PL192416B1 - Układ spalania ze złożem fluidalnym, wytwarzający parę - Google Patents

Abstract

1. Uklad spalania ze zlozem fluidalnym, wytwarzajacy pare, wykorzystywany do spalania paliw stalych, i wytwa- rzania zwlaszcza pary wodnej, obejmujacy komore wymia- ny ciepla wyposazona w elementy wymiany ciepla, przez które przeplywa chlodziwo, przy czym komora ta obejmuje cztery pionowe sciany zewnetrzne, otaczajace przestrzen o prostokatnym przekroju poprzecznym w poziomie, pierw- sza komore wirowa spalania, umieszczona przed pierwsza sciana zewnetrzna komory wymiany ciepla oraz druga komore wirowa spalania, umieszczona przed polozona naprzeciw pierwszej sciany zewnetrznej druga sciana zewnetrzna komory wymiany ciepla, przy czym obie komo- ry wirowe spalania charakteryzuje ponadto obecnosc prze- wodów doprowadzajacych paliwo oraz powietrze spalania, a ponadto przynajmniej jeden separator sluzacy do oddzie- lania stalych czastek znajdujacych sie w strumieniu gazu, a który laczy sie z komora wirowa spalania w górnej jej czesci, przy czym separator wyposazony jest w przewód odprowadza- jacy gaz, który laczy sie z górna czescia komory wymiany ciepla, znamienny tym, ze komory wirowe spalania wyposa- zone sa w przynajmniej jedna chlodnice (12, 12a) ze zlozem fluidalnym kazda, które to chlodnice umieszczono pod separatorami, a które lacza sie z nimi za posrednictwem przewodów przenoszacych stale czastki, przy czym chlod- nice ze zlozem fluidalnym lacza sie . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ spalania ze złożem fluidalnym, wytwarzający parę, a wykorzystywany do spalania paliw stałych i wytwarzania pary wodnej w dużych instalacjach przemysłowych.

Układy tego rodzaju, których zastosowanie jest szczególnie korzystne w przypadku urządzeń niewielkiej mocy, opisano w EP-B-0365723, EP-A-0416238, DE-A-3107356 i DE-A-4135582. W przypadku znanych urządzeń, komora wymiany ciepła łączy się z tylko jedną komorą wirową spalania. W przypadku urządzeń wytwarzających ogromne ilości pary wodnej, wykorzystywanych przez elektrownie o mocy powyżej 250 MW, zastosowanie znanych układów tego rodzaju nie jest korzystne.

Znana jest również konstrukcja układu spalania ze złożem fluidalnym, obejmującego komorę wymiany ciepła wyposażoną w elementy wymiany ciepła, przez które przepływa chłodziwo. Komora ta obejmuje cztery pionowe ściany zewnętrzne, otaczające przestrzeń o prostokątnym przekroju poprzecznym w poziomie oraz dwie wirowe komory spalania Jedna z nich umieszczona jest przed pierwszą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła, a druga, przed położoną naprzeciw pierwszej ściany zewnętrznej drugą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła. W rozwiązaniu tym, obie komory wirowe spalania posiadają przewody doprowadzające paliwo oraz powietrze spalania. Znany układ wyposażony jest ponadto w przynajmniej jeden separator służący do oddzielania stałych cząstek znajdujących się w strumieniu gazu, połączony z komorą wirową spalania w górnej jej części. Separator wyposażony jest w przewód odprowadzający gaz, połączony z górną częścią komory wymiany ciepła.

Przedmiotem wynalazku jest układ spalania ze złożem fluidalnym, wytwarzający parę, wykorzystywany do spalania paliw stałych, i wytwarzania zwłaszcza pary wodnej. Układ ten wyposażony jest w komorę wymiany ciepła posiadającą elementy wymiany ciepła, przez które przepływa chłodziwo. Komora ta obejmuje cztery pionowe ściany zewnętrzne, otaczające przestrzeń o prostokątnym przekroju poprzecznym w poziomie, pierwszą komorę wirową spalania, umieszczoną przed pierwszą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła oraz drugą komorę wirową spalania, umieszczoną przed położoną naprzeciw pierwszej ściany zewnętrznej drugą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła. Obie komory wirowe spalania charakteryzuje ponadto obecność przewodów doprowadzających paliwo oraz powietrze spalania. Układ posiada ponadto przynajmniej jeden separator służący do oddzielania stałych cząstek znajdujących się w strumieniu gazu, który łączy się z komorą wirową spalania w górnej jej części. Separator ten wyposażony jest w przewód odprowadzający gaz, który łączy się z górną częścią komory wymiany ciepła.

Istota wynalazku polega na tym, że komory wirowe spalania wyposażone są w przynajmniej jedną chłodnicę ze złożem fluidalnym, które to chłodnice umieszczono pod separatorami, połączonymi z nimi za pośrednictwem przewodów przenoszących stałe cząstki. Chłodnice ze złożem fluidalnym łączą się z odpowiadającymi im komorami wirowymi spalania za pośrednictwem przynajmniej jednego przewodu przenoszącego cząstki stałe i/lub gaz. Ponadto, wewnętrzna wysokość komory wymiany ciepła wynosi przynajmniej 10 m, zaś wewnętrzna wysokość komór wirowych spalania wynosi od 10 do 60 m. Korzystnie, odstęp między pierwszą komorą wirową spalania a pierwszą ścianą zewnętrzną oraz między drugą komorą wirową spalania a drugą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła wynosi od 0 do 2 m.

W rozwiązaniu według wynalazku, powierzchnia przekroju obu komór wirowych spalania mierzona w poziomie w połowie wysokości przestrzeni wewnętrznej komory wynosi od 50 do 300 m², przy czym wewnętrzna przestrzeń pierwszej i drugiej komory wirowej spalania charakteryzuje się w przybliżeniu prostokątnym przekrojem poprzecznym w poziomie. Szerokość komór wymiany ciepła oraz komór wirowych spalania zastosowanych w układzie wynosi od 10 do 40 m, przy czym przynajmniej dwóm komorom wymiany ciepła przyporządkowano przynajmniej trzy komory wirowe spalania.

Urządzenie będące przedmiotem niniejszego wynalazku pozwala na stworzenie zwartej konstrukcji a tym samym zajmuje niewielką przestrzeń. Istnieje ponadto możliwość zestawienia z nim jednego lub więcej bloków konstrukcyjnych, przy zachowaniu odstępu lub nie, w sposób pozwalający na oszczędność miejsca. Centralne położenie komory wymiany ciepła wewnątrz danego bloku pozwala na uzyskanie taniej konstrukcji ze względu na zastosowanie krótkich przewodów przenoszących powietrze spalania do wnętrza komór wirowych spalania. Obie komory wirowe spalania mogą zostać połączone z chłodnicą wyposażoną w złoże fluidalne, tworząc tym samym statyczną jednostkę, przy czym chłodnica ustawiona jest lub zawieszona na komorze wirowej spalania.

PL 192 416 B1

Układ spalania będący przedmiotem niniejszego wynalazku wykorzystywany być może w dużych instalacjach przemysłowych. W przypadku bardzo dużych instalacji ustawić można przy sobie naprzemian dwie lub więcej komór wymiany ciepła oraz przynajmniej trzy komory wirowe spalania.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój podłużny przez pierwszy wariant układu spalania wzdłuż linii I-I zaznaczonej na fig. 2; fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny wzdłuż linii II-II zaznaczonej na fig. 1; fig. 3 przedstawia drugi wariant układu spalania w sposób analogiczny do zaprezentowanego na fig. 1; fig. 4 przedstawia wielkogabarytową instalację obejmującą dwie komory wymiany ciepła zaprezentowaną w sposób analogiczny do fig. 2.

Urządzenie przedstawione na fig. 1 i 2 wyposażone jest w centralnej części w komorę wymiany ciepła 1o prostokątnym przekroju poprzecznym (patrz fig. 2). Cztery pionowe ściany zewnętrzne komory wymiany ciepła 1 oznaczono symbolami 1a, 1b, 1c i 1d. Z pierwszą ścianą zewnętrzną 1a. Graniczy pierwsza komora wirowa spalania 2. Przy przeciwległej ścianie 1c znajduje się druga komora wirowa spalania 3. Z lewą komorą wirową spalania 2 sąsiadują dwa separatory 5 i 6. Analogicznie rozmieszczono separatory 7 i 8 względem prawej komory wirowej spalania 3. Każdy separator wyposażono w przewód odprowadzający gaz 9, łączący się z górną częścią komory wymiany ciepła 1 (patrz fig. 1). Ilość separatorów może być dowolna, niezależnie od wskazań na rysunku. W ramach separatorów wykorzystać można przykładowo znane oddzielacze cyklonowe lub płyty odbojowe.

Oddzielone w separatorach 5 do 8 cząstki stałe przedostają się przez przewód 11 do typowej chłodnicy 12 lub 12a ze złożem fluidalnym, której szczegóły konstrukcyjne są powszechnie znane. W razie potrzeby zastosować można bocznik 11a odprowadzający oddzielone w separatorze cząstki stałe bezpośrednio do położonej obok komory wirowej spalania, co dla większej przejrzystości przedstawiono na rysunku jedynie w przypadku komory 3. W razie zrezygnowania z chłodnic 12 i 12a ze złożem fluidalnym, cząstki stałe pochodzące z separatorów odprowadzane są bocznikami tego rodzaju do wnętrza komór wirowych spalania.

Chłodnice wyposażono przynajmniej w jeden przewód 13 doprowadzający gaz, przykładowo powietrze. Chłodnice te obejmują elementy chłodzące 14 oraz wylot 15 schłodzonych cząstek stałych. Część chłodzonych cząstek stałych odprowadzana jest wraz z gazem poprzez kanał 16 do wnętrza komory wirowej spalania 2. Jeden wariant niniejszego wynalazku przedstawiono wraz z wymiennikiem ciepła 12a oraz komorą wirową spalania 3, przy czym do komory 3 przez przewód 16 przenoszone są schłodzone cząstki stałe, zaś przez przewód 17 - podgrzany gaz. Stałe ziarniste paliwo doprowadzane jest do komory 2 i 3 przez przewody 18, zaś zawierający tlen gaz, na przykład powietrze, transportowany jest przewodem 19, przy czym najpierw dostaje się on do wnętrza komory rozdzielczej 20, po czym przenika przez ruszt 21 w górę do wnętrza komory 2. Możliwe jest zastosowanie dodatkowych punktów doprowadzających gaz i cząstki stałe.

W ramach paliwa wykorzystać można zwłaszcza antracyt, węgiel kamienny, węgiel brunatny, drewno lub łupek bitumiczny. Obok stałych paliw zastosowanie znajdują też paliwa o konsystencji ciasta, płynne lub gazowe, przykładowo pozostałości rafinacyjne czy odpady różnego rodzaju. Temperatura spalania w komorach wirowych spalania 2 i 3 wynosi od 973 do 1223 K. Gorąca zawiesina gazu i cząstek stałych opuszcza komorę wirową spalania 2 lub 3 w górnej jej części przez otwór 23 i dostaje się do odpowiedniego separatora, w którym dochodzi do znacznego oddzielenia cząstek stałych. Gorące gazy opuszczają separator przez przewód 9i schładzane są wewnątrz komory wymiany ciepła 1. Komora 1 wyposażona jest w liczne elementy wymiany ciepła 24 pozwalające na bezpośrednie schładzanie gorących gazów, a które zaznaczono na rysunku jedynie w sposób schematyczny. Elementy 24 służą do wytwarzania pary wodnej z wody kotłowej, przy czym istnieje możliwość jednoczesnego lub alternatywnego wytwarzania pary wysokoprężnej będącej pod ciśnieniem wynoszącym między 7 a 35 MPai pary średnioprężnej, znajdującej się pod ciśnieniem od 2 do 8 MPa. Jeden lub więcej elementów 24 służyć też może do wstępnego podgrzewania powietrza, jakie doprowadzane jest następnie jako powietrze spalania do komory wirowej spalania 2 lub 3.

Niniejsze urządzenie charakteryzuje wysoka zdolność przerobowa, dlatego też poszczególne jego elementy charakteryzują się znacznymi gabarytami. Powierzchnia przekroju przestrzeni wewnętrznej komory wymiany ciepła 1, mierzona w poziomie w połowie wysokości komory 1, wynosi od 150 do 500 m². W przypadku komór wirowych spalania 2 lub 3 wewnętrzna powierzchnia przekroju mierzona w poziomie w połowie wysokości nad rusztem 21 wynosi 50 do 300 m². Wysokość komory 2 lub 3, mierzona powyżej rusztu 21 wynosi od 20 do 60 m. Szerokość a wspólnych ścian 1a i 1c mierzona w poziomie wynosi od 10 do 40 m (patrz fig. 2).

PL 192 416 B1

Z układem spalania połączona być może elektrownia o mocy przynajmniej 200 MW. W celu optymalnego wykorzystania ciepła z układu spalania wszystkie gorące ściany wykonane być mogą w formie membranowych ścian rurowych, przez jakie przepływa chłodziwo. Schłodzony gaz, jaki opuszcza komorę wymiany ciepła 1 przez wylot 25, odprowadzany jest do instalacji oczyszczania gazu, jakiej nie uwzględniono na rysunku. Urządzenie zaprezentowane na fig. 3 wyposażone jest, oczym mowa już była przy okazji objaśniania fig. 1 i 2, w centralnie położoną komorę wymiany ciepła 1, dwie komory wirowe spalania 2 i 3 oraz separatory 5 i 7. Przewody 23a łączą komory wirowe spalania 2, względnie 3, z separatorami 5, względnie 7. Na rysunku tym zastosowano analogiczne oznaczenia do zaprezentowanych na fig. 1i 2. Komory wirowe spalania zaprezentowane na fig. 3 w dolnej części mają kształt klina.

W urządzeniu zaprezentowanym na fig. 3, między ścianą zewnętrzną 1a komory wymiany ciepła 1a komorą wirową spalania 2 występuje przestrzeń o szerokości najwyżej 2 m, w której przeprowadzono przewód 11 prowadzący do chłodnicy 12 ze złożem fluidalnym. Taki sam odstęp zachowano między ścianą 1c a komorą wirową spalania 3. Dzięki umieszczeniu powyżej komór 2 i 3 separatorów 5 i 6 uzyskiwany jest blok o wysokiej konstrukcji, a przy tym o niewielkiej powierzchni podstawy.

Na figurze 4, na schematycznie przedstawionym poziomym przekroju wielkogabarytowej instalacji zaprezentowano dwie komory wymiany ciepła 1oraz trzy komory wirowe spalania 2, 3 i 4, położone naprzemian obok siebie. Separatory oznaczono symbolami 5 do 8. Niezależnie od tego, co pokazano na fig. 4, komory takie nie muszą być rozmieszczone w rzędzie. W wyniku zastosowania dodatkowych komór wymiany ciepła i/lub komór wirowych spalania uzyskać można konstrukcję, która

Claims (6)

1. Układ spalania ze złożem fluidalnym, wytwarzający parę, wykorzystywany do spalania paliw stałych, i wytwarzania zwłaszcza pary wodnej, obejmujący komorę wymiany ciepła wyposażoną w elementy wymiany ciepła, przez które przepływa chłodziwo, przy czym komora ta obejmuje cztery pionowe ściany zewnętrzne, otaczające przestrzeń o prostokątnym przekroju poprzecznym w poziomie, pierwszą komorę wirową spalania, umieszczoną przed pierwszą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła oraz drugą komorę wirową spalania, umieszczoną przed położoną naprzeciw pierwszej ściany zewnętrznej drugą ścianą zewnętrzną komory wymiany ciepła, przy czym obie komory wirowe spalania charakteryzuje ponadto obecność przewodów doprowadzających paliwo oraz powietrze spalania, a ponadto przynajmniej jeden separator służący do oddzielania stałych cząstek znajdujących się w strumieniu gazu, a który łączy się z komorą wirową spalania w górnej jej części, przy czym separator wyposażony jest w przewód odprowadzający gaz, który łączy się z górną częścią komory wymiany ciepła, znamienny tym, że komory wirowe spalania wyposażone są w przynajmniej jedną chłodnicę (12, 12a) ze złożem fluidalnym każda, które to chłodnice umieszczono pod separatorami, a które łączą się z nimi za pośrednictwem przewodów przenoszących stałe cząstki, przy czym chłodnice ze złożem fluidalnym łączą się z odpowiadającymi im komorami wirowymi spalania za pośrednictwem przynajmniej jednego przewodu (16, 17) przenoszącego cząstki stałe i/lub gaz, a ponadto tym, że wewnętrzna wysokość komory wymiany ciepła (1) wynosi przynajmniej 10 m, zaś wewnętrzna wysokość komór wirowych spalania (2, 3) wynosi od 10 do 60 m.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp między pierwszą komorą wirową spalania (2) a pierwszą ścianą zewnętrzną (1a) oraz między drugą komorą wirową spalania (3) a drugą ścianą zewnętrzną (1c) komory wymiany ciepła wynosi od 0do 2 m.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia przekroju obu komór wirowych spalania (2, 3) mierzona w poziomie w połowie wysokości przestrzeni wewnętrznej komory wynosi od 50 do 300 m².

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna przestrzeń pierwszej i drugiej komory wirowej spalania (2, 3) charakteryzuje się w przybliżeniu prostokątnym przekrojem poprzecznym w poziomie.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że szerokość a komór wymiany ciepła (1) oraz komór wirowych spalania (2, 3) wynosi od 10 do 40 m.

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej dwóm komorom wymiany ciepła (1) przyporządkowano przynajmniej trzy komory wirowe spalania (2, 3, 4).