RU2698173C1

RU2698173C1 - Forced fluidized bed boiler

Info

Publication number: RU2698173C1
Application number: RU2018120853A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Пузырёв; Федор Васильевич Щербаков; Вадим Алексеевич Голубев; Михаил Евгеньевич Пузырев
Original assignee: Евгений Михайлович Пузырёв
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-08-22

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to forcing fluidized bed (FFB) boilers. Boiler of forcing fluidized bed has fuel supply path, secondary blowing nozzles, system of return of flue formed by walls and limited from below by air distribution grate, connected to primary blowing path, forced fluidized bed reactor above which there is a furnace volume formed by screens, having larger cross-section area than reactor and connected to at least one convective gas duct of boiler. Furnace volume is made with expansion mainly along longitudinal symmetry axis of the boiler due to located at the bottom inclined section of screen and has at least two groups of secondary blowing nozzles, configured to deflect jets in vertical plane, installed at different height and located on opposite screens, wherein lower nozzles of secondary blowing are directed to inclined section of screen.

EFFECT: invention is aimed at deep and efficient control of steam superheat temperature.

10 cl, 5 dwg

Description

Изобретение касается котлов для экономичного, экологически эффективного, универсального по кругу применяемых топлив, низкотемпературного сжигания в форсированном кипящем слое. Устройство может использоваться для создания новых или реконструкции установленных котлов и при их переводе на нерасчетное топливо.The invention relates to boilers for economical, environmentally efficient, universal in terms of used fuels, low-temperature combustion in a forced fluidized bed. The device can be used to create new or reconstruct installed boilers and when transferring them to non-calculated fuel.

На сегодня в энергетике и промышленной энергетике достаточно часто стали использоваться котлы кипящего слоя. Наиболее эффективны из них котлы со сжиганием дробленого топлива в низкотемпературном форсированном кипящем слое (ФКС), так как для охлаждения ФКС в них не требуется погруженных поверхностей нагрева. Топочный процесс характеризуется как сжигание в сильно возбужденном псевдоожиженном слое, т.е. в кипящем слое, который не имеет явно выраженной верхней границы (F23C 101/00).Today, fluidized bed boilers have often been used in power engineering and industrial power engineering. The most effective of them are boilers with the combustion of crushed fuel in a low-temperature forced fluidized bed (FCC), since for cooling the FCC they do not require immersed heating surfaces. The combustion process is characterized as burning in a highly excited fluidized bed, i.e. in a fluidized bed that does not have a pronounced upper boundary (F23C 101/00).

Примером устройства, действующего по такому принципу, является топка с реактором ФКС [1. Патент ПМ РФ №142005]. Она содержит образованный стенами реактор ФКС с колпачковой воздухораспределительной решеткой, примыкающей снизу к вертикальной топочной камере, воздушный короб с патрубками для подвода воздуха, присоединенный к воздухораспределительной решетке, тракт подачи топлива, сопла вторичного дутья, устройства розжига слоя и вывода шлака. Площадь воздухораспределительной решетки реактора ФКС выполнена меньшей по отношению к площади сечения топочной камеры, под которой он расположен, и этим обеспечивается гравитационная сепарация и возврат потока частиц, выносимых из ФКС.An example of a device operating according to this principle is a furnace with a FCC reactor [1. Patent PM of the Russian Federation No. 142005]. It contains the walls formed by the FCS reactor with a cap air distribution grill adjacent to the vertical combustion chamber from below, an air box with air supply nozzles connected to the air distribution grill, a fuel supply path, secondary blast nozzles, a layer ignition device and slag outlet. The area of the air distribution grill of the FCC reactor is made smaller with respect to the cross-sectional area of the combustion chamber under which it is located, and this ensures gravitational separation and return of the flow of particles carried out from the FCC.

Недостатком устройства является то, что в нем не рассматривается работа топочного объема над ФКС, и хотя оно и предназначено для использования в промышленных и энергетических котлах, но оно не связано с собственно котлом, что не позволяет использовать его для создания новых или реконструкции установленных котлов, универсальных по кругу применяемых топлив, обеспечивающих экономичное и экологически чистое сжигание.The disadvantage of this device is that it does not consider the work of the furnace volume on the FCC, and although it is intended for use in industrial and energy boilers, it is not connected to the boiler itself, which does not allow it to be used to create new or reconstruct installed boilers, universal in terms of fuel used, providing economical and environmentally friendly combustion.

Известен более эффективный, выбранный в качестве прототипа котел ФКС [2. Патент РФ №2217658], имеющий тракт подачи топлива, сопла вторичного дутья, систему возврата уноса, образованный стенами, ограниченный снизу воздухораспределительной решеткой, подключенной к тракту подачи первичного дутья, реактор форсированного кипящего слоя, над которым установлен выполненный зигзагообразным топочный объем, образованный экранами, и выполненный с большей площадью поперечного сечения, чем реактор, подключенный к конвективному газоходу котла, причем топочный объем выполнен с образованием по крайней мере одного участка набегания потока и одной застойной зоны под ним. При работе котла топливо сжигается в ФКС в потоке первичного дутья и в надслоевом объеме в потоке вторичного дутья, подаваемом из участков набегания потока через сопла вторичного дутья в сторону застойных зон тангенциально к условному телу вращения вихря. При этом в надслоевом объеме формируется зигзагообразный поток и заполненное частицами вихревое течение, способствующее интенсивному перемешиванию, эффективному теплообмену с экранами и удержанию в топке частиц, вынесенных из кипящего слоя. Горение и топочные процессы равномерно распространяются во всем объеме топки, обеспечивая топочный процесс со ступенчатой подачей дутья.Known more efficient, selected as a prototype boiler FCC [2. RF patent No. 2217658], having a fuel supply path, secondary blast nozzles, an ablation return system formed by walls, bounded below by an air distribution grid connected to the primary blast supply path, a forced fluidized bed reactor over which a zigzag-shaped combustion volume formed by shields is installed, and made with a larger cross-sectional area than the reactor connected to the convective gas duct of the boiler, and the furnace volume is made with the formation of at least one section on Egan stream and a dead space underneath. During the operation of the boiler, fuel is burned in the FCC in the primary blast stream and in the superlayer volume in the secondary blast stream supplied from the sections of the flow through the secondary blast nozzles towards the stagnant zones tangentially to the conditional body of rotation of the vortex. In this case, a zigzag flow and a vortex flow filled with particles are formed in the superlayer volume, which contributes to intensive mixing, efficient heat transfer with screens and retention of particles removed from the fluidized bed in the furnace. Combustion and furnace processes are evenly distributed throughout the entire volume of the furnace, providing a furnace process with a step feed of blast.

Недостатком этого устройства является то, что топочные процессы не связаны с работой собственно котла, а конструкция зигзагообразного топочного объема сложна в производстве. Это устройство также не вписывается в профили камерных топок наиболее распространенных существующих типовых котлов с П-образной, Т-образной компоновкой [3. Ковалев А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы. М.: Энергоатомиздат, 1985. Рис. 17.1], и оно непригодно для их реконструкции. В прототипе [2. Патент РФ №2217658] также не предусмотрены меры по экономичному регулированию перегрева пара, например, за счет рециркуляции дымовых газов [4. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М: Энергия, 1977, стр. 189, рис. 5-8]. В итоге это не позволяет использовать прототип для создания новых или реконструкции установленных котлов, универсальных по кругу применяемых топлив, обеспечивающих экономичное и экологически эффективное сжигание.The disadvantage of this device is that the furnace processes are not related to the operation of the boiler itself, and the design of the zigzag furnace volume is difficult to manufacture. This device also does not fit into the profiles of chamber furnaces of the most common existing standard boilers with a U-shaped, T-shaped layout [3. Kovalev A.P., Leleev N.S., Vilensky T.V. Steam generators. M .: Energoatomizdat, 1985. Fig. 17.1], and it is unsuitable for their reconstruction. In the prototype [2. RF patent No. 2217658] also does not provide measures for the economic regulation of steam overheating, for example, due to flue gas recirculation [4. Roddatis K.F. Boiler installations. M: Energy, 1977, p. 189, fig. 5-8]. As a result, this does not allow the use of a prototype to create new or reconstruct installed boilers that are universal in terms of the range of fuels used, providing cost-effective and environmentally efficient combustion.

Целью изобретения и решаемой технической задачей является разработка устройства, пригодного для реконструкции установленных и создания новых котлов ФКС, универсальных по кругу применяемых топлив, имеющих повышенные экономические и экологические характеристики, а также глубокое и эффективное регулирование температуры перегрева пара.The aim of the invention and the technical problem to be solved is the development of a device suitable for reconstructing installed and creating new FCC boilers, universal in terms of the range of fuels used, having improved economic and environmental characteristics, as well as deep and efficient control of the superheat temperature of steam.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в том, что в известном котле ФКС, который имеет тракт подачи топлива, сопла вторичного дутья, систему возврата уноса, образованный стенами и ограниченный снизу воздухораспределительной решеткой, подключенной к тракту подачи первичного дутья, реактор ФКС, над которым установлен топочный объем, образованный экранами и выполненный с большей площадью поперечного сечения, чем реактор ФКС, подключенный вверху к по меньшей мере одному конвективному газоходу котла, по изобретению предлагается топочный объем выполнить с расширением преимущественно вдоль продольной оси симметрии котла за счет расположенного внизу наклонного участка экрана и установить в нем на разной высоте расположенные на противоположных экранах по меньшей мере две группы сопел вторичного дутья, выполненных с возможностью отклонения струй в вертикальной плоскости, причем нижние сопла вторичного дутья предлагается направить на наклонный участок экрана.The technical result that ensures the solution of the problem lies in the fact that in the well-known FCS boiler, which has a fuel supply path, secondary blast nozzles, an ablation return system formed by walls and bounded below by an air distribution grid connected to the primary blast supply path, the FCC reactor, above which there is a furnace volume formed by screens and made with a larger cross-sectional area than the FCC reactor, connected at the top to at least one convective gas duct of the boiler, according to the invention it is proposed that the furnace volume be expanded with expansion mainly along the longitudinal axis of symmetry of the boiler due to the inclined screen portion located at the bottom and at least two groups of secondary blast nozzles arranged on opposite screens located at different heights that are capable of deflecting jets in a vertical plane, moreover, the lower nozzles of the secondary blast are proposed to be directed to an inclined portion of the screen.

Предлагаемое последовательное соединение реактора ФКС, топочного объема и конвективного газохода при выполнении топочного объема с расширением преимущественно вдоль продольной оси симметрии котла согласуется с типовыми П-образной, Т-образной их компоновками. Это обеспечивает не только возможность применения предлагаемого устройства для создания новых, но и для простой реконструкции существующих котлов с установкой в них реактора ФКС.The proposed serial connection of the FCC reactor, the furnace volume and the convective gas duct when performing the furnace volume with expansion mainly along the longitudinal axis of symmetry of the boiler is consistent with their typical U-shaped, T-shaped layouts. This provides not only the possibility of using the proposed device to create new, but also for simple reconstruction of existing boilers with the installation of the FCC reactor in them.

При этом установка на разной высоте расположенных на противоположных экранах групп сопел вторичного дутья, причем не только двух, но трех и более за счет воздействия встречно направленных импульсов струй на восходящий из ФКС поток формирует зигзагообразное течение и ступенчатый подвод кислорода. Это обеспечивает хорошее заполнение потоком, активные топочные процессы, сепарацию частиц при разворотах и низкую эмиссию оксидов азота в топочном объеме.Moreover, the installation at different heights of the groups of nozzles of the secondary blast located on opposite screens, and not only two, but three or more, due to the action of counterpropagating jets pulses on the flow ascending from the PCF, forms a zigzag flow and stepwise oxygen supply. This ensures good flow filling, active firing processes, particle separation during turns and low emission of nitrogen oxides in the flue volume.

Так как нижние сопла вторичного дутья первоначально направляют восходящий из реактора ФКС поток в сторону наклонного участка экрана, то над ним выпадает основная масса вынесенных из ФКС частиц. Поток этих раскаленных частиц стекает по наклонному участку экрана обратно в ФКС и обеспечивает не только наиболее высокий теплосъем этой части экрана и низкотемпературный режим работы ФКС, но и за счет увлечения частицами потока газов формирует над наклонным участком экрана горящий вихрь.Since the lower nozzles of the secondary blast initially direct the upward flow from the FCC reactor toward the inclined portion of the screen, the bulk of the particles removed from the FCC falls above it. The flow of these hot particles flows down the inclined part of the screen back to the FCC and provides not only the highest heat removal of this part of the screen and the low-temperature operating mode of the FCC, but also due to the entrainment by the particles of the gas flow, forms a burning vortex over the inclined section of the screen.

Отклонение струй вторичного дутья с помощью лопаток или поворота сопел в вертикальной плоскости позволяет изменять места подвода кислорода и воздействия импульсов струй по высоте, дает возможность глубокого управления топочными процессами. Такое управление выгоранием обеспечивает контроль температуры перегрева пара, что необходимо из-за перехода на низкотемпературный режим работы, особенно при реконструкции котлов. Это также уменьшает влияние свойств топлив, что важно при переводе котлов на нерасчетные топлива, обеспечивая экономию средств на их закупку.The deviation of the secondary blast jets with the help of blades or the rotation of the nozzles in a vertical plane allows you to change the places of oxygen supply and the impact of the jets of the jets in height, makes it possible to deeply control combustion processes. This burnup control provides control of the superheat temperature of the steam, which is necessary due to the transition to a low-temperature mode of operation, especially during the reconstruction of boilers. It also reduces the influence of the properties of fuels, which is important when transferring boilers to off-design fuels, saving money on their purchase.

Дополнительно предлагаемая в п. 2 установка сопел вторичного дутья в аэродинамических выступах и особенно расположение верхнего аэродинамического выступ под входом в конвективный газоход позволяет еще сильнее влиять на аэродинамическую обстановку в топочном объеме и конвективном газоходе и соответственно на топочные процессы в них.Additionally, the installation of secondary blast nozzles in aerodynamic protrusions proposed in Section 2, and especially the location of the upper aerodynamic protrusion at the entrance to the convective gas duct, makes it possible to further influence the aerodynamic situation in the furnace volume and convective gas duct and, accordingly, on the furnace processes in them.

Предлагаемое в п. 3 подключение к соплам вторичного дутья тракта рециркуляции и подмешивание дымовых газов замедляет горение и теплосъем внизу, увеличивает вынос тепла, частиц и теплосъем вверху. За счет роста скорости газовых потоков обеспечивается дополнительный контроль эмиссии вредных выбросов, температуры перегрева пара, а усиление воздействия вторичного дутья на аэродинамику уменьшает влияние свойств топлив на процессы и улучшает регулирование перегрева пара.The connection to the secondary blast nozzles of the recirculation path and mixing of flue gases, proposed in Section 3, slows down combustion and heat removal at the bottom, increases the removal of heat, particles, and heat removal at the top. Due to the increase in gas flow rates, additional control of emissions of harmful emissions, steam superheat temperature is provided, and the increased effect of secondary blasting on aerodynamics reduces the influence of fuel properties on processes and improves regulation of steam superheat.

Дополнительно предлагаемое в п. 4 и 5 расположение реактора ФКС у фронтового или заднего экрана особенно удобно при выполнении реконструкции П-образных котлов путем замены соответственно фронтового или заднего наклонного участка холодной воронки вертикальным с пристыковкой к нему снизу реактора ФКС. При этом установка параллельно продольной оси котла одного и более двусветных экранов, п. 6, позволяет значительно, в 1,5раза и более, увеличить поверхность теплосъема и дает возможность реконструировать котлы с малой площадью экранов, например. На низкотемпературное сжигание угля можно переводить котлы с удалением шлака в жидком виде или газомазутные котлы.Additionally, the location of the FCC reactor at the front or rear screen, proposed in paragraphs 4 and 5, is especially convenient when reconstructing U-shaped boilers by replacing the front or rear inclined section of the cold funnel, respectively, with a vertical one and docked to it from the bottom of the FCC reactor. At the same time, installing parallel to the longitudinal axis of the boiler one or more double-deck screens, p. 6, allows significantly, 1.5 times or more, to increase the heat removal surface and makes it possible to reconstruct boilers with a small screen area, for example. It is possible to transfer boilers with liquid slag removal or gas-oil boilers to low-temperature coal combustion.

Дополнительное, предлагаемое в п. 7 двухстороннее расширение топочного объема вдоль продольной оси симметрии котла за счет наклонного участка правого и левого экранов рекомендуется для котлов с Т-образным типом компоновки, характерной для мощных энергетических котлов. Это существенно упрощает реконструкцию таких котлов на сжигание топлива в ФКС. При этом топочный объем по глубине разделен условно на несколько слоев, и расположение групп сопел вторичного дутья в этих слоях выполнено послойно зеркальным: например, в нечетных слоях сопла нижнего дутья справа от реактора ФКС, а в четных слоях - слева. Такая схема обеспечивает как заполнение топочного объема активными топочными процессами, так и симметричную аэродинамическую картину двухстороннего выхода потоков в правый и левый конвективные газоходы котла. Следует отметить, что принцип использованного здесь технического решения известен [5. Хзмалян Д.М., Коган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия. 1976. С. 438-443. рис. 20-10 - рис. 20-13.], как "Топка с встречно - смещенными струями", и его эффективность достаточно высока.The additional, proposed in paragraph 7, bilateral expansion of the furnace volume along the longitudinal axis of symmetry of the boiler due to the inclined section of the right and left screens is recommended for boilers with a T-shaped type of layout, typical for high-power energy boilers. This greatly simplifies the reconstruction of such boilers for fuel combustion in the FCC. In this case, the furnace volume in depth is conditionally divided into several layers, and the arrangement of the groups of secondary blast nozzles in these layers is made layer-by-mirror: for example, in the odd layers of the lower blast nozzle to the right of the FCC reactor, and in even layers to the left. Such a scheme provides both filling the furnace volume with active furnace processes and a symmetric aerodynamic picture of the two-way exit of flows into the right and left convective gas ducts of the boiler. It should be noted that the principle of the technical solution used here is known [5. Khzmalyan D.M., Kogan Y.A. Theory of combustion and combustion devices. M .: Energy. 1976, p. 438-443. fig. 20-10 - Fig. 20-13.], As a "Fire chamber with counter-shifted jets", and its efficiency is quite high.

В другом варианте, п. 8, для мощных и поэтому имеющих широкую топку энергетических котлов с Т-образной компоновкой предлагается установить в топочном объеме в поперечной плоскости симметрии котла двусветный экран и разделить котел с Т-образной компоновкой на два примыкающих к двусветному экрану рассмотренных выше котла с П-образной компоновкой. Это позволяет значительно, до 1,5-1,7 раз, увеличить поверхность теплосъема и реконструировать на низкотемпературное сжигание угля действующие Т-образные котлы с малой площадью теплосъема, например, шлакующиеся котлы, или переводить котлы на шлакующие местные угли.In another version, p. 8, for powerful and therefore wide-burning power boilers with a T-shaped layout, it is proposed to install a double-screen in the furnace volume in the transverse plane of symmetry of the boiler and divide the boiler with a T-shaped layout into two adjacent to the double-screen screen considered above U-shaped boiler. This allows you to significantly, up to 1.5-1.7 times, increase the heat removal surface and reconstruct existing T-shaped boilers with a small heat removal area for low-temperature coal combustion, for example, slag boilers, or transfer boilers to slag local coals.

Положительный эффект от циркуляции частиц на наклонном участке экрана предлагается дополнительно усилить, п. 9, за счет использования их тепла в вынесенных теплообменниках для независимого от характеристик топлива и экономичного контроля температуры перегрева пара. Регулируя проток частиц через вынесенный теплообменник с трубами экономайзера можно управлять паропроизводительностью котла. Аналогично вынесенный теплообменник с трубами пароперегревателя позволяет контролировать температуру перегрева пара.The positive effect of the circulation of particles on an inclined portion of the screen is proposed to be further strengthened, p. 9, by using their heat in remote heat exchangers to independent of the characteristics of the fuel and to economically control the temperature of the superheat of steam. By regulating the flow of particles through a remote heat exchanger with economizer tubes, the boiler's steam production can be controlled. Similarly, a remote heat exchanger with superheater pipes allows you to control the temperature of the superheat of steam.

Применение отбора вынесенных из ФКС горячих частиц, п. 10, для термоконтактной обработки топлива и подачи в ФКС сухого угля или коксо-зольного остатка, свойства которых почти не зависят от характеристик исходного угля, позволяет не только уменьшить объем дымовых газов и соответственно размеры газоходов котла, но и создать универсальные котлы, работающие на любых топливах и горючих отходах. Это экономичные котлы, так как при разомкнутой термоконтактной сушке пары влаги топлива конденсируются с полезным использованием теплоты. При пиролизе топлива выделенные продукты пиролиза или синтез газ направляются для использования с более высоким экономическим эффектом внешнему потребителю. В обоих случаях, сушки или пиролиза, расход дымовых газов и соответственно тепловые потери и габариты котла уменьшаются, а эффективность использования топлива и экономичность повышаются.The use of the selection of hot particles removed from the FCC, Section 10, for thermal contact processing of fuel and supplying dry coal or coke-ash residue to the FCC, whose properties are almost independent of the characteristics of the initial coal, allows not only to reduce the volume of flue gases and, accordingly, the size of the boiler flues , but also to create universal boilers that run on any fuel and combustible waste. These are economical boilers, since when the thermocontact drying is open, the moisture vapor of the fuel condenses with the beneficial use of heat. During fuel pyrolysis, the separated pyrolysis products or synthesis gas are sent for use with a higher economic effect to an external consumer. In both cases, drying or pyrolysis, the consumption of flue gases and, accordingly, the heat loss and the dimensions of the boiler are reduced, and fuel efficiency and efficiency are increased.

Изобретение иллюстрируется вертикальными продольными разрезами предлагаемого котла ФКС в некоторых вариантах исполнения:The invention is illustrated by vertical longitudinal sections of the proposed boiler FKS in some versions:

- котел с П-образной компоновкой, реактор ФКС у фронтовой стенки, фиг. 1;- a boiler with a U-shaped arrangement, the FCC reactor at the front wall, FIG. one;

- котел с П-образной компоновкой, реактор ФКС у задней стенки, фиг. 1;- a boiler with a U-shaped arrangement, the FCC reactor at the rear wall, FIG. one;

- котел с Т-образной компоновкой, топка с двусветным экраном, фиг. 3;- a boiler with a T-shaped layout, a double-screen firebox, FIG. 3;

- типовой котел с Т-образной компоновкой (без двусветного экрана), фиг. 4;- a typical boiler with a T-shaped layout (without a double screen), FIG. four;

- типовой котел с Т-образной компоновкой, план - разрез А-А, фиг. 5.- a typical boiler with a T-shaped layout, plan - section AA, FIG. five.

Котел ФКС 1, фиг. 1-5, имеет тракт подачи топлива 2, тракты подачи вторичного дутья 3, систему возврата уноса 4, реактор ФКС 5, образованный вертикальными или установленными с небольшим расширением вверх стенами 6. Стены 6 могут быть выполнены обмуровкой или экранами, защищенными износостойкими накладками 7. Снизу реактор ФКС 5 ограничен воздухораспределительной решеткой 8, к которой подключены система растопки 9, система вывода слоя 10 и тракт подачи первичного дутья 11. Собственно ФКС 12 представлен частицами золы с малой долей частиц топлива, например, для бурых углей менее одного процента, и заполняет не только реактор ФКС 5, но выносится газообразными продуктами горения и распространяется в выделенный экранами 13 топочный объем 14.FCC boiler 1, FIG. 1-5, has a fuel supply path 2, secondary blast supply paths 3, an ablation return system 4, an FCC reactor 5 formed by walls 6 installed vertically or installed with a slight expansion upwards. Walls 6 can be made with lining or shields protected by wear-resistant plates 7. From below, the FCC 5 reactor is limited by an air distribution grill 8, to which a kindling system 9, an output system of the layer 10, and a primary blast feed path 11 are connected. Actually, the FCC 12 is represented by ash particles with a small fraction of fuel particles, for example, for brown glue is less than one percent, and fills not only the FCC 5 reactor, but is carried out by gaseous combustion products and spreads into the furnace volume 14 highlighted by screens 13.

Топочный объем 14 выполнен с большей площадью поперечного сечения, чем реактор ФКС 5 за счет расположенного внизу наклонного участка 15 экрана. Реактор ФКС 6 и топочный объем 14 последовательно подключены далее к конвективному газоходу 16 с пароперегревателем 17 и другими поверхностями нагрева 18, которые установлены по ходу продуктов сгорания вдоль продольной оси котла ФКС 1, формируя его П-образную компоновку.The furnace volume 14 is made with a larger cross-sectional area than the FCC reactor 5 due to the inclined screen portion 15 located below. The FCC reactor 6 and the furnace volume 14 are subsequently connected further to the convective gas duct 16 with a superheater 17 and other heating surfaces 18, which are installed along the combustion products along the longitudinal axis of the FCC boiler 1, forming its U-shaped arrangement.

На стенах и экранах 13 или в установленных на них аэродинамических выступах 19 расположены верхние сопла 20 и нижние сопла 21 вторичного дутья, подключенные к трактам подачи вторичного дутья 3 и тракту рециркуляции 22 дымовых газов. Нижние сопла 21 вторичного дутья направлены на наклонный участок 15 экрана, а верхние сопла 20 вторичного дутья, причем их может быть несколько групп, направлены взаимно встречно и расположены выше на противоположных экранах. Воздействуя импульсами струй, они создают зигзагообразную траекторию течения 23. Кроме того, над наклонным участком 15 экрана формируется заполненный частицами горящий вихрь 24. Сопла вторичного дутья выполнены с возможностью отклонения струй в вертикальной плоскости за счет поворота собственно сопел 20 и 21 вторичного дутья или за счет поворота отклоняющих лопаток 25 в вертикальной плоскости, и это позволяет управлять траекторией течения 23 и работой горящего вихря 24.On the walls and screens 13 or in the aerodynamic protrusions 19 mounted on them, there are upper nozzles 20 and lower nozzles 21 of the secondary blast connected to the secondary blast supply paths 3 and the flue gas recirculation path 22. The lower nozzles 21 of the secondary blast are directed to the inclined portion 15 of the screen, and the upper nozzles 20 of the secondary blast, and there may be several groups, are directed in the opposite direction and are located higher on the opposite screens. By acting on the impulses of the jets, they create a zigzag flow path 23. In addition, a burning vortex 24 filled with particles is formed over the inclined section 15 of the screen. The secondary blast nozzles are capable of deflecting the jets in the vertical plane due to the rotation of the secondary blast nozzles 20 and 21, or due to rotation of the deflecting vanes 25 in a vertical plane, and this allows you to control the path of the flow 23 and the operation of the burning vortex 24.

Котел ФКС 1 с П-образной компоновкой может выполняться в двух вариантах, не только со сдвигом реактора 5 ФКС к фронтовой стенке, фиг. 1, но и с его сдвигом к задней стенке, фиг. 2, с зеркальным расположением сопел 20 и 21 вторичного дутья и формированием соответствующего зигзагообразного течения. Выбор схемы, фиг. 1 или фиг. 2, конкретизируется с учетом условий подвода дутья топлива и т.д. Обе схемы просты и удобны для проведения реконструкции котлов с П-образной компоновкой путем простой замены соответственно фронтового или заднего наклонного экрана холодной воронки за счет продолжения вертикального экрана 13 с защитой его износостойкими накладками 7 в реакторе ФКС 5.The FCC boiler 1 with a U-shaped arrangement can be performed in two versions, not only with a shift of the FCC reactor 5 to the front wall, FIG. 1, but also with its shift towards the rear wall, FIG. 2, with a mirror arrangement of nozzles 20 and 21 of the secondary blast and the formation of the corresponding zigzag flow. Choice of circuit; FIG. 1 or FIG. 2, is specified taking into account the conditions for supplying a blast of fuel, etc. Both schemes are simple and convenient for reconstructing boilers with a U-shaped layout by simply replacing the front or rear inclined screen of the cold funnel, respectively, by continuing the vertical screen 13 with its protective wear plates 7 in the FCC 5 reactor.

Для котлов с Т-образной компоновкой на фиг. 3-5 показаны схемы, пригодные, в том числе, для их реконструкции. Установка в поперечной плоскости симметрии котла двусветного экрана 26 создает котел ФКС 1 с Т-образной компоновкой, фиг. 3, выполненной в виде двух зеркально отраженных котлов с П-образной компоновкой, фиг. 1. Схема с двусветным экраном 26 дает возможность реконструировать котлы с малой площадью экранов.For boilers with a T-shaped arrangement in FIG. 3-5 show schemes suitable, including, for their reconstruction. Installation in the transverse plane of symmetry of the boiler of the double-screen 26 creates a boiler FKS 1 with a T-shaped layout, FIG. 3, made in the form of two mirrored boilers with a U-shaped arrangement, FIG. 1. The scheme with a double screen 26 makes it possible to reconstruct boilers with a small area of screens.

Например, на низкотемпературное сжигание угля можно переводить котлы с жидким шлаком или газомазутные котлы, обеспечивая не только повышенный теплосъем, но также глубокое регулирование нагрузки, в том числе отключение, ремонт и обслуживание одной из двух половин на работающем котле, что повышает экономичность работы энергетического котла ФКС 1.For example, boilers with liquid slag or gas-oil boilers can be converted to low-temperature coal combustion, providing not only increased heat removal, but also deep load regulation, including shutting down, repairing and servicing one of the two halves on a working boiler, which increases the efficiency of the energy boiler FCC 1.

На наклонном участке 15 экрана, фиг. 1, могут устанавливаться сливные патрубки 27 с регулирующими устройствами 28 подачи частиц, подключенные к расположенным под ними вынесенным теплообменникам 29 с поверхностями нагрева, например, пароперегревателем 17. Это позволяет экономично регулировать перегрев пара, причем независимо от вида топлива.On the inclined portion 15 of the screen, FIG. 1, drain pipes 27 with control devices 28 for feeding particles connected to remote heat exchangers 29 located below them with heating surfaces, for example, a superheater 17, can be installed. This makes it possible to economically control the superheating of the steam, regardless of the type of fuel.

Под сливными патрубками 27 также могут устанавливаться камеры 30 термоконтактной обработки топлива, которые подключены сверху к питателям 31 топлива и системе утилизации 32 летучих продуктов переработки топлива, а снизу к дозаторам 33 обработанного топлива, как показано с увеличением на фиг. 2. При этом характеристики термоконтактно обработанного топлива, сухого или кокса, мало зависят от свойств исходного угля, и это позволяет создавать универсальные по кругу применяемых топлив котлы ФКС.Thermal contact fuel treatment chambers 30 can also be installed under the drain pipes 27, which are connected on top to the fuel feeders 31 and the system for utilizing 32 volatile fuel products, and from the bottom to the fuel dispensers 33, as shown with an increase in FIG. 2. At the same time, the characteristics of thermally contacted fuel, dry or coke, depend little on the properties of the source coal, and this allows us to create FKS boilers universal in terms of the range of fuels used.

В системе возврата уноса 4 могут быть установлены инерционные уловители уноса 34, которые обеспечивают повышение: возврата уноса, внутри-топочной циркуляции частиц и экономичности котла, что приближает ФКС к технологии циркулирующего кипящего слоя.Inertial ablation recovery system 4 can be equipped with inertial ablation traps 34, which provide an increase in: ablation recovery, intra-furnace particle circulation and boiler efficiency, which brings FCC closer to the circulating fluidized bed technology.

На схемах, фиг. 1-5, показаны только основные элементы, здесь не приведены тягодутьевые машины и другое вспомогательное оборудование, необходимые для работы котла, но не определяющие технологию ФКС.In the diagrams of FIG. 1-5, only the main elements are shown, draft machines and other auxiliary equipment necessary for the operation of the boiler, but not defining the FCC technology, are not shown here.

При работе котла ФКС 1, фиг. 1-5, в заполненный разогретыми до 800-900°С частицами реактор ФКС подается: по системе возврата уноса 4 из инерционного уловители 34 унос с недогоревшими частицами, по тракту подачи топлива 2 дробленый уголь, и/или через дозаторы 33 обработанное в камере 30 термоконтактной обработки сухое топливо или кокс. Сюда же подается дутье: через воздухораспределительную решетку 8 первичное из тракта подачи первичного дутья 11 и через нижние сопла 21 вторичное дутье, поступающее по тракту 3, а также дымовые газы из тракта рециркуляции 22.During operation of the boiler FCC 1, FIG. 1-5, into the particles filled with particles heated up to 800-900 ° C, the FCC reactor is fed: via the ablation recovery system 4 from the inertial traps 34 ablation with unburnt particles, 2 crushed coal along the fuel supply path, and / or processed in the chamber 30 through the batchers 33 thermal contact dry fuel or coke. Blast is also supplied here: through the air distribution grill 8, primary from the primary blast supply path 11 and through the lower nozzles 21, secondary blast entering through path 3, as well as flue gases from the recirculation path 22.

Здесь, в ФКС 12, ограниченном стенами 6 или экранами с износостойкими накладками 7, топливо газифицируется, частично выгорает и совместно с частицами золы выносится в топочный объем 14. Постоянная масса ФКС 12 поддерживается системой вывода слоя 10. При запуске реактор ФКС 5 разогревается системой растопки 9, работающей на газе или жидком топливе.Here, in FCC 12, limited by walls 6 or screens with wear-resistant plates 7, the fuel is gasified, partially burned out and, together with ash particles, is transported to furnace volume 14. The constant mass of FCC 12 is supported by the output system of layer 10. When starting, the FCC 5 reactor is heated by the kindling system 9, powered by gas or liquid fuel.

Из-за смещения реактора ФКС 5 под фронтовой экран 13, фиг. 1, и за счет подачи через нижние сопла 21 вторичного дутья восходящий из ФКС горящий поток отклоняется над наклонным участком 15 экрана, а от импульсов встречно направленных струй из верхних сопел 20 вторичного дутья он отклоняется обратно. В итоге продукты сгорания движутся по зигзагообразной траектории течения 23, отклоняются аэродинамическим выступом 19, при поворотах очищаются от частиц, уходят в конвективный газоход 16 и в нем охлаждаются, отдавая тепло поверхностям нагрева 17 и 18. Аэродинамические выступы 19 с соплами вторичного дутья обеспечивают более резкие развороты газов и дополнительную инерционную сепарацию частиц, повышая теплосъем и эффективность выгорания топлива.Due to the displacement of the FCC reactor 5 under the front screen 13, FIG. 1, and due to the supply through the lower nozzles 21 of the secondary blast, the upward burning flow from the FCC deviates above the inclined portion 15 of the screen, and it deviates back from pulses of counter-directed jets from the upper nozzles 20 of the secondary blast. As a result, the combustion products move along a zigzag flow path 23, are deflected by the aerodynamic protrusion 19, are cleaned of particles during turns, go into the convection duct 16 and are cooled in it, giving off heat to the heating surfaces 17 and 18. The aerodynamic protrusions 19 with the secondary blast nozzles provide sharper gas turns and additional inertial separation of particles, increasing heat removal and fuel burn efficiency.

При этом над наклонным участком 15 экрана формируется горящий вихрь 24, который заполняется вынесенными из ФКС 12 частицами, интенсивно выпадающими сверху из-за сил гравитации из потока, восходящего по зигзагообразной траектории течения 23, повышая эффективность выгорания топлива. Эти частицы стекают по наклонному участку 15 экрана, и так как на наклонных участках создается лучший контакт частиц с трубами, их теплосъем повышается. Частицы интенсивно охлаждаются на наклонном участке 15 и экранами 13, выпадают в реактор ФКС, охлаждают его и затем снова выносятся за счет регулируемой подачи через сопла 21 вторичного дутья, а через решетку 8 первичного дутья и газов рециркуляции, формируя горящий вихрь 24 и заполняя управляемым потоком топочный объем 14. При этом лопатки 25 позволяют отклонять струи вторичного дутья в вертикальной плоскости, контролируя подвод кислорода и воздействие импульсов струй, что дает возможность еще более глубокого управления процессами выгорания угля и тепловосприятия в пароперегревателе 17.In this case, a burning vortex 24 is formed over the inclined section 15 of the screen, which is filled with particles removed from the FCC 12, which intensively fall out from above due to gravitational forces from the stream ascending along the zigzag flow path 23, increasing the efficiency of fuel burnup. These particles flow down the inclined portion 15 of the screen, and since the better contact of the particles with the pipes is created on the inclined sections, their heat removal increases. Particles are intensively cooled on an inclined section 15 and screens 13, drop out into the FCC reactor, cool it and then are again carried out by means of a regulated supply of secondary blast through nozzles 21, and through primary grill 8 and recirculation gases, forming a burning vortex 24 and filling it with a controlled flow furnace volume 14. In this case, the blades 25 allow you to deflect the secondary blast in the vertical plane, controlling the supply of oxygen and the impact of the pulses of the jets, which makes it possible to further control burnout processes glya and heat absorption in the superheater 17.

Работа котлов в варианте фиг. 2 или Т-образных, фиг. 3-5, не отличается от описанной, а двусветный экран 26 увеличивает теплосъем. Формирование потоков 23, 24 в типовом котле с Т-образной компоновкой, фиг. 4, осложняется из-за невозможности расположения сопел 21 вторичного дутья в центре топки под защитой двусветного экрана. Здесь управляющие сопла 20 и 21 располагают послойно и зеркально, и они формируют заполняющие топочный объем 14 слои с зеркально направленными потоками 23, 24, которые показаны на фиг. 4 и 5 сплошными и пунктирными линиями.The operation of the boilers in the embodiment of FIG. 2 or T-shaped, FIG. 3-5, does not differ from that described, and a double-screen 26 increases heat removal. The formation of flows 23, 24 in a typical boiler with a T-shaped layout, FIG. 4, is complicated by the impossibility of the location of the secondary blast nozzles 21 in the center of the furnace under the protection of a double-screen. Here, the control nozzles 20 and 21 are arranged in layers and mirrors, and they form layers filling the furnace volume 14 with mirror-directed flows 23, 24, which are shown in FIG. 4 and 5 by solid and dashed lines.

В итоге во всех вариантах обеспечивается контролируемая за счет струй и поворота лопаток 25 аэродинамика и поддержание экономичного и экологически эффективного низкотемпературного топочного процесса.As a result, in all cases, aerodynamics are controlled by jets and rotation of the blades 25 and the maintenance of an economical and environmentally efficient low-temperature combustion process.

Поток раскаленных циркулирующих частиц на наклонном участке 15 экрана может управляемо отбираться через сливные патрубки 27 с регулирующими устройствами 28 и использоваться для повышения эффективности работы котла. Например, можно повысить теплосъем в вынесенных теплообменниках 29 или регулировать температуру перегрева пара при размещении в нем пароперегревателя 17.The flow of hot circulating particles on an inclined section 15 of the screen can be controlled through drain pipes 27 with control devices 28 and used to increase the efficiency of the boiler. For example, it is possible to increase the heat removal in remote heat exchangers 29 or to regulate the temperature of the superheat of the steam when the superheater 17 is placed in it.

Тепло частиц также может использоваться для разогрева топлива при термоконтактной обработке топлива путем смешивания его с раскаленными циркулирующими частицами в камере 30 термоконтактной обработки, фиг. 2. Это позволяет высушить загружаемое питателем 31 топливо или провести его пиролиз. Удаляемые пар или газы пиролиза, включая смолы, используются в системе утилизации 32 летучих продуктов переработки топлива. В итоге из камеры 30 термоконтактной обработки топлива дозатор 33 обработанного топлива подает в реактор ФКС 5 сухое топливо или бездымный коксозольный остаток - универсальное топливо. Соответственно, снижается объем дымовых газов с уменьшением сечения конвективного газохода 16, площади поверхностей нагрева 17, 18 и габаритов котла. Кроме того, пары влаги топлива конденсируются в системе утилизации 30 с полезным использованием теплоты и повышением КПД котла. Выделенные при пиролизе продукты направляются для использования внешнему потребителю в виде горючего газа или жидкого топлива, что повышает эффективность работы котла. В обоих случаях сушки или пиролиза расход дымовых газов и соответственно габариты и стоимость котла уменьшаются, а эффективность работы котла и использования топлива, причем любого, повышаются.Particle heat can also be used to heat fuel during thermal contact processing of fuel by mixing it with incandescent circulating particles in the thermal contact processing chamber 30, FIG. 2. This allows you to dry the fuel loaded by the feeder 31 or to carry out its pyrolysis. The removed vapor or pyrolysis gases, including resins, are used in the disposal system of 32 volatile fuel processing products. As a result, from the fuel contact thermal processing chamber 30, the processed fuel dispenser 33 delivers dry fuel or smokeless coke-ash residue — universal fuel — to the FCS 5 reactor. Accordingly, the volume of flue gases decreases with a decrease in the cross-section of the convective gas duct 16, the area of the heating surfaces 17, 18 and the dimensions of the boiler. In addition, the moisture vapor of the fuel condenses in the utilization system 30 with the beneficial use of heat and increased boiler efficiency. The products highlighted during pyrolysis are sent for use to an external consumer in the form of combustible gas or liquid fuel, which increases the efficiency of the boiler. In both cases of drying or pyrolysis, the consumption of flue gases and, accordingly, the dimensions and cost of the boiler are reduced, and the efficiency of the boiler and the use of fuel, and any one, are increased.

Таким образом, в сравнении с прототипом [2], предлагаемое устройство пригодно для реконструкции установленных и создания новых котлов ФКС, универсальных по кругу применяемых топлив, имеющих повышенные экономические и экологические характеристики, а также глубокое и эффективное регулирование температуры перегрева пара.Thus, in comparison with the prototype [2], the proposed device is suitable for reconstruction of installed and creation of new FCC boilers, universal in the range of fuels used, with improved economic and environmental characteristics, as well as deep and effective control of the superheat temperature of steam.

Claims

1. A forced fluidized bed boiler having a fuel supply path, secondary blast nozzles, an ablation return system formed by walls and bounded below by an air distribution grid connected to the primary blast feed path, a forced fluidized bed reactor over which a furnace volume formed by shields is installed, made with a larger cross-sectional area than the reactor, and connected at the top to at least one convective gas duct of the boiler, characterized in that the furnace volume is made with expansion mainly along the longitudinal axis of symmetry of the boiler due to the inclined screen portion located at the bottom and has at least two groups of secondary blast nozzles configured to deflect jets in a vertical plane mounted at different heights and located on opposite screens, the lower secondary blast nozzles being directed on an inclined portion of the screen.

2. The forced fluidized bed boiler according to claim 1, characterized in that the secondary blast nozzles are installed in aerodynamic protrusions, with the uppermost aerodynamic protrusion located at the entrance to the convection duct.

3. The forced fluidized bed boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the flue gas recirculation paths are connected to the primary blast supply path and to the secondary blast nozzles.

4. The forced fluidized bed boiler according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the forced fluidized bed reactor is installed under the front screen, and the furnace volume has an extension in the lower part due to the inclined portion of the rear screen.

5. The forced fluidized bed boiler according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the forced fluidized bed reactor is installed under the rear screen, and the furnace volume has an extension in the lower part due to the inclined section of the front screen.

6. Boiler forced fluidized bed according to any one of paragraphs. 4 or 5, characterized in that in the furnace volume there is at least one double-screen screen mounted parallel to the longitudinal axis of the boiler.

7. The forced fluidized bed boiler according to claim 1, characterized in that the boiler is made according to the T-shaped arrangement, and its furnace volume has two-sided expansion in the lower part due to the inclined section of the right and left screens, while the furnace volume is conditionally divided in depth into several layers, and the location of the groups of nozzles of the secondary blast is made layer-by-mirror.

8. The boiler of the forced fluidized bed according to claim 7, characterized in that in the furnace volume there is a two-light screen installed in the transverse plane of symmetry of the boiler.

9. Boiler forced fluidized bed according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that on the inclined section of the screen there are drain pipes with installed in them regulating devices for the supply of particles connected to located under them remote heat exchangers.

10. The forced fluidized bed boiler according to claim 9, characterized in that the drain pipes are also connected to a thermocontact fuel processing chamber located below them, which is connected on top to the fuel feeders and the system for the disposal of volatile fuel processing products, and from the bottom to the processed fuel dispenser.