Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОТЕЛ

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетическому котлу в соответствии с вводной частью независимого пункта формулы изобретения. Таким образом, изобретение относится к теплоэнергетическому котлу, содержащему печь, имеющую заднюю стенку, канал для топочного газа, подсоединенный к печи, причем упомянутый канал для топочного газа содержит обратный проход, выполненный на стороне задней стенки печи, и подогреватель для воздуха для горения, снабженный впускным каналом для топочного газа, при этом верхний участок впускного канала для топочного газа подсоединен к нижнему участку обратного прохода, и проточный канал для воздуха для горения, выполненный примыкающим к упомянутому впускному каналу для топочного газа для подведения подогретого воздуха для горения к печи.

Существует тенденция увеличения паропроизводительности теплоэнергетических котлов, таких как котлы с циркулирующим псевдоожиженным слоем, посредством переключения на все более крупные агрегаты. Например, паропроизводительность самого большого изготовленного котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем в настоящее время составляет 460 MWe (мегаватт электроэнергии), но уже существуют планы относительно конструирования установок на 600 MWe и даже на 800 MWe. Одна из важнейших проблем, связанных с теплоэнергетическими котлами большой паропроизводительности, заключается в том, что размер установки существенно растет, в результате чего увеличивается стоимость проектирования и делает размещение близлежащей установки все более сложным.

Подогрев воздуха для горения посредством теплоты топочного газа является одним из стандартных способов улучшения паропроизводительности теплоэнергетического котла. Подогреватели для воздуха для горения могут быть разделены на рекуперативные и регенеративные подогреватели. В рекуперативных подогревателях тепло проводится через теплопередающие поверхности непосредственно от топочного газа к воздуху для горения, тогда как в регенеративных подогревателях топочный газ сначала нагревает аккумулирующее теплоту вещество, обычно металлическую или керамическую батарею, которая на второй стадии выделяет тепло в воздух для горения.

Регенеративные подогреватели являются наиболее распространенными в больших теплоэнергетических котлах из-за их относительно небольшого размера. В так называемых вращающихся плоских подогревателях, которые являются самыми распространенными, аккумулирующее теплоту вещество медленно вращается, обычно со скоростью 3-5 об/мин (оборотов в минуту), таким образом, что она поочередно находится в контакте с потоком топочного газа и воздухом для горения. В подогревателях для воздуха для горения со стационарной плоскостью аккумулирующее теплоту вещество остается неподвижным, но соединительные трубопроводы для топочного газа и воздуха для горения содержат вращающийся элемент, посредством которого газы направляются так, чтобы протекать поочередно через различные сектора аккумулирующего теплоту вещества.

Например, патент США №5915340 раскрывает регенеративный подогреватель для воздуха для горения с четырехсекторной вращающейся плоскостью, в котором топочный газ протекает через один проточный сектор, а первичный воздух и первый и второй вторичный воздух протекают через три другие проточные секторы. Ось вращения регенеративного подогревателя для воздуха для горения может быть либо горизонтальной, либо вертикальной, но ниже обсуждаются главным образом подогреватели с вертикальной осью вращения. Настоящее изобретение по существу связано с подогревателями для воздуха для горения, в которых топочный газ протекает через подогреватель вниз, а воздух для горения, соответственно, протекает вверх.

В соответствии с предшествующим уровнем техники печь, обратный проход и подогреватель для воздуха для горения теплоэнергетического котла расположены один за другим в направлении, перпендикулярном задней стенке или боковой стенке печи, как раскрыто, например, на фиг.2 патента США №5915340. Обратный проход в связи с этим относится к вертикальному участку первого канала для топочного газа, который обычно содержит теплообменники, такие как пароперегреватели, перенагреватели и подогреватели для питательной воды.

В нижней части обратного прохода обычно имеется поворотный канал, от самого дальнего края которого относительно печи канал для топочного газа продолжается к подогревателю для воздуха для горения. У основания поворотного канала обычно имеется зольный бункер, собирающий частицы топочного газа. Обычно канал для топочного газа после поворотного канала содержит сначала горизонтальный или наклонный участок канала, который направлен от печи, а затем вертикальный участок канала, который ведет к верхнему участку подогревателя для воздуха для горения.

Когда печь предназначена для большого теплоэнергетического котла, обратный проход и подогреватель для воздуха для горения традиционно выполнены один за другим, каналы, соединяющие их друг с другом, могут оказаться длинными, посредством чего их конструкция и сборка среди прочего оборудования и частей, связанных с печью, являются сложными. Для каждого участка и изгиба канала для топочного газа требуется пространство, которое в противном случае может быть использовано для размещения других частей, например оборудования для обработки топлива.

Чтобы иметь различные проточные секторы подогревателя для воздуха для горения, достаточно широкие для поддержания потерь давления на приемлемом уровне, диаметр регенеративного подогревателя для воздуха для горения, который будет выполнен в большом теплоэнергетическом котле, может быть очень большим. Также известно, что канал для топочного газа большого теплоэнергетического котла разделен на два участка, которые ведут в два смежных подогревателя для воздуха для горения, благодаря чему размер отдельного подогревателя остается приемлемым, а его сборка является относительно простой.

Поскольку топочный газ обычно направляется от подогревателя для воздуха для горения далее к устройствам очистки для топочного газа, например к пылеотделителю, естественно, что подогреватель выполняют таким образом, чтобы впускное и выпускное соединения для топочного газа находились в участке подогревателя, который является самым дальним от печи. Таким образом, впускное и выпускное соединения для воздуха для горения находятся соответственно на стороне печи подогревателя. В регенеративных подогревателях для воздуха для горения с вращающейся плоскостью впускное и выпускное соединения для топочного газа находятся, естественно, в том же участке подогревателя, что и проточный сектор для топочного газа, а впускное и выпускное соединения для воздуха для горения находятся в том же участке подогревателя, что и проточный сектор для воздуха для горения соответственно. В регенеративных подогревателях со стационарной плоскостью впускные и выпускные соединения для воздуха для горения и для топочного газа являются стационарными, но проточные секторы для воздуха для горения и для топочного газа вращаются с вращающимися элементами соответствующих соединительных трубопроводов.

На фиг.1 патента США №7438876 раскрыт общепринятый вариант осуществления в соответствии с предшествующим уровнем техники, в котором регенеративный подогреватель для воздуха для горения с вращающейся плоскостью выполнен с удалением от печи относительно обратного прохода, а проточный сектор для воздуха для горения в подогревателе находится на стороне печи подогревателя. Проблема, связанная с таким расположением, состоит в том, что канал для воздуха для горения должен быть изогнут на следующей стадии под обратным проходом, что на практике обычно приводит к усложненной конструкции каналов. На фиг.9 патента США №7438876 раскрывается другая возможная альтернатива, в которой проточный сектор подогревателя для воздуха для горения выполнен далеко от печи.

Это расположение является выгодным, когда имеется второй, рекуперативный подогреватель для воздуха для горения, выполненный над регенеративным подогревателем для воздуха для горения и соединенный с ним последовательно, и через этот подогреватель воздух для горения направляется в сторону печи.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке теплоэнергетического котла, в котором описанные выше проблемы предшествующего уровня техники сведены к минимуму. По существу задача состоит в том, чтобы разработать большой теплоэнергетический котел, размер которого сохраняется приемлемым.

Технический результат достигается в теплоэнергетическом котле, содержащем печь, имеющую заднюю стенку, канал для топочного газа, подсоединенный к печи, содержащий обратный проход, выполненный на стороне задней стенки печи, и подогреватель для воздуха для горения, снабженный впускным каналом для топочного газа, при этом верхний участок впускного канала для топочного газа подсоединен к нижнему участку обратного прохода, и проточный канал для воздуха для горения, выполненный примыкающим к упомянутому впускному каналу для топочного газа, для подведения подогретого воздуха для горения к печи, причем впускной канал для топочного газа содержит два смежных участка канала, которые подсоединены к противоположным сторонам обратного прохода.

Сечение обратного прохода обычно имеет прямоугольную форму таким образом, что боковая стенка обратного прохода обращена к печи, и боковая стенка, расположенная напротив нее, шире, чем боковые стенки, перпендикулярные ей. По существу, когда такой прямоугольный обратный проход, как полагают, разделен на передний участок на стороне печи и задний участок, расположенный напротив нее, один из параллельных участков канала подсоединен в соответствии с особенно выгодным вариантом осуществления изобретения к переднему участку обратного прохода, а другой - к заднему участку обратного прохода.

В соответствии с настоящим изобретением впускной канал для топочного газа, другими словами, оба участка канала во впускном канале для топочного газа подсоединены к нижнему участку обратного прохода. Участки канала предпочтительно могут быть подсоединены к боковым стенкам обратного прохода непосредственно над зольным бункером в нижнем участке обратного прохода, но наиболее предпочтительно они подсоединены к обратному проходу в области его зольного бункера. Таким образом, один из смежных участков канала предпочтительно подсоединен к переднему участку зольного бункера, а другой из них - к его заднему участку.

Подогреватель для воздуха для горения может быть любого типа, в котором подогреватель подсоединяют к впускному каналу для топочного газа, при этом впускной канал подсоединяют другим его концом к нижнему участку обратного прохода, и который имеет проточный канал для воздуха для горения, подсоединенный к подогревателю, выполненному примыкающим к упомянутому впускному каналу. Однако подогреватель для воздуха для горения предпочтительно представляет собой регенеративный подогреватель с вращающейся плоскостью и содержит батарею аккумулирующего теплоту вещества. Предпочтительно, ось вращения вращающейся плоскости подогревателя для воздуха для горения является вертикальной.

Участки впускных каналов для топочного газа, подсоединенные к противоположным сторонам обратного прохода, главным образом к его переднему участку и заднему участку, делают возможным подсоединять подогреватель для воздуха для горения к обратному проходу симметрично компактным и эффективным с точки зрения эксплуатации способом. Участки канала, симметрично подсоединенные к обратному проходу, обеспечивают возможность для того, чтобы поток топочного газа и частицы, увлекаемые за ним в обратном проходе, были равномерными и симметричными, вот почему нижний участок обратного прохода легко может быть сконструирован так, чтобы его изнашивание было относительно умеренным. Кроме того, зольный бункер в нижнем участке обратного прохода может быть сконструирован таким образом, чтобы отделение частиц от потока топочного газа в зольный бункер было особенно эффективным.

Расположение в соответствии с общепринятыми техническими приемами, в которых впускной канал для топочного газа, ведущий к подогревателю для воздуха для горения, просто подсоединен к заднему участку обратного прохода, почти неизбежно приводит к тому, что подогреватель для воздуха для горения находится сравнительно далеко от печи. Таким образом, каналы для топочного газа и для воздуха для горения становятся относительно длинными и сложными. Симметричное расположение участков канала обратного прохода предлагает возможность для выполнения такого варианта осуществления настоящего изобретения, в котором впускной канал для топочного газа, предпочтительно по меньшей мере частично, более предпочтительно большей частью и наиболее предпочтительно полностью, находится под обратным проходом. Посредством этого впускной канал для топочного газа под обратным проходом может быть предпочтительно реализован таким образом, что он полностью, или по меньшей мере большей частью, является вертикальным. Отсутствие горизонтальных участков канала уменьшает накопление пепла во впускном канале, благодаря чему значимость доведения до нужных размеров канала уменьшается и затраты, вызываемые каналом, остаются низкими.

Подогреватель для воздуха для горения, выполненный в соответствии с изобретением, может быть выполнен относительно близко к печи, посредством чего обеспечивается особенно компактная конструкция, в которой каналы для топочного газа и для воздуха для горения остаются относительно короткими. Благодаря компактной конструкции можно обеспечить относительно небольшое сооружение для теплоэнергетического котла, благодаря чему затраты остаются низкими.

Подогреватель для воздуха для горения содержит впускное соединение для топочного газа, подсоединяющее впускной канал для топочного газа к подогревателю для воздуха для горения. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения подогреватель для воздуха для горения выполнен таким образом, что впускное соединение для топочного газа по меньшей мере частично, наиболее предпочтительно полностью, находится под обратным проходом.

Соответственно, подогреватель для воздуха для горения содержит выпускное соединение для воздуха для горения, которое подсоединяет проточный канал для воздуха для горения к подогревателю для воздуха для горения. В подогревателях для воздуха для горения, содержащих более двух секторов, на практике имеется более чем одно выпускное соединение для воздуха для горения, однако в случае, если имеется несколько выпускных соединений для воздуха для горения, они также упоминаются просто "как выпускное соединение для воздуха для горения".

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения подогреватель для воздуха для горения выполнен таким образом, что выпускное соединение для воздуха для горения по меньшей мере частично, наиболее предпочтительно полностью, находится за пределами области под обратным проходом. Когда выпускное соединение для воздуха для горения находится за пределами области под обратным проходом, проточный канал или проточные каналы для воздуха для горения могут быть проведены к печи по наиболее благоприятному маршруту. Нет необходимости по-особому образовывать расширения или специальные изгибы в ведущих к печи проточных каналах для воздуха для горения, так называемых каналах подачи воздуха для горения, чтобы проводить обратный проход или канал для топочного газа. Короткость воздушных каналов и их простая геометрическая форма уменьшают потери давления в каналах, посредством чего энергопотребление воздуходувок, предназначенных для воздуха для горения, уменьшается или, в качестве альтернативы, поперечное сечение воздушных каналов может быть уменьшено, таким образом сводя к минимуму затраты на них.

Когда теплоэнергетический котел содержит только один подогреватель для воздуха для горения, выпускное соединение для воздуха для горения подогревателя предпочтительно может быть расположено относительно впускного соединения для топочного газа либо на стороне печи, либо напротив печи, посредством чего впускное соединение для топочного газа и выпускное соединение для воздуха для горения выполнены одно за другим в направлении, перпендикулярном задней стенке печи. Однако наиболее предпочтительно выпускное соединение для воздуха для горения и впускное соединение для топочного газа выполнены одно за другим в направлении горизонтального сечения задней стенки печи, посредством чего впускной канал для воздуха для горения предпочтительно может быть выполнен в целом около обратного прохода, если смотреть от печи. Таким образом, впускной канал для воздуха для горения может продолжаться к печи без необходимости в изгибах для прохождения к обратному проходу.

В соответствии с самым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения теплоэнергетический котел содержит два подсоединенных параллельно подогревателя для воздуха для горения, которые выполнены симметрично бок о бок относительно центровой линии, перпендикулярной задней стенке печи. Другими словами, теплоэнергетический котел содержит два подсоединенных параллельно подогревателя для воздуха для горения, которые выполнены один за другим в направлении задней стенки печи. Таким образом, оба подогревателя для воздуха для горения предпочтительно подсоединены к отдельному впускному каналу для топочного газа, другими словами, к ответвлению впускного канала для топочного газа, другой конец которого подсоединен к нижнему участку обратного прохода, при этом оба ответвления впускного канала для топочного газа содержат два смежных участка канала, причем один из этих смежных участков канала подсоединен к переднему участку обратного прохода, а другой - к заднему участку обратного прохода.

Смежные подогреватели для воздуха для горения предпочтительно выполнены таким образом, что впускные соединения для топочного газа их обоих по меньшей мере частично, более предпочтительно главным образом и наиболее предпочтительно полностью, находятся под обратным проходом. Соответственно, выпускные соединения для воздуха для горения, предпочтительно по меньшей мере частично, более предпочтительно главным образом и наиболее предпочтительно полностью, находятся за пределами области под обратным проходом. Таким образом, подогреватели для воздуха для горения предпочтительно направлены таким образом, что выпускное соединение для воздуха для горения обоих подогревателей для воздуха для горения находится на стороне печи или напротив печи относительно впускного соединения для топочного газа. Однако наиболее предпочтительно подогреватели для воздуха для горения направлены таким образом, что выпускные соединения для воздуха для горения расположены симметрично противоположным направлениям, так что выпускные соединения для воздуха для горения и впускные соединения для топочного газа находятся одно за другим в направлении задней стенки печи.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения обходной канал подогревателей для воздуха для горения выполнен между ответвлениями каналов для топочного газа, ведущих к смежным подогревателям для воздуха для горения. Наиболее предпочтительно, обходной канал подогревателей для воздуха для горения содержит подогреватель для питательной воды в теплоэнергетическом котле.

Ниже изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1 изображает схематичный вид сбоку вертикального сечения теплоэнергетического котла в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 изображает второй схематичный вид сбоку вертикального сечения теплоэнергетического котла в соответствии с фиг.1;

фиг.3 изображает схематичный вид сзади вертикального сечения теплоэнергетического котла в соответствии с фиг.1.

Фиг.1-3 раскрывают примерный теплоэнергетический котел 10 в соответствии с изобретением. Теплоэнергетический котел 10 содержит печь 12 и канал 14 для топочного газа, подсоединенный к печи, причем канал для топочного газа проводит топочный газ от печи через обратный проход 20, выполненный на стороне задней стенки 16 печи и снабженный теплообменными поверхностями 18, и впускные каналы 26, 26' для топочного газа к двум соединенным параллельно подогревателям 22, 22' для воздуха для горения. Теплоэнергетический котел 10 может быть, например, большим котлом с циркулирующим псевдоожиженным слоем, электрическая производительность которого составляет более чем 500 MWe, или котлом для пылевидного угольного топлива.

Фиг.1 представляет вертикальное сечение теплоэнергетического котла 10, сделанное перпендикулярно задней стенке 16 печи 12 у впускного канала 26 для топочного газа. Фиг.2 представляет соответствующее вертикальное сечение, сделанное в точке у проточного канала 24 для воздуха для горения. Фиг.3 представляет вертикальное сечение в направлении задней стенки 16 печи 12 у обратного прохода 20 соответственно.

Подогреватели 22, 22' для воздуха для горения предпочтительно выполнены в соответствии с изобретением частично под обратным проходом 20. Подогреватели 22, 22' для воздуха для горения в теплоэнергетическом котле 10 на фиг.1-3 являются регенеративными подогревателями с вращающейся плоскостью. Однако они также могут быть некоторого другого типа, например, они могут быть рекуперативными подогревателями для воздуха для горения, при этом проточный канал для воздуха для горения, подводящий воздух для горения к печи, выполнен рядом с впускным каналом для топочного газа, подсоединенным к подогревателю для воздуха для горения.

Впускные каналы 26, 26' для топочного газа, ведущие от нижнего участка обратного прохода к подогревателям 22, 22' для воздуха для горения, содержат два смежных участка 28, 28' каналов, которые подсоединены к противоположным сторонам обратного прохода. В теплоэнергетическом котле на фиг.1-2 смежные участки 28, 28' каналов подсоединены к передней и задней стенке 32, 34 зольных бункеров 30, 30' в нижнем участке обратного прохода 20. В некоторых случаях может быть выгодно подсоединять смежные участки 28, 28' каналов где-нибудь в другом месте в нижнем участке обратного прохода 20, например непосредственно над зольными бункерами 30. Смежный участок 28, 28' каналов в некоторых случаях может быть предпочтительно подсоединен к другим противоположным сторонам обратного прохода, а не к переднему и заднему участку обратного прохода, например к боковым стенкам 36, 36' зольного бункера 30. Подсоединение к боковым стенкам зольного бункера в некоторых случаях является выгодным, особенно когда теплоэнергетический котел содержит только один подогреватель для воздуха для горения.

Как можно увидеть на фиг.1 и 3, впускные каналы 26, 26' для топочного газа, другими словами, оба участка 28, 28' каналов у впускных каналов для топочного газа выполнены под обратным проходом 20, посредством чего впускные соединения 38, 38' для топочного газа, соединяющиеся с подогревателями 22, 22' для воздуха для горения, главным образом выполнены под обратным проходом. Соответственно, как можно увидеть на фиг.3, выпускные соединения 40, 40' для воздуха для горения подогревателей 22, 22' для воздуха для горения выполнены за пределами области под обратным проходом.

Как можно увидеть на фиг.3, выпускные соединения 40, 40' выполнены симметрично относительно противоположных направлений так, что впускные соединения 38, 38' для топочного газа и выпускные соединения 40, 40' для воздуха для горения расположены одно за другим в направлении горизонтального сечения задней стенки.

Такое расположение обеспечивает возможность для того, чтобы впускные каналы 26 для топочного газа были настолько короткими и простыми, насколько возможно, посредством чего обратный проход 20 и подогреватели 22, 22' для воздуха для горения образуют компактный объект, и размер теплоэнергетического котла остается настолько маленьким, насколько это возможно. Когда подогреватели 22, 22' для воздуха для горения выполнены под обратным проходом 20, впускные каналы для топочного газа являются, по меньшей мере преимущественно, вертикальными. Таким образом, накопление золы во впускных каналах происходит значительно меньше, чем, например, во впускном канале предшествующего уровня техники, включающем в себя горизонтальные участки канала.

Кроме того, маршрут проточных каналов 24, 24' для воздуха для горения может быть спроектирован настолько оптимально, насколько возможно, чтобы не было необходимости включать в них дополнительные перемещающие каналы или изгибы для перехода к обратному проходу 20 или каналу 14 для топочного газа. Таким образом, потери давления, имеющее место в проточном канале для воздуха для горения, являются настолько маленькими, насколько это возможно, и это сохраняет энергопотребление воздуходувки (на фиг.1-3 не показано) во впускном канале 58 для воздуха для горения.

Примерный теплоэнергетический котел 10, раскрытый на фиг.1-3, является котлом с псевдоожиженным слоем, в котором проточный канал 24 для воздуха для горения содержит два ответвления 42, 44, которые перемещают первичный воздух к основанию печи, а вторичный воздух - над основанием печи соответственно. Если теплоэнергетический котел представляет собой котел для пылевидного угольного топлива, ответвления проточного канала для воздуха для горения приводят первичный воздух к распылителю угля, а вторичный воздух - к горелкам. В действительности воздух для горения, который должен быть подведен к различным местоположениям, обычно разделяется уже до подогревателя для воздуха для горения, в соответствии с чем подогреватель для воздуха для горения содержит многочисленные проточные секторы для воздуха для горения, каждый из которых соединен с отдельным выпускным соединением для воздуха для горения. Для простоты фиг.2 раскрывает только одно выпускное соединение 40, 40' для воздуха для горения в каждом подогревателе 22, 22' для воздуха для горения.

Обходной канал 46 подогревателей для воздуха для горения выполнен между впускными каналами 26, 26' для топочного газа, ведущими к подогревателям 22, 22' для воздуха для горения, при этом обходной канал благоприятно содержит подогреватель 48 для питательной воды теплоэнергетического котла. Обходной канал 46 предпочтительно содержит средство, например распределительный клапан 50, для управления количеством топочного газа, подлежащим введению в обходной канал. Предпочтительно, топочные газы, охлажденные в подогревателях 22, 22' для воздуха для горения и в подогревателе 48 для питательной воды обходного канала, собираются в общем поворотном канале 52, выполненном под подогревателями 22, 22' для воздуха для горения, прежде чем они будут направляться дальше через выпускной канал 54 для топочного газа, например через пылеотделитель, к вытяжной трубе (на фиг.1-3 не показано). Компактная конструкция получается посредством выполнения обходного канала 46 подогревателей для воздуха для горения между впускными каналами 26, 26' для топочного газа. Дополнительно, тогда можно не включать отдельный зольный бункер ниже обходного канала и зола от топочного газа может собираться в общие зольные бункеры 56.

Выше изобретение было описано в отношении некоторых примерных вариантов осуществления, но изобретение также охватывает различные комбинации или модификации раскрытых вариантов осуществления. Таким образом должно быть очевидно, что изобретение не ограничено вышеприведенными вариантами осуществления, но включает в себя дополнительные варианты осуществления в рамках прилагаемой формулы изобретения.