней части и выполненный с возможностью приема воды от нижней водосборной камеры 230 через множество водопроводящих труб; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку 212, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора 211 воды, поступившей в первый нижний коллектор 211, и нагрева полученной воды до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также расположенный в верхней части секции первый верхний коллектор 213, выполненный с возможностью сбора горячей воды (включая пар), перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке 212, и подачи собранных горячей воды и пара в верхнюю водосборную камеру 240 через множество водопроводящих труб.
Внутренняя водопроводящая трубчатая секция 120 содержит второй нижний коллектор 221, расположенный в ее нижней части и выполненный с возможностью приема пара от сепаратора 260 через множество водопроводящих труб; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку 222, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора 221 пара, поступившего во второй нижний коллектор 221, и нагрева полученного пара до состояния перегретого пара по мере продвижения пара вверх по водопроводящим трубам; а также второй верхний коллектор 223, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора нагретого пара, перемещенного наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке 222, и подачи собранного пара в паросборную камеру 270 через множество водопроводящих труб. Кроме того, паросборная камера 270 оснащена паропроводом 271 для подачи собранного в паросборной камере 270 пара на турбину.
В этом случае форма внешней водопроводящей трубчатой стенки 212 такова, что ее диаметр постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части. Кроме того, внутренняя водопроводящая трубчатая стенка 222 расположена внутри внешней водопроводящей трубчатой стенки 112. При этом форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки 222 такова, что ее диаметр постепенно уменьшается и увеличивается на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части относительно внешней водопроводящей трубчатой стенки 212.
Как результат, форма топочного пространства S, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями 212 и 222, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части к средней части М; при этом на участке от своей средней части М до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму, по существу, постоянной ширины. Другими словами, в середине нижней части топочного пространства S имеется выпуклость, сходная с выпуклостью глиняного сосуда; при этом верхняя часть топочного пространства S имеет изогнутую форму постоянной, меньшей по сравнению с нижней частью топочного пространства S, ширины, так что обеспечена возможность выхода наверх свечевидного факела, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми стенками. При этом излучаемое во всех направлениях тепло факела нагревает большую площадь поверхности, охваченной верхней частью и нижней частью топки, причем при прохождении через среднюю часть и изогнутую часть топочного пространства S конвективное тепло факела непосредственно контактирует с большим количеством водопроводящих труб, увеличивая тем самым теплопередачу от факела.
Сепаратор 260 расположен между верхней водосборной камерой 240 и вторым нижним коллектором 221 и принимает горячую воду (включая пар) от верхней водосборной камеры 240 через нисходящую трубу 250 и разделения указанной горячей воды на воду и пар. При этом отделенный в сепараторе пар через множество водопроводящих труб поступает во второй нижний коллектор 221 с повторной подачей отделенной в сепараторе нагретой воды в нижнюю водосборную камеру 230 через вспомогательную водопроводящую трубу 216. Кроме того, сепаратор 260 расположен между первым верхним коллектором 213 и верхней водосборной камерой 240 и принимает нагретую воду от первого верхнего коллектора 213 и разделяет указанную воду на воду и пар, причем отделенный в сепараторе пар может быть подан в верхнюю водосборную камеру 240, а отделенная в сепараторе вода может быть подана в нижнюю водосборную камеру 230. Поскольку выполняется нагрев только пара, перемещаемого сепаратором по внутренней водопроводящей трубчатой стенке 222, тепловое воздействие увеличивается, так что пар, прошедший по внутренней водопроводящей трубчатой стенке, преобразуется в перегретый пар сверхкритического давления и поступает затем на турбину, благодаря чему повышается эффективность работы турбины.
Помимо этого, аналогично первому и второму вариантам осуществления, на внешней водопроводящей трубчатой стенке 212 имеется множество топливных форсунок 15, расположенных через равномерные интервалы по окружности и в продольном направлении; при этом внутренняя водопроводящая трубчатая стенка 222 выполнена с множеством отверстий 24 подачи воздуха. Наружные поверхности внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенок 212 и 222 предпочтительно выполнены с антикоррозийным покрытием, а также с покрытием, стойким к высоким температурам и коррозии, для предотвращения высокотемпературной коррозии и теплового повреждения.
Далее подробно описана работа топки котла энергоустановки согласно раскрытому выше третьему варианту осуществления.
Сначала топка 1 прогревается за счет нагрева ее внутренней части факелом, исходящим из масляной горелки, причем вода в это время подана в первую нижнюю водосборную камеру 130. Затем, для нагрева внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенок 210 и 220, в факел масляной горелки вводится пылевидный (или порошкообразный) уголь с последующим зажиганием или поддержанием в состоянии горения, при этом возможен также вариант, при котором пылевидный уголь вводится в факел сразу, без предварительного прогрева, с последующим зажиганием при помощи плазменной горелки и поддержанием в состоянии горения.
Поданная в первую нижнюю водосборную камеру 230 вода через множество водопроводящих труб поступает в первый нижний коллектор 211 внешней водопроводящей трубчатой секции, с последующим нагревом до горячего состояния (включая парообразное) по мере перемещения вверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке 212, так что горячая вода (включая пар) через первый верхний коллектор 213 поступает в верхнюю водосборную камеру 240.
Затем поступившая в верхнюю водосборную камеру 240 горячая вода (включая пар) через нисходящую трубу 250 подается в сепаратор 260, разделяющий горячую воду на нагретую воду и пар так, что отделенная в сепараторе вода снова поступает в нижнюю водосборную камеру 230 и повторно нагревается по мере перемещения по внешней водопроводящей трубчатой секции 210.
При этом отделенный в сепараторе 260 пар поступает во второй нижний коллектор 221, расположенный в нижней части внутренней водопроводящей трубчатой секции 220, с последующим нагревом по мере перемещения вверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке 222 для подачи во второй верхний коллектор 223. Таким образом проходящий по внутренней водопроводящей трубчатой секции пар поступает в паросборную камеру 270 в состоянии перегретого пара сверхкритического давления, а затем подается на турбину, благодаря чему повышается эффективность работы турбины.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение применимо как к пылеугольным котлам, так и к котлам других типов.
Как описано выше, преимущества топки котла энергоустановки согласно первому варианту осуществления состоят в том, что поскольку топочное пространство, которое образовано между внешней водопроводящей трубчатой секцией и внутренней водопроводящей трубчатой секцией, и в котором происходит образование факела, имеет форму, максимально приближенную к естественной форме факела пламени, увеличена площадь контакта между водопроводящими трубчатыми секциями и факелом, и уменьшено расстояние между факелом и водопроводящими трубчатыми стенками, что позволяет увеличить температуру воды, нагреваемой в водопроводящих трубчатых секциях топки, и повысить тем самым эффективность поглощения теплоты в котле; а также в том, что факел образуется не в форме высокотемпературного огненного шара, а в форме трубообразного столба пламени, с уменьшением температуры факела за счет распределения лучистого и конвекционного тепла по большой площади, что позволяет предотвратить термическое образование оксидов азота NOx, вызываемое высокотемпературным огненным шаром, а также приводящее к образованию шлака расплавление высокотемпературным огненным шаром зольных остатков сгорания.
Кроме того, топка котла для энергоустановки согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения имеет преимущества, состоящие в том, что поскольку поданная в топку вода через внешнюю водогрейную трубчатую секцию снова подается во внутреннюю водогрейную трубчатую секцию, внутренняя водогрейная трубчатая стенка действует в качестве перегревателя и либо полностью замещает собой перегреватель, обычно расположенный в верхней части топки, либо позволяет уменьшить размер перегревателя, со значительным уменьшением высоты верхних водогрейных труб и котла, а также длины водогрейных труб, позволяющим в значительной степени снизить нагрузку на насос питательной воды и, таким образом, повысить тепловой КПД всей системы.
Кроме того, преимуществом топки котла энергоустановки согласно третьему варианту осуществления является то, что подаваемая в топку вода сначала нагревается во внешней водопроводящей трубчатой секции для разделения на горячую воду и пар, при этом для производства перегретого пара сверхкритического давления только отделенный пар вторично нагревается во внутренней водопроводящей трубчатой секции.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в указанные варианты осуществления могут быть внесены изменения, не противоречащие принципам и сущности настоящего изобретения, объем которого определяется пунктами прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентами.
1. Топка котла энергоустановки, содержащая: внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения указанной воды вверх; а также расположенную внутри внешней водопроводящей трубчатой секции внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения указанной воды вверх, отличающаяся тем, что форма внешней водогрейной трубчатой секции такова, что ее диаметр постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части; причем форма внутренней водогрейной трубчатой секции такова, что ее диаметр постепенно уменьшается и увеличивается на участке от ее нижней части до средней части М, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от ее средней части М до верхней части; причем форма топочного пространства, образованного между внешней и внутренней водогрейными трубчатыми секциями такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М, при этом на участке от своей средней части до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму.
2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что внешняя водопроводящая трубчатая секция содержит первый нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема поступающей снаружи воды; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора воды, поступившей в первый нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке; причем внутренняя водопроводящая трубчатая секция содержит второй нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема поступающей снаружи воды; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора воды, поступившей во второй нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также второй верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке.
3. Топка котла энергоустановки, содержащая: внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью поступающей снаружи воды и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх; внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, расположенную внутри внешней водопроводящей трубчатой секции и выполненную с возможностью приема своей нижней частью горячей воды и пара от внешней водопроводящей трубчатой секции и нагрева горячей воды до парообразного состояния по мере перемещения горячей воды вверх; нисходящую трубу, выполненную с возможностью подачи горячей воды, включая пар, перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции, в нижнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции; а также паросборную камеру, выполненную с возможностью приема нагретого пара, перемещенного в верхнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции по внутренней водопроводящей трубчатой секции.
4. Топка по п.3, дополнительно содержащая: первую нижнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и подачи принятой воды во внешнюю водопроводящую трубчатую секцию; верхнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции, и подачи собранных горячей воды и пара в нисходящую трубу; а также вторую водосборную камеру, выполненную с возможностью сбора горячей воды и пара, поступивших вниз по нисходящей трубе, и подачи собранных горячей воды и пара в нижнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции.
5. Топка по п.3, отличающаяся тем, что внешняя водопроводящая трубчатая секция содержит первый нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема воды от первой водосборной камеры; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора воды, поступившей в первый нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения указанной воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранных горячей воды и пара в верхнюю водосборную камеру; причем внутренняя водопроводящая трубчатая секция содержит второй нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема горячей воды, включая пар, от второй водосборной камеры; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора горячей воды, включая пар, поступившей во второй нижний коллектор, и нагрева полученной горячей воды до состояния пара по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также второй верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячего пара, перемещенного наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранного пара в паросборную камеру.
6. Топка по п.5, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя часть внешней водопроводящей трубчатой стенки имеют, по существу, одинаковую форму сечения; при этом форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается на участке от нижней части до верхней части указанной стенки.
7. Топка по п.5, отличающаяся тем, что форма внешней водогрейной трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М до верхней части указанной стенки; при этом форма внутренней водогрейной трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно уменьшается и увеличивается на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М до верхней части указанной стенки; при этом форма топочного пространства, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М, причем на участке от своей средней части до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму.
8. Топка по п.3, отличающаяся тем, что нисходящая труба расположена внутри внутренней водопроводящей трубчатой секции.
9. Топка котла энергоустановки, содержащая: внешнюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью поступающей снаружи воды и нагрева указанной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения указанной воды вверх; сепаратор, выполненный с возможностью приема горячей воды, включая пар, от внешней водопроводящей трубчатой секции и разделения указанной горячей воды на воду и пар; внутреннюю водопроводящую трубчатую секцию, выполненную с возможностью приема своей нижней частью отделенного в сепараторе пара и нагрева указанного пара до состояния перегретого пара по мере перемещения пара вверх; а также паросборную камеру, выполненную с возможностью приема нагретого пара, перемещенного в верхнюю часть внутренней водопроводящей трубчатой секции по внутренней водопроводящей трубчатой секции; причем в указанной топке обеспечена возможность повторной подачи отделенной в сепараторе воды в нижнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции.
10. Топка по п.9, дополнительно содержащая: нижнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью приема поступающей снаружи воды и подачи принятой воды во внешнюю водопроводящую трубчатую секцию; а также верхнюю водосборную камеру, выполненную с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной в верхнюю часть внешней водопроводящей трубчатой секции, и подачи собранных горячей воды и пара в сепаратор.
11. Топка по п.9, отличающаяся тем, что внешняя водопроводящая трубчатая секция содержит первый нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема воды от нижней водосборной камеры через множество водопроводящих труб; внешнюю водопроводящую трубчатую стенку, содержащую множество водопроводящих труб и выполненную с возможностью приема от первого нижнего коллектора воды, поступившей в первый нижний коллектор, и нагрева полученной воды до горячего состояния, включая парообразное, по мере перемещения воды вверх по множеству водопроводящих труб; а также первый верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора горячей воды, включая пар, перемещенной наверх по внешней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранных горячей воды и пара в верхнюю водосборную камеру через множество водопроводящих труб; причем внутренняя водопроводящая трубчатая секция 120 содержит второй нижний коллектор, расположенный в нижней части указанной секции и выполненный с возможностью приема пара от сепаратора через множество водопроводящих труб; внутреннюю водопроводящую трубчатую стенку, содержащую множество водопроводящих труб и выполненную с возможностью приема от второго нижнего коллектора пара, поступившего во второй нижний коллектор, и нагрева полученного пара до состояния перегретого пара по мере перемещения пара вверх по водопроводящим трубам; а также второй верхний коллектор, расположенный в верхней части указанной секции и выполненный с возможностью сбора нагретого пара, перемещенного наверх по внутренней водопроводящей трубчатой стенке, и подачи собранного пара в паросборную камеру через множество водопроводящих труб.
12. Топка по п.11, отличающаяся тем, что форма внешней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается или остается, по существу, постоянным на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М к верхней части указанной стенки; причем форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно уменьшается и увеличивается на участке от нижней части до средней части М указанной стенки, и постепенно уменьшается, увеличивается и снова уменьшается на участке от средней части М до верхней части указанной стенки; при этом форма топочного пространства, образованного между внешней и внутренней водопроводящими трубчатыми секциями, такова, что его диаметр постепенно увеличивается и уменьшается на участке от его нижней части до средней части М, причем на участке от своей средней части до верхней части указанное топочное пространство имеет изогнутую форму.
13. Топка по п.11, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя части внешней водопроводящей трубчатой стенки имеют, по существу, одинаковую форму сечения, при этом форма внутренней водопроводящей трубчатой стенки такова, что диаметр указанной стенки постепенно увеличивается на участке от нижней части до верхней части указанной стенки.
14. Топка по любому из пп.2, 5 или 11, отличающаяся тем, что как внешняя водопроводящая трубчатая стенка, так и внутренняя водопроводящая трубчатая стенка соединена при помощи перемычки, формируя таким образом форму стенки.
15. Топка по любому из пп.2, 5 или 11, отличающаяся тем, что на внешней водопроводящей трубчатой стенке имеется множество топливных форсунок, расположенных через равномерные интервалы по окружности и в продольном направлении, при этом внутренняя водопроводящая трубчатая стенка выполнена с множеством отверстий подачи воздуха.
16. Топка по любому из пп.2, 5 и 11, отличающаяся тем, что наружные поверхности внешней и внутренней водопроводящих трубчатых стенок выполнены с антикоррозийным покрытием и с антикоррозийным и термостойким покрытием.
