Топка киплячого шару парогазових установок

Винахід відноситься до теплоенергетики, зокрема до топок кип'ячого шару парогазових установок, і може широко застосовуватися в паротурбінних блоках, особливо при спалюванні твердого палива низької якості. Відома топка кип'ячого шару для неповного спалювання твердого палива, що включає зону загорання з решіткою для підтримки кип'ячого шару, камеру продуктів неповного згорання, зовнішній циклон для очищення високотемпературних димових газів, а також системи подачі палива і виводу шлаків із зони газифікації твердого палива [1]. Проте, поряд з утворенням газових продуктів неповного згорання твердого палива низької якості при його спалюванні у відомій топці утворюється велика кількість окислів азоту та інших шкідливих інгредієнтів, що забруднюють навколишнє середовище. Відома топка кип'ячого шару парогазових установок [2], переважно для низькосортного твердого палива, що складається з виносного циклона для очистки димових газів, і з обмежених боковими стінками, розділеними газорозподільною решіткою, послідовно розташованих по висоті камер підводу повітря і горіння, при цьому остання має розташовану над решіткою зону кап'ячого шару і зону неповного спалювання, а також потрубки підводу повітря в зону неповного спалювання, подачі палива в зону кип'ячого шару і виводу шлаку. Однак, для відомої топки характерно те, що при спалюванні в ній твердого палива низької якості в присутності атмосферного повітря утворюються також великі об'єми окислів азоту. Разом з тим, при цьому в атмосферу викидається також значна кількість золи (твердих частинок вугільного пилу). В основу винаходу поставлено завдання створення такої топки кип'ячого шару парогазових установок, в якій подавления процесу утворення окислів азоту в продуктах газифікації твердого палива низької якості, додаткове очищення продуктів згорання від твердих включень, дозволило би зменшити кількість викидів шкідливих речовин в атмосферу. Поставлене завдання вирішується тим, що відома топка кип'ячого шару парогазових установок, переважно для низькосортового твердого палива, що складається з виносного циклона для очистки димових газів, і з обмежених боковими стінками, розділеними газорозподільчою решіткою, послідовно розташованих по висоті камер підводу повітря і горіння, при цьому остання має розташовану над решіткою зону кип'ячого шару і зону неповного спалювання, а також патрубки підводу повітря в зону неповного спалювання, подачі палива в зону кип'ячого шару і виводу шлаку, згідно винаходу, топка додатково обладнана форсунками вприску охолоджувача, тангенціальними завихрювачами, пустотілим циліндричним високотемпературним повітропідігрівачем, і виконана з повітряною рубашкою охолодження бокових стінок камери горіння, при цьому, поверхня останньої утворена двома з'єднаними між собою пустотілим конічним переходом, соосно розташованими пустотілими циліндрами різних діаметрів, причому зона кип'ячого шару обмежена по висоті циліндром більшого діаметра, форсунки розташовані в зоні неповного спалювання, тангенціальні завихрювані в конічному переході бокової стінки камери горіння, і під'єднані до патрубка підводу повітря, а повітропідігрівач виконаний з тепловою ізоляцією на зовнішній і внутрішній поверхні бокової стінки, і встановлений в середині камер співосно з останніми. Крім того, повітропідігрівач виконаний з тепловими трубками, які по всій висоті пронизують його бокову стінку, при цьому трубки в нижній частині повітропідігрівача, обмеженій зоною кип'ячого шару, розташовані рівномірно по висоті в радіально-шахматному порядку, а в верхній частині - похило по відношенню до бокової стінки повітропідігрівача з утворенням абриса циліндричної спіралі, а сам повітропідігрівач обладнаний спірально навитою по всій висоті останнього трубкою підводу і відводу охолоджувальної рідини, що розташована всередині шару теплової ізоляції. Додаткове обладнання топки кип'ячого шару парогазової установки форсунками вприску води, тангенціальними завихрювачами, пустотілим високотемпературним повітропідігрівачем, а також її виконання з повітряною рубашкою охолодження бокових стінок камери горіння, відповідне розташування вказаних завихрювані в дозволяє зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу за рахунок подавления окислів азоту, а також пилеподібних викидів при одночасному підвищенні ефективності процесу газифікації низькосортового твердого палива. На кресленні (фіг.) показана принципова конструктивна схема топки кип'ячого шару в складі парогазової установки. На схемі позначено: 1 - основна топка котла, 2 топка кип'ячого шару, 3 - парова турбіна з генератором, 4 - повітряна турбіна ГТУ, 5 компресор газотурбінної установки, 6 - генератор ГТУ, 7 - конічний перехід, 8 - високотемпературний повітропідігрівач, 9 - циліндр більшого діаметра, 10 - циліндр меншого діаметра, 11 - патрубок подачі палива, 12 - патрубок виводу шлаку, 13 тангенціальні завихрювані, 14 - форсунки вприску води. 15 - виносний циклон для очищення димових газів, 16 - газорозподільча решітка, 17 - вихідна лінія компресора 5, 18 - повітряна рубашка охолодження топки кип'ячого шару, 19 - вихлоп повітряної турбіни ГТУ, 20 - нижня частина повітропідігрівача (регенератор), 21 - трубка підводу і відводу охолоджувальної рідини, 22 теплоізоляція високотемпературного повітропідігрівача 8, 23 - теплові трубки, розміщені в зоні кип'ячого шару, 24 - теплові трубки, розміщені в камері спалювання, 25 - контур циркуляції охолоджувальної рідини, 26 повітропровід від компресора 5 до завихрювачів 13, 27 - повітропровід від компресора 5 до повітряної рубашки 18 охолодження топки кип'ячого шару, 28 повітропровід нагрітого робочого тіла до повітряної турбіни, 29 - повітропровід від компресора до високотемпературного повітропідігрівача. Циліндр більшого діаметра 9, з'єднаний конічним переходом 7 з циліндром меншого діаметра 10, утворюють камеру підводу повітря і камеру спалювання, причому, остання має розташовану над газорозподільною решіткою 16 зону кип'ячого шару 1 зону неповного спалювання. Високотемпературний повітропідігрівач 8 пронизує об'єм, обмежений циліндрами 9 і 10, і розташований співосно з ними. В зоні конічного переходу в стінках розміщені тангенціальні завихрювачі 13, а всередині камери неповного спалювання розташовані форсунки 14 для вприску води. Теплові трубки 23 і 24 пронизують високотемпературний повітропідігрівач 8 в нижній частині в радіально-шахматному порядку (тр убки 23), а в верхній його частині (трубки 24) - похило по відношенню до бокової стінки з утворенням абриса циліндричної спіралі. Всі інші зв'язки топки кап'ячого шару з елементами і блоками парогазової установки ясні із приведеного рисунка. Топка кип'ячого шару запропонованої конструкції включається в склад парогазової енергетичної установки, яка працює слідуючим чином. Компресором 5 ГТУ стискується атмосферне повітря і по повітропроводу 29 подається в нижню частину топки кип'ячого шару і направляється у високотемпературний повітропідігрівач 8, де нагрівається від теплових трубок 23, 24, які при цьому передають тільки тепловий потік із зони кип'ячого шару і зони неповного спалювання, а в нижній частині повітропідігрівача - тепло від вихлопних газів турбіни, які поступають по повітропроводу 19 під газорозподільну решітку 16. На цій решітці формується кип'ячий шар. В зоні газифікації твердого палива (в кип'ячий шар паливо поступає по патрубку 11) проходить його газифікація, в камері неповного спалювання - його горіння, в результаті нагрівається повітря у високотемпературному повітропідігрівачі (робоче тіло ГТУ), яке поступає на ГТУ (турбіну 4) і виробляє електроенергію в електрогенераторі 6. Продукт неповного спалювання (в камері неповного спалювання подавляється процес утворення окислу азоту подачею в цю зону форсунками 14 води) піднімається вверх і направляється в циклон 15 для очищення. Гази після очищення, направляються в основну топку котельного агрегату для повного догорання, утилізації і вироблення електроенергії по звичайній схемі. Шлам після очищення в циклоні 15 направляється в зону кип'ячого шару, звідки по патрубку 12 виводиться із зони кип'ячого шару. Частина стиснутого повітря від компресора 5 по повітропроводу 26 подається до тангенціальних завихрювачів 13, що створюють закручений потік в зоні неповного спалювання. Друга частина повітря від компресора 5 ГТУ по повітропроводу 27 подасться в повітряну рубашку охолодження стінок топки кап'ячого шару. В контурі циркуляції охолоджувальної рідини (навитої по спіралі трубки навколо стінок повітропідігрівача) забезпечують зниження температури стінок високотемпературного повітропідігрівача і тим самим забезпечують його працездатність на протязі довгого часу. Таким чином, в запропонованій конструкції топки кип'ячого шару проходить газифікація твердого палива низької якості, при цьому утворюються дуже невеликі об'єми шкідливих викидів в атмосферу, продукти газифікації можуть використовува тися для виробітку електроенергії, як по схемі ГТУ, так і по схемі ПТУ, при допалюванні продуктів газифікації і самого твердого палива в основній топці котельного агрегату.