Парогенератор, що містить топку з циркулюючим псевдозрідженим шаром під тиском

1 Парогенератор, содержащий топку с циркулирующим псевдоожиженным слоем под давлением, состоящий из вихревой камеры сгорания, одного или нескольких сепараторов, трубопроводами присоединенных к выходу вихревой камеры сгорания, подключенных к выходу для твердых частиц каждого сепаратора охладителей псевдоожиженного слоя, выход которых соединен с вихревой камерой сгорания, обратного трубопровода, присоединенного к осадительному резервуару и открывающегося в вихревую камеру сгорания, и напорных резервуаров, охватывающих вихревую камеру сгорания, сепаратор и охладитель псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что охладитель псевдоожиженного слоя, осадительный резервуар и сепаратор объединены в один узел, размещенный в общем напорном резервуаре 2 Парогенератор по п 1, отличающийся тем, что узел, образованный из охладителя псевдоожиженного слоя, сепаратора и осадительного резервуара, подвешен в окружающем его напорном резервуаре 3 Парогенератор по пп 1 или 2, отличающийся тем, что выпускной конец охладителя псевдоожиженного слоя присоединен к обратному трубопроводу, связанному с осадительным резервуаром 4 Парогенератор по одному из пп 1-3, отличающийся тем, что пространство над осадительным резервуаром и пространство над охладителем псевдоожиженного слоя соединены с обратным трубопроводом 5 Парогенератор по одному из пп 1-4, отличающийся тем, что охладитель псевдоожиженного слоя, сепаратор, осадительный резервуар, обратный трубопровод, соединительный трубопровод и вихревая камера сгорания ограничены трубными стенками из герметично сваренных между собой труб, причем эти трубные стенки, соединенные по воде/пару последовательно, объединены в общий пароводяной контур с принудительным протоком 6 Парогенератор по п 5, отличающийся тем, что соединение трубных стенок осуществлено непосредственно без промежуточных коллекторов 7 Парогенератор по одному из пп 1-6, отличающийся тем, что трубные стенки вложены одна в другую таким образом, что трубы, по которым поток протекает сверху вниз, отделены от труб, по которым поток протекает снизу вверх 8 Парогенератор по одному из пп 1-7, отличающийся тем, что напорные резервуары соединены горизонтальными или наклонными шахтами, в которых расположены соединительный трубопровод и обратный трубопровод, причем одновременно соединительным трубопроводом и обратным трубопроводом соединены между собой трубные системы, расположенные в напорных резервуарах 9 Парогенератор по одному из пп 1-8, отличающийся тем, что в вихревую камеру сгорания открыты сопла подачи вторичного воздуха, открытые со стороны промежуточного пространства между внутренней стенкой напорного резервуара, охватывающего вихревую камеру сгорания, и трубной стенкой вихревой камеры сгорания и снабженные обратными запорными устройствами 10 Парогенератор по одному из пп 1-9, отличающийся тем, что вихревая камера сгорания, осадительный резервуар и охладитель псевдоожиженного слоя снабжены сопловыми днищами, соединенными с раздельными воздуховодами 11 Парогенератор по одному из пп 1-10, отличающийся тем, что к парогенератору присоединена газотурбинная система, компрессор которой соединен с промежуточными пространствами между напорными резервуарами и охватываемыми ими компонентами парогенератора, причем в эти промежуточные пространства перед вторичными воздушными соплами подведен вырабатываемый газотурбинной системой, предпочтительно без регулирования, создающий в нем избыточное давление, сжатый воздух О 1 00 ю ю 52587 Изобретение касается парогенератора, содержащего топку с циркулирующим псевдоожиженным слоем под давлением, состоящего из вихревой камеры сгорания, одного или нескольких сепараторов, трубопроводами присоединенных к выходу вихревой камеры сгорания, подключенных к выходу для твердых частиц каждого сепаратора охладителей псевдоожиженного слоя, выход которых соединен с вихревой камерой сгорания, обратного трубопровода, присоединенного к осадительному резервуару и впадающего в вихревую камеру сгорания, и напорных резервуаров, охватывающих вихревую камеру сгорания, сепаратор и охладитель псевдоожиженного слоя Такой парогенератор является частью комбинированной газо-паровой энергетической установки, в которой дымовые газы, вырабатываемые в вихревой камере сгорания, после очистки с температурой псевдоожиженного слоя от 800 до 1000°С подаются на газовую турбину При этом комбинированном процессе для оптимального использования энергии благоприятные параметры горения и эмиссии топки с псевдоожиженным слоем, работающей под высоким избыточным давлением, и особое распределение отбора тепла от охлаждаемого дымового газа и твердых частиц в парогенераторе могут быть связаны с режимом работы газовой турбины Наиболее близким к парогенератору, предлагаемому настоящим изобретением, является парогенератор, содержащий топку с циркулирующим псевдоожиженным слоем под давлением, известный из европейской патентной заявки ЕР-А-0 679 837 (дата подачи 06 03 1995 г, дата публикации 02 11 1995 г, бюллетень № 95/44, МПК6 F23C 11/02, F22B 31/00) В этом известном парогенераторе вихревая камера сгорания, сепаратор с осадительным резервуаром и охладитель находятся в одном общем напорном резервуаре Такое, на первый взгляд компактное, решение по сравнению с устройством, в котором названные агрегаты расположены каждый в своем резервуаре, имеет тот недостаток, что объем напорного резервуара больше, чем общий объем всех отдельных напорных резервуаров Однако, чем больше число напорных резервуаров, тем более дорогостоящей становится вся установка В основу изобретения положена задача достижения благоприятного сочетания энергетических и конструктивных параметров парогенератора путем рационального взаимного конструктивного согласования отдельных составляющих реакционно-теплообменной системы парогенератора и применения подходящих конструкционных материалов Согласно изобретению, поставленная задача решена благодаря тому, что в парогенераторе, содержащем топку с циркулирующим псевдоожиженным слоем под давлением, охладитель псевдоожиженного слоя, осадительный резервуар и сепаратор объединены в один узел, размещенный в общем напорном резервуаре Кроме того, согласно изобретению - узел, образованный из охладителя псевдоожиженного слоя, сепаратора и осадительного резервуара, подвешен в окружающем его напорном резервуаре, - выпускной конец охладителя псевдоожиженного слоя присоединен к обратному трубопроводу, связанному с осадительным резервуаром, - пространство над осадительным резервуаром и пространство над охладителем псевдоожиженного слоя соединены с обратным трубопроводом, - охладитель псевдоожиженного слоя, сепаратор, осадительный резервуар, обратный трубопровод, соединительный трубопровод и вихревая камера сгорания ограничены трубными стенками из герметично сваренных между собой труб, причем, эти трубные стенки, соединенные по воде/пару последовательно, объединены в общий паро-водяной контур с принудительным протоком, - соединение трубных стенок осуществляется непосредственно без промежуточных коллекторов, - трубные стенки вложены одна в другую таким образом, что трубы, по которым поток протекает сверху вниз, отделены от труб, по которым поток протекает снизу вверх, - напорные резервуары соединены горизонтальными или наклонными шахтами, в которых расположены соединительный трубопровод и обратный трубопровод, причем одновременно соединительным трубопроводом и обратным трубопроводом соединены между собой трубные системы, расположенные в напорных резервуарах, - в вихревую камеру сгорания впадают сопла подачи вторичного воздуха, открытые со стороны промежуточного пространства между внутренней стенкой напорного резервуара, охватывающего вихревую камеру сгорания, и трубной стенкой вихревой камеры сгорания и снабженные обратными запорными устройствами, - вихревая камера сгорания, осадительный резервуар и охладитель псевдоожиженного слоя снабжены сопловыми днищами, соединенными с раздельными воздуховодами, - к парогенератору присоединена газотурбинная система, компрессор которой соединен с промежуточными пространствами между напорными резервуарами и охватываемыми ими компонентами парогенератора, причем, в это промежуточное пространство подведен вырабатываемый газотурбинной системой, предпочтительно без регулирования создающий в нем избыточное давление, сжатый воздух Результатом применения изобретения является установка со сравнительно низкой потребностью в пространстве и материалах Кроме того, на этапе конструирования независимо друг от друга учитываются характеристики дающей минимум вредных веществ реакции сгорания, включая неизбежные допуски, независимо от индивидуально 52587 различных характеристик отвода твердых частиц и теплообмена с также неизбежными допусками, в результате чего получается особенно гибкая, стабильная в широком диапазоне нагрузок и работающая с любыми парогенераторами установка Следующим преимуществом является благоприятное использование экстремальных параметров пара путем применения высоколегированных материалов в зоне замедленной подачи тепла в сочетании с крайне малым количеством материала При этом больше не существуют достижимые в настоящее время в парогенераторах обычной конструкции с различными видами топлива границы, определяемые статической нагрузочной способностью ограждающих трубчатых стенок и спецификацией материалов, из которых они выполнены Пример осуществления изобретения приведен на чертеже и ниже поясняется подробнее На чертеже схематически изображен парогенератор, содержащий топку с циркулирующим псевдоожиженным слоем под давлением Из всей комбинированной газо-паровой энергетической установки показан лишь парогенератор Этот парогенератор нагревается топкой с циркулирующим псевдоожиженным слоем и содержит вихревую камеру 1 сгорания Вихревая камера 1 сгорания ограничена трубчатыми стенками 2, выполненными из труб, герметично сваренных одна с другой Поперечное сечение вихревой камеры 1 сгорания в нижней части на двух противоположных стенках, не видных на чертеже, конически вытянуто книзу Трубчатые стенки 2 вихревой камеры 1 сгорания в нижней, сильно нагруженной твердыми частицами, части имеют керамическую облицовку, позволяющую избежать износа труб Однако, с целью защиты от износа твердыми частицами может быть предусмотрена керамическая облицовка, имеющая хорошую теплопроводность, и в верхней, менее нагруженной твердыми частицами, части камеры 1 Внутри вихревой камеры 1 сгорания теплообменные поверхности отсутствуют Снизу камера 1 закрыта сопловым днищем 3 К верхней части вихревой камеры 1 сгорания присоединена одна или несколько соединительных труб 4, ведущих к циклонному сепаратору 5 Верхняя часть сепаратора 5 погружной трубой б соединена с не показанными фильтром горячего газа и газотурбинной установкой Выход сепаратора 5 соединен со снабженным сопловым днищем 7 осадительным резервуаром 8, работающим по принципу сифона и в качестве обратного клапана для твердых частиц препятствующим короткому замыканию по дымовому газу между вихревой камерой 1 сгорания и сепаратором 5 Открытая сторона осадительного резервуара 8 снабжена перепускным затвором 9 и связана с трубой 10 обратной подачи Труба 10 соединена с вихревой камерой 1 сгорания Осадительный резервуар 8 снабжен перекрываемым регулятором II отверстием для отвода части главного обратного потока твердых частиц Регулятор 11 может состоять из приводимого снаружи вентиля в форме острия, имеющего керамическую или металлическую износо- и теплозащи ту Может быть применен также перепуск с затвором, который имеет пневматический привод от дутьевого воздуха и перепускная кромка которого расположена либо горизонтально, либо наклонно При этом может применяться непрерывное, ударное или импульсное регулирование потока воздуха Высота перепускной кромки по отношению к высоте перепуска осадительного резервуара 8 может быть фиксированной либо регулируемой Под осадительным резервуаром 8 находится охладитель 12 псевдоожиженного слоя Охладитель 12 псевдоожиженного слоя содержит несколько камер 13, разделенных 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 вдувается воздух для "ожижения" слоя твердых частиц Сопловые днища 16 камер 13 могут быть запитаны дутьевым воздухом из того же, или из отдельного источника В приведенном примере осуществления камеры 13 расположены рядом друг с другом При значительных мощностях камеры 13 могут быть расположены друг над другом Поток твердых частиц может быть направлен через камеры 13 сверху вниз или снизу вверх Камеры 13 изображенного охладителя 12 псевдоожиженного слоя соединены между собой отверстием 17 в разделительной стенке 14 ниже теплообменных секций 15 Таким образом создается нисходящий поток в камере 13, которая первой загружается твердыми частицами, а в камере 13, которая загружается твердыми частицами позже восходящий поток Имеется также возможность путем соответствующего выбора высоты затвора в разделительной стенке 14 между камерами 13 подводить поток твердых частиц сверху вниз, а дополнительный поток - непосредственно в камеру 13, присоединенную после нее Выход включенной последней по потоку твердых частиц камеры 13 охладителя 12 соединен с обратным трубопроводом 10 Сепаратор 5, осадительный резервуар 8, охладитель 12 псевдоожиженного слоя, соединительный трубопровод 4 и обратный трубопровод 10 ограничены герметично сваренными между собой трубами Трубчатые стенки 2 сформованы из плоских трубных досок и образуют многоугольник, причем, наименьшее число углов может быть равно 4 Трубчатые стенки могут быть стянуты подходящим бандажом для предотвращения недопустимых деформаций Для выравнивания высокого противодавления газовой турбины отдельные компоненты парогенератора помещены в раздельные напорные резервуары, оси которых ориентированы, предпочтительно, вертикально Первый напорный резервуар 18 охватывает вихревую камеру 1 сгорания Следующий напорный резервуар 19 охватывает сепаратор 5 с находящимися под ним осадительным резервуаром 8 и охладителем 12 псевдоожиженного слоя Сепаратор 5, осадительный резервуар 8 и охладитель 12 объединены в один узел, подвешенный в напорном резервуаре 19 с помощью анкеров 20 52587 Цилиндрические напорные резервуары 18, 19 соединены между собой цилиндрическими шахтами 21, 22, оси которых ориентированы горизонтально или наклонно Внутри этих шахт 21, 22 расположены соединительные трубопроводы 4 и обратные трубопроводы 10 для транспортирования жидких и твердых веществ от вихревой камеры 1 сгорания к другим компонентам и обратно Одновременно эти трубопроводы 4, 10 образуют соединение между трубными системами, расположенными в отдельных напорных резервуарах 18, 19 К напорному резервуару 18 подведен пневмотрубопровод 23, а к сопловым днищам 3, 7 и 16 подведены пневмотрубопроводы 24, 25 и 26 соответственно, оснащенные регулирующими вентилями 27 Кроме того, в камеру 1 сгорания вмонтированы воздушные дюзы 28, открытые со стороны промежуточного пространства и снабженные не показанным обратным запорным устройством Парогенератор работает следующим образом В вихревую камеру 1 сгорания в качестве топлива подводится уголь Через трубопровод 24 подается находящийся под давлением воздух в качестве средства ожижения слоя топлива и первичного воздуха сгорания Этот воздух поступает в камеру 1 через сопловое днище 3, сжигает уголь и образует циркулирующий псевдоожиженный слой Образующаяся в камере 1 в процессе ожижения и сгорания смесь твердых частиц и дымового газа выходит из камеры 1 по соединительному трубопроводу 4 и подается на сепаратор 5 Здесь твердые частицы и дымовой газ разделяются, и дымовой газ по трубе 6 выводится на турбину Твердые частицы - а это пепел и еще не сгоревший уголь - попадают в осадительный резервуар 8 и, в зависимости от положения регулирующего органа 11, по обратному трубопроводу 10 возвращаются в камеру 1 сгорания или передаются в охладитель 12 Выход включенной последней по потоку твердых частиц камеры 13 охладителя 12 соединен с обратным трубопроводом 10 Таким образом, твердые частицы, 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 Твердые частицы, транспортируемые из камеры 1 в сепаратор 5, используются в качестве теплоносителя, от которого в теплообменных секциях 15 охладителя 12 псевдоожиженного слоя с помощью сжижающего воздуха, являющегося частью дутьевого воздуха, отбирается тепло При этом твердые частицы развивают высокую теплопередающую способность, благодаря чему малейшими теплопередающими поверхностями переносится большое количество тепла Охлажденный таким образом поток твердых частиц после отдачи тепла полностью или частично смешивается с неохлажденным обратным потоком 8 твердых частиц и возвращается в вихревую камеру 1 сгорания Промежуточное пространство между напорными резервуарами 18, 19 и расположенными в них, окруженными герметичными трубчатыми стенками, компонентами удерживается под небольшим избыточным давлением по сравнению с рабочим давлением газа внутри этих компонент Избыточное давление создается путем подачи запирающего воздуха в промежуточное пространство от газотурбинного компрессора через снабженный регулирующим вентилем 27 воздухопровод 23 Одновременно запирающий воздух служит в качестве вторичного воздуха для топки с псевдоожиженным слоем Для этой цели предусмотрены вторичные воздушные дюзы 28, проникающие сквозь трубчатые стенки 2 верхней части вихревой камеры 1 сгорания Через эти вторичные воздушные дюзы 28 избыточное давление устанавливается, предпочтительно, с саморегулированием, в зависимости от динамического сопротивления вихревой камеры 1 В исключительном случае избыточное давление может устанавливаться с помощью регулирующего устройства Остальные воздушные потоки, такие как первичный и сжижающий для вихревой камеры 1 сгорания и ожижающий поток воздуха для осадительного резервуара 8 и охладителя 12 псевдоожиженного слоя, подаются принудительно по раздельным воздуховодам 24, 25, 26 к отдельным сопловым днищам 3, 7, 16 В трубы трубных стенок 2 и теплообменных секций 15 подается вода, которая отбирает тепло, высвобождающееся при сгорании в камере 1 и охлаждении нагретых при сгорании твердых частиц, испаряется и перегревается Трубы отдельных трубных стенок по воде и пару включены друг за другом и объединены в общий пароводяной контур Движение в этом пароводяном контуре осуществляется принудительно по принципу Бенсона (Benson) Последовательное включение в пароводяном контуре осуществлено таким образом, что сначала поток проходит трубные стенки охладителя 12 и относящегося к нему сепаратора 5 с осадительным резервуаром 8, а затем - без промежуточного коллектора - соединительный трубопровод 4 и находящийся втом же напорном резервуаре 19 обратный трубопровод 10 Таким образом, пароводяная смесь подается трубной системой в вихревую камеру 1 сгорания без дополнительных соединительных трубопроводов К образующей многократные восходящие и нисходящие потоки трубной системе вихревой камеры 1 сгорания присоединена в обратной последовательности вторая группа "охладитель-сепаратор" За ней следуют теплообменные секции 15 охладителя 12, используемые в качестве дальнейших испарителей и перегревателей Водяной подогреватель (экономайзер) размещен в котле-утилизаторе, включенном после газовой турбины 52587 10 -їй - ІЗ і? IG г '""№ Фиг. TOB "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 27