Поверхня нагріву котла

Изобретение относится к области котлостроения и другим областям техники, где надлежит осуществлять теплообмен между высокотемпературными газами и рабочим теплом энергетической или другой технологической установки. Известны поверхности нагрева котлов, содержащие трубы, расположенные в конце топочной камеры и рассчитанные на охлаждение погасших топочных газов (см., например, Л1, Л2, ЛЗ). Применению таких поверхностей сопутствуют существенные недостатки: - конструктивное решение их всегда оказывается вынужденным, т.к. место их расположения и форма строго определены характером зоны над задним экраном и конфигурацией района выходного окна топки; число рядов труб мало: не превышает 3-4, шаг расположения мал: 2-4 диаметра труб; это резко ограничивает тепловую мощность; - надежность относительно низка; - эффективность тепловой работы низка, из-за малого шага труб (малой толщины излучающего слоя газов) и расположения их в зоне погасших и предварительно охлажденных в топке газов, у которых понижены температура и степень черноты; В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана поверхность нагрева пылеугольного котла типа ТП-230-Б (см.ЛЗ), содержащая трубы, расположенные в топке, и коллекторы, включенные в контуры естественной или принудительной циркуляции. Применение таких поверхностей имеет ряд недостатков: -эффективность работы низка, так как в конце топки, где расположена эта поверхность, температура и степень черноты газов ниже, чем в зоне активного горения (т.е. в факеле между районом начала устойчивого горения и районом завершения горения), кроме того, шаг труб составляет 3-4 их диаметра, и поэтому мала толщина излучающего слоя газов, а также мощность их излучения; - массогабаритные характеристики неблагоприятны, в силу указанного выше; - будучи расположенной на выходе из топки, поверхность практически не снижает температуру ядра факела, где интенсивно образуются окислы азота, выбрасываемые в атмосферу и загрязняющие ее. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования поверхности нагрева котла путем применения труб всестороннего обогрева (ТВО), расположенных в приосевой зоне топки, чем обеспечивается улучшение технологических характеристик котла: - повышается эффективность и надежность работы, - снижается концентрация окислов азота в выбрасываемых газах, - уменьшается удельный расход активного металла под давлением на поверхности нагрева (ТВО). Поставленная задача решается тем, что поверхность нагрева котла, содержащая трубы, расположенные в топке, и коллекторы, включенные в контуры естественной или принудительной циркуляции, выполнена так, что, согласно изобретению, трубы (образующие лес ТВО) расположены в приосевой зоне топки, в объеме, ограниченном с боков поверхностями, эквидистантными боковым стенкам топки и отстоящими от них на расстоянии (15-25)% соответствующих линейных размеров поперечного сечения топки, и установлены в ряду с шагом и с расстоянием между рядами, равными (5-8, диаметрам труб. Расстояние границ леса ТВО от стен топки обусловлено по нижнему пределу (15%) геометрией проема для обслуживания ТВО, а по верхнему (25%) - уровнем тепловой эффективности леса ТВО. Шаг труб в ряду и расстояние между рядами равные (в зависимости от эмиссионных характеристик топочной среды) 5 - 8 их диаметрам оптимальны, т.к. обеспечивают наибольшую возможную интенсивность лучистой составляющей суммарного теплообмена при, одновременно, наибольшей возможной в этих условиях плотности насыщения объема леса трубами всестороннего обогрева (т.е. обеспечивают наибольшую объемную плотность восприятия теплоты в объеме леса и топки в целом). Причинно-следственная связь между совокупностью" существенных отличительных признаков и достигаемым эффектом состоит в следующем: ТВО имеют угловой коэффициент значительно больший, чем у труб фестона и как следствие эффективность тепловой работы ТВО выше, а удельный расход активного металла под давлением ниже; падающий лучистый поток существенно ниже опасного уровня, и по этой причине надежность работы ТВО выше. Лес ТВО, его конструктивное выполнение исключают возможность образования высокотемпературного ядра факела и как следствие выход окислов азота за топкой, оснащенной ТВО, значительно ниже. На фиг. 1 показан продольный разрез топки котла с предлагаемой поверхностью нагрева; на фиг. 2 горизонтальное сечение топки; на фиг. 3 - сечение леса ТВО по К-К. Устройство содержит (фиг. 1 и 2) трубы всестороннего обогрева 1, закрепленные в коллекторах 2 и6, связанных с барабаном 3 опускными трубами 4 и отводящими трубами 5. ТВО 1, закрепленные в коллекторах собирающих 2 и раздающих 6, расположены в зоне активного горения топлива в факеле. Каждая ТВО расположена в "своем" элементарном объеме топки. На фиг. 3 показаны шаг ТВО в ряду -Si, шаг рядов в лесе - S2. Число рядов ТВО выбрано с учетом обеспечения возможности их монтажа, эксплуатационного и ремонтного обслуживания С этой целью, в частности, в лесе ТВО оставлены проемы (коридоры). Описанное выше устройство работает следующим образом. Факел горящего топлива передает излучением и конвекцией теплоту лесу ТВО. Каждая из ТВО охлаждает окружающий ее элементарный объем факела (топки). Лес ТВО осуществляет объемное охлаждение активного 5 объема топки, чем превращает ее в объемно-охлаждаемую топку. Образующаяся в ТВО пароводяная смесь из труб 1 собирается в коллекторах 2, откуда по отводящим трубам 5 поступает в барабан 3. Из барабана 3 котловая вода по опускным трубам 4 поступает в раздающие коллекторы 6, а из них - в ТВО 1, где превращается в пароводяную смесь, и т.д. Преимущества предложенного устройства состоят в следующем. В топочной камере, в любом месте активного объема факела условия протекания процесса "выделение поглощение теплоты" одинаковы, благодаря тому, что каждая ТВО охлаждает окружающий ее элементарный объем факела, а лес ТВО осуществляет объемное охлаждение всего активного объема топки, обеспечивает повышение прямой отдачи топки Это обусловливает равномерность поля и относительно низкий уровень температуры топочной среды в любом сечении камеры. В силу этого, условия для образования окислов азота резко ухудшаются. Каждая из ТВО, работая всей поверхностью с высокой интенсивностью при сниженной мощности падающего теплового потока (из-за относительно малой толщины слоя излучающих газов между соседними ТВО), поэтому не испытывает термической перегрузки, при относительно высокой поверхностной плотности воспринимаемого лесом ТВО теплового потока. Топка оказывается объемно-охлаждаемой, т.е. работающей по новой высокоэффективной технологии организации рабочего процесса. В итоге улучшаются технологические характеристики топки и котла, оснащенного ею: - повышается эффективность и надежность работы, вследствие того, что исключается возможность образования высокотемпературного ядра факела, способного создавать лучистый поток опасного для поверхностей нагрева уровня мощности и генерировать окислы азота; - снижается концентрация окислов азота в газах, выбрасываемых котлом в атмосферу, вследствие снижения температуры топочной среды; - углубляется охлаждение газов в топке, увеличивается ее прямая отдача, снижается температура уходящих газов и потеря теплоты с ними, поэтому возрастает КПД котла; - уменьшается тепловое загрязнение атмосферы, вследствие снижения температуры уходящих из котла газов; - уменьшается в 2,5 - 3 раза удельный расход активного металла под давлением на ТВО (по сравнению с расходом на трубы традиционных настенных топочных радиационных экранов), вследствие повышения эффективности тепловой работы ТВО.