Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭКРАНОВ КОЛЬЦЕВОЙ ТОПКИ В ПАРОВОДЯНОЙ ТРАКТ КОТЛОВ С КОЛЬЦЕВОЙ ТОПКОЙ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к топочным устройствам мощных энергоблоков и может быть использовано в теплоэнергетике.

Известен способ включения экранов в пароводяной тракт котла с принудительной циркуляцией, представленный в Нормативном методе «Гидравлический расчет котельных агрегатов», Москва, Энергия, 1978, стр. 84, 117-119). Этот способ включает подвод воды из экономайзера в нижние коллекторы настенных экранов, а затем в последующие поверхности нагрева котла.

Недостатком этого способа является то, что он не может быть эффективно использован для котлов с кольцевой топкой, отличительной особенностью которого является наличие внутреннего кольцевого экрана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ включения экранов кольцевой топки в пароводяной тракт котла с принудительной циркуляцией, представленный в статье «Котел с кольцевой топкой для блока 660 МВт на суперсверхкритические параметры при сжигании бурых шлакующих углей», авторы Серант Ф.А., Белоруцкий И.Ю., Ершов Ю.А., Гордеев В.В., Ставская О.И. и Кацель Т.В., стр. 91.5 (http://www.itp.nsc.ru/conferences/gtt8/files/91Serant-1.pdf). Этот способ заключается в подаче в пароводяной тракт котла всей исходной питательной воды двумя потоками через экономайзеры, расположенные в двух симметричных газоходах Т-образного котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией, а затем последовательно одним ходом через внутренние экраны, внешние экраны и последующие поверхности нагрева котла.

Недостатком настоящего способа является сложность разделения питательной воды на два потока, которое может быть реализовано только в котле с кольцевой топкой с Т-образной компоновкой и только при определенных и вполне конкретных размерах внутренних и наружных экранов, что снижает общую тепловую и гидравлическую надежность работы подобных котлов.

Технической задачей изобретения является повышение тепловой и гидравлической надежности работы котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ включения экранов кольцевой топки в пароводяной тракт котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией, заключается в подаче всей питательной воды первым ходом через экономайзер, расположенный в газоходе котла, через нижние входные коллекторы внутренних экранов и через трубы всех внутренних экранов, после прохождения которых весь образовавшийся пар собирают в верхних сборных коллекторах внутренних экранов. Новым, согласно изобретению, является направление всего собранного в верхних сборных коллекторах внутренних экранов пара в нижние входные коллекторы первой половины наружных экранов, далее его пропускают вторым ходом через трубы этой первой половины наружных экранов, далее весь пар собирают в верхних сборных коллекторах этой первой половины наружных экранов, а затем его подают в нижние входные коллекторы второй половины наружных экранов и далее пропускают его третьим ходом через трубы второй половины наружных экранов, после чего весь пар собирают в верхних сборных коллекторах второй половины наружных экранов и далее направляют в последующие поверхности нагрева котла, при этом соотношение поперечных размеров внутренних и наружных экранов, определяемое соотношением диаметров окружностей, условно вписанных в грани соответственно внутренних и наружных экранов кольцевой топки, равно

где: d₁ - диаметр окружности, условно вписанной в грани внутренних экранов кольцевой топки;

d₂ - диаметр окружности, условно вписанной в грани наружных экранов кольцевой топки.

На фиг. 1-2 представлена схема движения воды и пара в пароводяном тракте котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией. На фиг. 1 представлен продольный разрез котла с кольцевой топкой, на фиг. 2 представлена принципиальная схема движения воды и пара по внутренним и наружным экранам кольцевой топки.

Котел содержит вертикальную кольцевую топку 1 с принудительной циркуляцией, образованную в виде коаксиальных призм, боковые грани которых образованы внутренними 2 и наружными 3 экранами. Количество граней в кольцевой топке 1 должно быть четным, например восемь, что является оптимальным. Соотношение поперечных размеров внутренних и наружных экранов, определяемое соотношением диаметров окружностей, условно вписанных в грани соответственно внутренних и, наружных экранов кольцевой топки, равно

где: d₁ - диаметр окружности, условно вписанной в грани внутренних экранов кольцевой топки;

d₂ - диаметр окружности, условно вписанной в грани наружных экранов кольцевой топки.

Каждый из этих экранов 2 и 3 выполнен из вертикальных труб (не показаны). К котлу примыкает газоход 4, в котором установлен экономайзер 5. По схеме пароводяного тракта котла ко входу экономайзера 5 подведен подающий питательную воду трубопровод 6, а к выходу отводящий трубопровод 7, соединенный с нижними входными коллекторами 8. Эти коллекторы 8 соединены со входами труб всех внутренних экранов 2, а их выходы соединены с верхними сборными коллекторами 9 внутренних экранов 2. Эти верхние коллекторы 9 соединены трубопроводом 10 с нижними входными коллекторами 11 первой половины наружных экранов 3 и соединены со входами труб первой половины наружных экранов 3. Их выходы соединены с верхними сборными коллекторами 12 первой половины наружных экранов 3. Эти верхние сборные коллекторы 12 соединены трубопроводом 13 с нижними входными коллекторами 14 второй половины наружных экранов 3 и с входами труб второй половины наружных экранов 3, а их выходы соединены с верхними сборными коллекторами 15 второй половины наружных экранов 3 и далее посредством отводящего трубопровода 16 с последующими поверхностями нагрева котла.

Способ включения экранов кольцевой топки в пароводяной тракт котла с принудительной циркуляцией осуществляют следующим образом.

Питательная вода в котел с кольцевой топкой 1 поступает по подающему трубопроводу 6 в экономайзер 5, расположенный в газоходе 4. Здесь вода нагревается топочными газами до температуры 300-350°C и отводится по отводящему трубопроводу 7 в нижние входные коллекторы 8 внутренних экранов 2. Далее подогретая вода проходит одним ходом снизу вверх по всем трубам внутренних экранов 2, где нагревается до температуры кипения, постепенно испаряется и превращается в пар температурой 350-400°C. Далее этот пар собирают в верхние сборные коллекторы 9 и по трубопроводу 10 отводят в нижние входные коллекторы 11 первой половины наружных экранов 3 и далее пропускают его вторым ходом через трубы этой первой половины наружных экранов 3. Далее весь пар собирают в верхние коллекторы 12 этой первой половины наружных экранов 3, а затем его по трубопроводу 13 отводят в нижние входные коллекторы 14 второй половины наружных экранов 3 и далее пропускают его третьим ходом через трубы второй половины наружных экранов 3. После этого весь пар собирают в верхние сборные коллекторы 15 второй половины наружных экранов 3 и далее направляют по отводящему трубопроводу 16 в последующие поверхности нагрева котла.

Выполнение соотношения поперечных размеров внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 равным 0,4-0,6 позволяет весь расход воды пропустить через все трубы внутренних экранов 2 одним ходом и затем пропустить через все трубы наружных экранов 3 в два последовательных хода с рекомендуемой (оптимальной) весовой скоростью 1500-2000 кг/м²⋅с. Это позволяет обеспечить тепловую и гидравлическую надежность работы внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 при умеренном их гидравлическом сопротивлении.

Проведенными исследованиями доказано, что при соотношении поперечных размеров внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 менее 0,4 суммарного сечения труб внутренних экранов 2 становится недостаточным для пропуска всего расхода воды с допустимыми весовыми скоростями. Что же касается надежности работы наружных экранов 3, то при этом соотношении весовые скорости в них становятся недопустимо низкими. При соотношении поперечных размеров внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 более 0,6 суммарное сечение труб внутренних экранов 2 становится излишне большим, в результате чего весовые скорости становятся ниже допустимых, особенно при работе на сниженных нагрузках. Суммарное сечение труб наружных экранов 3 становится недостаточным для пропуска всего расхода пара по условиям допустимых весовых скоростей и гидравлического сопротивления наружных экранов 3.

Как показали проектно-конструкторские проработки, именно такие котлы с кольцевой топкой представляются наиболее эффективными при строительстве новых и модернизации действующих электростанций с энергоблоками мощностью 200 МВт и выше. Использование таких котлов в энергетике позволяет снизить высоту здания котельной на 30-40%, уменьшить металлоемкость и стоимость котла на 10-15%, обеспечить экономичное и бесшлаковочное сжигание низкосортных углей, снизить выбросы из котла оксидов азота на 30-40%.

Настоящий способ позволяет обеспечить тепловую и гидравлическую надежность работы пароводяного тракта котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией при умеренном его гидравлическом сопротивлении. Способ прост для использования при конструировании и эксплуатации и может найти применение на действующих и строящихся электростанциях, оборудованных котлами с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией.