UA52587C2 - Парогенератор, що містить топку з циркулюючим псевдозрідженим шаром під тиском - Google Patents

Abstract

Парогенератор, що працює із примусовою продувкою, нагрівається топкою з циркулюючим псевдозрідженим шаром під тиском, складається з вихрової камери (1) згоряння й одного або кількох сепараторів (5), підключених сполучним трубопроводом (4) до виходу вихрової камери (1) згоряння для димового газу. Після кожного сепаратора (5) включений охолоджувач (12) псевдозрідженого шару, приєднаний з одного боку через осаджувальний резервуар (8) до виходу для твердих часток сепаратора, а з іншого боку - до вихрової камери (1) згоряння. До осаджувального резервуару (8) приєднаний зворотний трубопровід (10), що відкривається у вихрову камеру (1) згоряння. Напірні резервуари (18, 19) охоплюють вихрову камеру (1) згоряння, сепаратор (5) і охолоджувач (12) псевдозрідженого шару. При цьому охолоджувач (12), осаджувальний резервуар (8) і сепаратор (5) об'єднані у один вузол, вміщений у загальний напірний резервуар (19).

Description

Изобретение касаєтся парогенератора, содержащего топку с циркулирующим псевдоожиженньм слоем под давлением, состоящего из вихревой камерь сгорания, одного или цнескольких сепараторов, трубопроводами присоединенньх к вьіїходу вихревой камерь! сгорания, подключенньмх к вьіходу для твердьх частиц каждого сепаратора охладителей псевдоожиженного слоя, вьїход которьїх соединен с вихревой камерой сгорания, обратного трубопровода, присоединенного к осадительному резервуару и впадающего в вихревую камеру сгорания, и напорньїх резервуаров, охватьвающих вихревую камеру сгорания, сепаратор и охладитель псевдоожиженного слоя.

Такой парогенератор является частью комбинированной газо-паровой знергетической установки, в которой дьімовье газьі, вирабатьвшаємье в вихревой камере сгорания, после очистки с температурой псевдоожиженного слоя от 800 до 1000"С подаются на газовую турбину. При зтом комбинированном процессе для оптимального использования знергиий благоприятнье параметрь горения и змиссии топки с псевдоожиженньїм слоем, работающей под вьісоким избьіточньім давлением, и особое распределение отбора тепла от охлаждаємого дьімового газа и твердьхх частиц в парогенераторе могут бьіть связаньі! с режимом работь! газовой турбинь.

Найиболее близким к парогенератору, предлагаемому настоящим изобретением, является парогенератор, содержащий топку с циркулирующим псевдоожиженньм слоем под давлением, известньій из европейской патентной заявки ЕР-А-0 679 837 (дата подачи 06.03.1995 г., дата публикации 02.11.1995 г., бюллетень Мо 95/44, МІК: Б23С 11/02, Б228В 31/00). В зтом известном парогенераторе вихревая камера сгорания, сепаратор с осадительньм резервуаром и охладитель находятся в одном общем напорном резервуаре.

Такое, на первьій взгляд компактное, решение по сравнению с устройством, в котором названнье агрегать расположеньї каждьй в своем резервуаре, имеет тот недостаток, что обьем напорного резервуара больше, чем общий обьем всех отдельньх напорньїх резервуаров. Однако, чем больше число напорньх резервуаров, тем более дорогостоящей становится вся установка.

В основу изобретения положена задача достижения благоприятного сочетания знергетических и конструктивньїх параметров парогенератора путем рационального взаймного конструктивного согласования отдельньїх составляющих реакционно-теплообменной системь! парогенератора и применения подходящих конструкционньїх материалов.

Согласно изобретению, поставленная задача решена благодаря тому, что в парогенераторе, содержащем топку с циркулирующим псевдоожиженньм слоем под давлением, охладитель псевдоожиженного слоя, осадительньй резервуар и сепаратор обьеєединень в один узел, размещенньй в общем напорном резервуаре.

Кроме того, согласно изобретению: - узел, образованньій из охладителя псевдоожиженного слоя, сепаратора и осадительного резервуара, подвешен в окружающем его напорном резервуаре; - вьшускной конец охладителя псевдоожиженного слоя присоединен к обратному трубопроводу, связанному с осадительньі!м резервуаром; - пространство над осадительньім резервуаром и пространство над охладителем псевдоожиженного слоя соединень с обратньім трубопроводом; - охладитель псевдоожиженного слоя, сепаратор, осадительньій резервуар, обратньй трубопровод, соединительньй трубопровод и вихревая камера сгорания ограничень! трубньмми стенками из герметично сваренньїх между собой труб, причем, зти трубнье стенки, соединеннье по воде/пару последовательно, обьединень в общий паро-водяной контур с принудительньі!м протоком; - соединение трубньїх стенок осуществляется непосредственно без промежуточньїх коллекторов; - трубнье стенки вложень! одна в другую таким образом, что трубьі, по которьм поток протекает сверху вниз, отделень от труб, по которьм поток протекает снизу вверх; - напорнье резервуарь! соединень! горизонтальньми или наклонньіми шахтами, в которьїх расположень соединительньй трубопровод и обратньй трубопровод, причем одновременно соединительньм трубопроводом и обратньм трубопроводом соединеньі между собой трубньюе системьі), расположеннье в напорньх резервуарах; - в вихревую камеру сгорания впадают сопла подачи вторичного воздуха, открьітье со сторонь промежуточного пространства между внутренней стенкой напорного резервуара, охватьвающего вихревую камеру сгорания, и трубной стенкой вихревой камерь сгорания и снабженнье обратньми запорньми устройствами; - вихревая камера сгорания, осадительньйй резервуар и охладитель псевдоожиженного слоя снабжень! сопловьїми днищами, соединенньїми с раздельньіми воздуховодами; - Кк парогенератору присоединена газотурбинная система, компрессор которой соединен с промежуточньми пространствами между напорньми резервуарами и охватьваемьми ими компонентами парогенератора, причем, в зто промежуточное пространство подведен вьрабатьваєемьй газотурбинной системой, предпочтительно без регулирования создающий в нем избьточное давление, сжатьй воздух.

Результатом применения изобретения являєтся установка со сравнительно низкой потребностью в пространстве и материалах. Кроме того, на зтапе конструирования независимо друг от друга учитьяуваются характеристики дающей минимум вредньх веществ реакции сгорания, включая неизбежнье допуски, независимо от индивидуально различньїх характеристик отвода твердьх частиц и теплообмена с также неизбежньіми допусками, в результате чего получается особенно гибкая, стабильная в широком диапазоне нагрузок и работающая с любьми парогенераторами установка. Следующим преимуществом является благоприятное использование зкстремальньх параметров пара путем применения вьісоколегированньх материалов в зоне замедленной подачи тепла в сочетаниий с крайне мальм количеством материала. При зтом больше не существуют достижимье в настоящее время в парогенераторах обьчной конструкции с различньмми видами топлива границьі, определяемье статической нагрузочной способностью ограждающих трубчатьїхх стенок и спецификацией материалов, из которьх они вьіполнень!.

Пример осуществления изобретения приведен на чертеже и ниже поясняєтся подробнее. На чертеже схематически изображен парогенератор, содержащий топку с циркулирующим псевдоожиженньім слоем под давлением.

Из всей комбинированной газо-паровой знергетической установки показан лишь парогенератор. Зтот парогенератор нагреваєтся топкой с циркулирующим псевдоожиженньїм слоем и содержит вихревую камеру 1 сгорания. Вихревая камера 1 сгорания ограничена трубчатьми стенками 2, вьшполненньми из труб, герметично сваренньїх одна с другой. Поперечное сечение вихревой камерь! 1 сгорания в нижней части на двух противоположньїх стенках, не видньїх на чертеже, конически вьтянуто книзу. Трубчатье стенки 2 вихревой камерь 1 сгорания в нижней, сильно нагруженной твердьми частицами, части имеют керамическую облицовку, позволяющую избежать износа труб. Однако, с целью защить! от износа твердьіми частицами может бьть предусмотрена керамическая облицовка, имеющая хорошую теплопроводность, и в верхней, менее нагруженной твердьми частицами, части камерь 1. Внутри вихревой камерь 1 сгорания теплообменнье поверхности отсутствуют. Снизу камера 1 закрита сопловь!м днищем 3.

К верхней части вихревой камерь 1 сгорания присоединена одна или несколько соединительньїх труб 4, ведущих к циклонному сепаратору 5. Верхняя часть сепаратора 5 погружной трубой б соединена с не показанньіми фильтром горячего газа и газотурбинной установкой.

Вьход сепаратора 5 соединен со снабженньм сопловьім днищем 7 осадительньм резервуаром 8, работающим по принципу сифона и в качестве обратного клапана для твердьїх частиц препятствующим короткому замьканию по дьммовому газу между вихревой камерой 1 сгорания и сепаратором 5. Открьітая сторона осадительного резервуара 8 снабжена перепускньмм затвором 9 и связана с трубой 10 обратной подачи. Труба 10 соединена с вихревой камерой 1 сгорания.

Осадительньй резервуар 8 снабжен перекрьваеємьм регулятором І отверстием для отвода части главного обратного потока твердьїх частиц. Регулятор 11 может состоять из приводимого снаружи вентиля в форме острия, имеющего керамическую или металлическую износо- и теплозащиту. Может бьіть применен таюке перепуск с затвором, коториій имеет пневматический привод от дутьевого воздуха и перепускная кромка которого расположена либо горизонтально, либо наклонно. При зтом может применяться непрерьвное, ударное или импульсное регулированиє потока воздуха. Вьісота перепускной кромки по отношению к вьісоте перепуска осадительного резервуара 8 может бьіть фиксированной либо регулируемой.

Под осадительньм резервуаром 8 находится охладитель 12 псевдоожиженного слоя. Охладитель 12 псевдоожиженного слоя содержит несколько камер 13, разделенньїх друг от друга разделительной стенкой 14. Каждая камера 13 охладителя 12 псевдоожиженного слоя имеет теплообменную секцию 15. Под каждой камерой 13 расположено сопловое днище 16, через которое вдуваєтся воздух для "ожижения" слоя твердьмх частиц. Сопловье днища 16 камер 13 могут бьіть запитань! дутьевьм воздухом из того же, или из отдельного источника. В приведенном примере осуществления камерьі 13 расположеньі рядом друг с другом. При значительньїх мощностях камерь 13 могут бить расположень! друг над другом. Поток твердьїхх частиц может бить направлен через камерь 13 сверху вниз или снизу вверх. Камерь 13 изображенного охладителя 12 псевдоожиженного слоя соединеньь между собой отверстием 17 в разделительной стенке 14 ниже теплообменньїх секций 15. Таким образом создается нисходящий поток в камере 13, которая первой загружаєтся твердьми частицами, а в камере 13, которая загружаеєтся твердьми частицами позже - восходящий поток. МИмеется также возможность путем соответствующего вьбора вьсоть! затвора в разделительной стенке 14 между камерами 13 подводить поток твердьх частиц сверху вниз, а дополнительньй поток - непосредственно в камеру 13, присоединенную после нее. Вьїход включенной последней по потоку твердьїх частиц камерь 13 охладителя 12 соединен с обратньім трубопроводом 10.

Сепаратор 5, осадительньйй резервуар 8, охладитель 12 псевдоожиженного слоя, соединительньй трубопровод 4 и обратньй трубопровод 10 ограниченьій герметично сваренньми между собой трубами.

Трубчатьсе стенки 2 сформовань из плоских трубньїх досок и образуют многоугольник, причем, наименьшее число углов может бьть равно 4. Трубчатье стенки могут бьть стянуть подходящим бандажом для предотвращения недопустимьїх деформаций.

Для вьіравнивания вьісокого противодавления газовой турбиньі! отдельньюе компоненть! парогенератора помещень в раздельнье напорнье резервуарь, оси которьїх ориентировань, предпочтительно, вертикально.

Первьй напорньй резервуар 18 охватьвваєт вихревую камеру 1 сгорания. Следующий напорньй резервуар 19 охватьвает сепаратор 5 с находящимися под ним осадительньм резервуаром 8 и охладителем 12 псевдоожиженного слоя. Сепаратор 5, осадительньй резервуар 8 и охладитель 12 обьединень в один узел, подвешенньй в напорном резервуаре 19 с помощью анкеров 20.

Цилиндрические напорньсе резервуарь 18, 19 соединеньї между собой цилиндрическими шахтами 21, 22, оси которьіїх ориентированьії горизонтально или наклонно. Внутри зтих шахт 21, 22 расположень соединительнье трубопроводь! 4 и обратнье трубопроводьі 10 для транспортирования жидких и твердьх веществ от вихревой камерь 1 сгорания к другим компонентам и обратно. Одновременно зти трубопроводь! 4, 10 образуют соединение между трубньми системами, расположенньми в отдельньх напорньх резервуарах 18, 19.

К напорному резервуару 18 подведен пневмотрубопровод 23, а к сопловьім днищам 3, 7 и 16 подведень пневмотрубопроводь 24, 25 и 26 соответственно, оснащеннье регулирующими вентилями 27.

Кроме того, в камеру 1 сгорания вмонтированьй воздушнье дюзь 28, открьтье со сторонь промежуточного пространства и снабженньєе не показанньім обратньїм запорньїм устройством.

Парогенератор работаєт следующим образом.

В вихревую камеру 1 сгорания в качестве топлива подводится уголь. Через трубопровод 24 подается находящийся под давлениеєм воздух в качестве средства ожижения слоя топлива и первичного воздуха сгорания. Зтот воздух поступаєт в камеру 1 через сопловое днище 3, сжигаєт уголь и образуеєт циркулирующий псевдоожиженньій слой. Образующаяся в камере 1 в процессе ожижения и сгорания смесь твердьїх частиц и дьімового газа вьїходит из камерь! 1 по соединительному трубопроводу 4 и подаєтся на сепаратор 5. Здесь твердье частиць! и дьммовой газ разделяются, и дьімовой газ по трубе 6 вьіводится на турбину. Твердне частицьї - а зто пепел и еще не сгоревший уголь - попадают в осадительньй резервуарвии, в зависимости от положения регулирующего органа 11, по обратному трубопроводу 10 возвращаются в камеру 1 сгорания или передаются в охладитель 12.

Вьїход включенной последней по потоку твердьїх частиц камерь! 13 охладителя 12 соединен с обратньм трубопроводом 10. Таким образом, твердье частиць, а также дутьевой воздух из охладителя 12 псевдоожиженного слоя и из осадительного резервуара 8 подаются в вихревую камеру 1 сгорания по одному и тому же обратному трубопроводу 10. Твердье частицьі, транспортируемье из камерь! 1 в сепаратор 5, используются в качестве теплоносителя, от которого в теплообменньїх секциях 15 охладителя 12 псевдоожиженного слоя с помощью сжижающего воздуха, являющегося частью дутьевого воздуха, отбирается тепло. При зтом твердье частиць! развивают вьиісокую теплопередающую способность, благодаря чему малейшими теплопередающими поверхностями переносится большое количество тепла. Охлажденньй таким образом поток твердьх частиц после отдачи тепла полностью или частично смешиваєется с неохлажденнькм обратньм потоком твердьх частиц и возвращаєтся в вихревую камеру 1 сгорания.

Промежуточное пространство между напорньіми резервуарами 18, 19 и расположенньми в них, окруженньіми герметичньми трубчатьми стенками, компонентами удерживаєтся под небольшим избьіточньім давлением по сравнению с рабочим давлением газа внутри зтих компонент. Избьточное давление создаєтся путем подачи запирающего воздуха в промежуточное пространство от газотурбинного компрессора через снабженньй регулирующим вентилем 27 воздухопровод 23. Одновременно запирающий воздух служит в качестве вторичного воздуха для топки с псевдоожиженньм слоем. Для зтой цели предусмотрень! вторичнье воздушнье дюзьі 28, проникающие сквозь трубчатье стенки 2 верхней части вихревой камерь 1 сгорания.

Через зти вторичнье воздушнье дюзь 28 избьточное давление устанавливаєтся, предпочтительно, с саморегулированием, в зависимости от динамического сопротивления вихревой камерь! 1. В исключительном случає избьточноеє давлениє может устанавливаться с помощью регулирующего устройства. Остальнье воздушнье потоки, такие как первичньій и сжижающий для вихревой камерь! 1 сгорания и ожижающий поток воздуха для осадительного резервуара 8 и охладителя 12 псевдоожиженного слоя, подаются принудительно по раздельньїм воздуховодам 24, 25, 26 к отдельньі!м сопловь!м днищам 3, 7, 16.

В трубьі трубньїх стенок 2 и теплообменньїх секций 15 подаєтся вода, которая отбираєт тепло, вьісвобождающееся при сгораний в камере 1 и охлаждений нагретьх при сгорании твердьх частиц, испаряется и перегревается.

Трубь! отдельньїх трубньїх стенок по воде и пару включень друг за другом и обьединеньі в общий пароводяной контур. Движениє в зтом пароводяном контуре осуществляєтся принудительно по принципу

Бенсона (Вепзоп). Последовательноеє включение в пароводяном контуре осуществлено таким образом, что сначала поток проходит трубнье стенки охладителя 12 и относящегося к нему сепаратора 5 с осадительньім резервуаром 8, а затем - без промежуточного коллектора - соединительньй трубопровод 4 и находящийся в том же напорном резервуаре 19 обратньій трубопровод 10. Таким образом, пароводяная смесь подаєтся трубной системой в вихревую камеру 1 сгорания без дополнительньїх соединительньїх трубопроводов. К образующей многократнье восходящие и нисходящие потоки трубной системе вихревой камерь! 1 сгорания присоединена в обратной последовательности вторая группа "охладитель-сепаратор". За ней следуют теплообменньюе секции 15 охладителя 12, используемье в качестве дальнейших испарителей и перегревателей.

Водяной подогреватель (зкономайзер) размещен в котле-утилизаторе, включенном после газовой турбинь!.

А У" ДИ 22 бен пит 5-4. | І ях і ШЕЯ --38

Од я : А --із

МА | М, вл дод, ов

А и ВАТ,

ЛЕ ве 0. Де " іль ва І Щи Пр ---Н Е"

Т-- 2 | ; 21 С) 4-4 -АЧ-- у

От -Х ув | тт ЗІ -тв ше З А с , й І -щ ча -----1/--- вч ! 17 х/ ---зІ-- 251-414 13 --пр Г | | . т|--- -13 ід ---4|----|- лі | РІГ тиррюті-їШЮШЗ- і 12-2-- 0-- 17 . о Ії 18- ГУ ЩЕ с--4-16

Ів- їй чт я те етннииту

Яна 253 Е тв й -Н-'5 я - - пяти / - - А ту су 26 шш ШЕ зх з 2Е

А Доти Ам 4 Хе

Кеті чЙ Ї І І зх І -з ах

Фиг.

Claims (11)

1. Парогенератор, содержащий топку с циркулирующим псевдоожиженньім слоем под давлениеєм, состоящий из вихревой камерь сгорания, одного или нескольких сепараторов, трубопроводами присоединенньіх к вьіїходу вихревой камерь сгорания, подключенньїх к вьіХОДу для твердь частиц каждого сепаратора охладителей псевдоожиженного слоя, вьіход которьїх соединен с вихревой камерой сгорания, обратного трубопровода, присоединенного к осадительному резервуару и открьівающегося в вихревую камеру сгорания, и напорньх резервуаров, охватььівающих вихревую камеру сгорания, сепаратор и охладитель псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что охладитель псевдоожиженного слоя, осадительньй резервуар и сепаратор обьединень в один узел, размещенньй в общем напорном резервуаре.

2. Парогенератор по п. І, отличающийся тем, что узел, образованньй из охладителя псевдоожиженного слоя, сепаратора и оосадительного резервуара, подвешен в окружающем его напорном резервуаре.

3. Парогенератор по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вьіпускной конец охладителя псевдоожиженного слоя присоединен к обратному трубопроводу, связанному с осадительньм резервуаром.

4. Парогенератор по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что пространство над осадительньім резервуаром и пространство над охладителем псевдоожиженного слоя соединень с обратньмм трубопроводом.

5. Парогенератор по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что охладитель псевдоожиженного слоя, сепаратор, осадительньйй резервуар, обратньій трубопровод, соединительньій трубопровод и вихревая камера сгорания ограничень: труобньми стенками из герметично сваренньїх между собой труб, причем зти трубнье стенки, соединенньсе по воде/пару последовательно, обьединеньі в общий пароводяной контур с принудительньм протоком.

б. Парогенератор по п. 5, отличающийся тем, что соединение трубньх стенок осуществлено непосредственно без промежуточньх коллекторов.

7. Парогенератор по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что трубнье стенки вложень одна в другую таким образом, что трубні, по которьім поток протекает сверху вниз, отделень от труб, по которьім поток протекаєт снизу вверх.

8. Парогенератор по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что напорньсе резервуарь соединеньі горизонтальньмми или наклонньми шахтами, в которьх расположень соединительньій трубопровод и ообратньій трубопровод, причем одновременно соединительньїм трубопроводом и обратньім трубопроводом соединеньї между собой трубнне системь, расположенннієе в напорньх резервуарах.

9. Парогенератор по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в вихревую камеру сгорания открьїтьі сопла подачи вторичного воздуха, открьтье со сторонь промежуточного пространства между внутренней стенкой напорного резервуара, охватьввающего вихревую камеру сгорания, и трубной стенкой вихревой камерь сгорания и снабженнне обратньми запорньми устройствами.

10. Парогенератор по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что вихревая камера сгорания, осадительньій резервуар и охладитель псевдоожиженного слоя снабжень сопловьІМИ Днищами, соединенньми с раздельньіми воздуховодами.

11. Парогенератор по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что к парогенератору присоединена газотурбинная система, компрессор окоторой осоединен с промежуточньмми пространствами между напорньіми резервуарами и охватьіваємьми ими компонентами парогенератора, причем в зти промежуточнье пространства перед вторичньіми воздушньми соплами подведен вьрабатьіваємьй газотурбинной системой, предпочтительно без регулирования, создающий в нем избьточное давление, сжатьй воздух.