Система сжигания топлива в псевдоожиженном слое с производством пара

1 Изобретение относится к системе сжигания топлива в псевдоожиженном слое с производством пара, которая предназначена для сжигания твердого топлива и для производства водяного пара. Такого типа системы, которые особенно предпочтительны для установок небольшой мощности, известны, например, из европейских патентов ЕР-В-0365723, ЕР-А-0416238, а также из немецких патентов DE-A-3107356 и DE-A-4135582. У известных установок каждой теплообменной камере постоянно придана только одна вихревая камера сгорания. Для больших промышленных установок, производящих большое количество водяного пара, который применяется на электростанциях с электрической мощностью более 250 МВт, известным системам не отдается предпочтения. В основу изобретения положена задача создания системы сжигания топлива в псевдоожиженном слое с производством пара указанного выше типа и в виде компактной конструкции, а именно в виде блока, который занимал бы небольшую площадь. Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что а) в теплообменной камере, высота которой внутри составляет, по меньшей мере, 10 м,размещены омываемые жидкотекучей охлаждающей средой теплообменные элементы, при этом теплообменная камера имеет четыре вертикальные наружные стенки, которые ограждают полость, имеющую в горизонтальном поперечном сечении, по существу, прямоугольную форму,б) перед первой наружной стенкой теплообменной камеры расположена первая вихревая камера сгорания, а перед второй наружной стенкой, лежащей напротив первой наружной стенки теплообменной камеры, расположена вторая вихревая камера сгорания, при этом высота внутри вихревых камер сгорания лежит в пределах от 10 до 60 м и предпочтительно 20 м,при этом каждая вихревая камера сгорания имеет трубопроводы для подачи топлива и воздуха для сжигания топлива, и в) с верхней зоной каждой вихревой камеры сгорания сообщен, по меньшей мере, один сепаратор для отделения твердых частиц топлива от газового потока, который имеет, по меньшей мере, один направляющий газ отводной трубопровод, соединенный с теплообменной камерой. Усовершенствованный вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что каждой вихревой камере сгорания придан, по меньшей мере, один холодильник кипящего слоя, расположенный под сепаратором и сообщенный с последним направляющим твердые частицы топлива трубопроводом, причем каждый холодильник кипящего слоя соединен с приданной ему вихревой камерой сгорания, по 2 меньшей мере, одним направляющим твердые частицы топлива и/или газ трубопроводом. Установка согласно изобретению может быть построена в виде компактной блочной конструкции. Без особых трудностей можно одновременно расположить один или те или иные блоки установки с экономией занимаемой площади один рядом с другим, с физическим разделением или без такового. Внутри одного блока благодаря центральному размещению теплообменной камеры обеспечивается требующий меньших затрат принцип конструкции,это достигается за счет укорочения подающих в вихревые камеры сгорания воздух для сжигания топлива трубопроводов, который предварительно подогревается в теплообменной камере или в каких-либо других подобных ей устройствах. Каждая вихревая камера сгорания с приданным ей холодильником кипящего слоя может быть соединена в унифицированный узел, причем упомянутый холодильник кипящего слоя может быть выполнен в виде установленной на фундаменте или в виде подвешенной к вихревой камере сгорания конструкции. Особенно предпочтительное в плане экономии занимаемой площади выполнение системы сжигания топлива достигается благодаря тому, что расстояние между первой вихревой камерой сгорания и первой наружной стенкой, а также расстояние между второй вихревой камерой сгорания и второй наружной стенкой теплообменной камеры составляет от 0 до 2 м. Система сжигания топлива, выполненная согласно изобретению, предназначена для крупногабаритных промышленных установок. В общем, площадь поперечного сечения каждой из обеих вихревых камер сгорания, измеренная по горизонтали на половине высоты внутренней полости камеры, составляет от 50 до 300 м 2,предпочтительно, по меньшей мере, 70 м 2. Обычно внутренняя полость первой и второй вихревых камер сгорания выполнена в горизонтальном поперечном сечении почти прямоугольной. Для очень больших установок могут быть установлены рядом в чередующемся порядке две или несколько теплообменных камер и, по меньшей мере, три вихревые камеры сгорания. Другие модификации выполнения изобретенияпоясняются ниже со ссылкой на чертежи,где фиг. 1 изображает первый вариант выполнения системы сжигания топлива, схематическое изображение в продольном сечении по линии I -I на фиг. 2; фиг. 2 - поперечное сечение по линии II - II на фиг. 1; фиг. 3 - второй вариант выполнения системы сжигания топлива в аналогичном фиг. 1 изображении; 3 фиг. 4 - большая промышленная установка с двумя теплообменными камерами в аналогичном фиг. 2 изображении. Показанная на фиг. 1 и 2 установка имеет центрально расположенную теплообменную камеру 1 с прямоугольным поперечным сечением, как это показано на фиг. 2. Четыре вертикальные наружные стенки теплообменной камеры 1 обозначены соответственно ссылочными позициями 1 а, 1b, 1 с и 1d. К первой наружной стенке 1 а примыкает первая вихревая камера сгорания 2. А со стороны противолежащей ей стенки 1 с находится вторая вихревая камера сгорания 3. К левой вихревой камере сгорания 2 присоединены два сепаратора 5 и 6, аналогичным образом правой вихревой камере сгорания 3 принадлежат два других сепаратора 7 и 8. Каждый сепаратор снабжен направляющим газ отводным трубопроводом 9,который сообщается с верхней зоной теплообменной камеры 1, как это показано на фиг. 1. Количество сепараторов, в отличие от прилагаемых чертежей, может быть выбрано любым. В качестве сепараторов могут быть применены,например, уже известные сами по себе циклоны(центробежные сепараторы) или также отбойные (отражательные) перегородки. Отделяемые в сепараторах 5-8 частицы твердого топлива по трубопроводу 11 попадают также в уже известные холодильники 12 или 12 а кипящего слоя. Подробно эти холодильники кипящего слоя описаны, например, в европейском патенте ЕР-В-0365723 и немецком патентеDE-A-4135582. При необходимости, отделенные в сепараторе твердые частицы топлива по байпасному трубопроводу 11 а могут быть подведены непосредственно в ближайшую вихревую камеру сгорания, как это показано на чертеже для большей наглядности, применительно только к вихревой камере сгорания 3. Если совсем отказываются от холодильников 12 и 12 а кипящего слоя, то тогда выходящие из сепараторов частицы твердого топлива поступают в вихревые камеры сгорания по байпасному трубопроводу такого типа. Каждый такой холодильник кипящего слоя оснащен, по меньшей мере, одним трубопроводом 13 для подачи псевдоожиженного газа, например воздуха, а также имеет элементы охлаждения 14 и один трубопровод 15 для отвода охлажденных частиц твердого топлива. Одна часть этих охлажденных частиц твердого топлива вместе с газом подается в вихревую камеру сгорания 2 по каналу 16. Один пример выполнения системы согласно изобретению показан на чертеже вместе с теплообменной камерой 1 и вихревой камерой сгорания 3, где в камеру 3 по трубопроводу 16 направляют охлажденные частицы твердого топлива, а по трубопроводу 17 подогретый псевдоожиженный газ. Твердое,зернистое (дробленое) топливо подается в вихревые камеры сгорания 2 и 3 по трубопроводам 4 18, а кислородосодержащий псевдоожиженный газ, например воздух, подается в трубопровод 19, после чего поступает в распределительную камеру 20 и затем через решетку 21 вверх по вихревой камере 2 сгорания. Также возможны и другие места подачи газов и частиц твердого топлива в систему сжигания. В качестве топлива могут быть использованы, в частности, антрацит, каменный уголь,бурый уголь, древесина или горючие сланцы. Дополнительно к твердому топливу может также применяться густое (тестообразное), жидкое или газообразное топливо, например отходы от очистки нефтепродуктов и другие подобного рода отходы. Температура сгорания в вихревых камерах сгорания 2 и 3 находится в диапазоне от 700 до 950 С. Горячая суспензия из газа и твердых частиц топлива оставляет вихревые камеры сгорания 2 или 3 и в их верхней зоне выходит через отверстие 23 и направляется в соответствующий сепаратор, в котором в значительной степени отделяются частицы твердого топлива. Горячие газы выходят из сепаратора по трубопроводу 9 и охлаждаются в теплообменной камере 1. Эта камера 1 оснащена многочисленными теплообменными элементами 24 для не прямодействующего (косвенного) охлаждения горячих газов, упомянутые элементы охлаждения показаны на чертеже только схематически. Теплообменные элементы 24 служат в качестве средства парообразования водяного пара из питательной воды котла, причем может быть произведен пар высокого давления с давлением,лежащим в пределах от 70 до 350 бар, или пар среднего давления (промежуточный пар) с давлением, лежащим в пределах от 20 до 80 бар,при этом данная операция может быть осуществлена одновременно или альтернативно. Один или несколько теплообменных элементов 24 могут быть предназначены также для предварительного подогрева воздуха, который затем как воздух для сжигания топлива подается в одну из вихревых камер сгорания 2 или 3. Эта установка предназначена для достижения большой производительности, в соответствии с чем отдельные блоки установки имеют большие размеры. Площадь поперечного сечения внутренней полости теплообменной камеры 1, измеренная по горизонтали на половине высоты этой камеры 1, находится в пределах от 150 до 500 м 2. Для каждой из вихревых камер сгорания 2 или 3 внутренняя горизонтальная площадь поперечного сечения, измеренная на половине высоты камеры над решеткой 21, составляет от 50 до 300 м 2. Высота одной такой камеры 2 или 3, измеренная над решеткой 21,лежит в пределах от 20 до 60 м. Горизонтальная ширина (а) общих стенок 1 а и 1 с, как это показано на фиг. 2, составляет от 10 до 40 м. Эта система сжигания топлива может быть объединена с электростанцией электрической 5 мощности 200 МВт и более. Для того чтобы по возможности оптимально использовать физическое тепло в системе сжигания топлива, все теплые стенки могут быть выполнены в виде трубчато-мембранных стенок, омываемых потоком охлаждающей жидкотекучей среды. Охлажденный газ, выходящий из теплообменной камеры 1 через выпускной трубопровод 25, подводят к не показанной на чертеже газоочистительной установке. Показанная на фиг. 3 установка, как это было уже пояснено при описании фиг. 1 и 2,имеет центрально размещенную теплообменную камеру 1, две вихревые камеры 2 и 3 сгорания и сепараторы 5 и 7. Трубопроводы 23 а соединяют вихревые камеры сгорания 2 и 3 с сепараторами 5 и 7 соответственно. Одинаковые с фиг. 1 и 2 ссылочные позиции имеют в данном случае одинаковое значение. Изображенные на фиг. 3 вихревые камеры сгорания выполнены сужающимися конусообразно вниз. У установки согласно фиг. 3 расстояние между наружной стенкой 1 а теплообменной камеры 1 и вихревой камерой сгорания 2 составляет не более 2 м, при этом именно на данном участке проложен трубопровод 11 к холодильнику 12 кипящего слоя. Одинаковое расстояние имеется также между стенкой 1 с и вихревой камерой сгорания 3. Благодаря расположению сверху над камерами 2 и 3 сепараторов 5 и 7 получается высокая, блочная компоновка установки с уменьшенной потребностью в площади для размещения. У показанной схематически на фиг. 4 в горизонтальном сечении большой промышленной установки расположены рядом две теплообменные камеры 1 и три вихревые камеры сгорания 2, 3 и 4. Сепараторы обозначены соответственно цифрами 5-8. Отклоняясь от показанного на фиг. 4 последовательного расположения узлов установки, камеры могут быть также скомпонованы вместе и дополнены последующими теплообменными камерами и/или вихревыми камерами сгорания, причем общее расположение(компоновка) в горизонтальном сечении может иметь крестообразную форму, L-образную или Т-образную форму. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система сжигания топлива в псевдоожиженном слое с производством пара, предназначенная для сжигания твердого топлива и производства водяного пара и содержащая теплообменную камеру (1), в которой размещены омываемые жидкотекучей охлаждающей средой теплообменные элементы (24), при этом теплообменная камера имеет четыре вертикальные наружные стенки (1 а, 1 в, 1 с, 1d), которые огра 002507 6 ждают полость, имеющую в горизонтальном поперечном сечении почти прямоугольную форму, первую вихревую камеру сгорания (2),расположенную перед первой наружной стенкой (1 а) теплообменной камеры (1), вторую вихревую камеру сгорания (3), расположенную перед второй наружной стенкой (1 с), расположенной напротив первой наружной стенки теплообменной камеры, при этом каждая вихревая камера сгорания имеет трубопроводы для подачи топлива и воздуха для сжигания и, по меньшей мере, один сепаратор (5, 6, 7, 8) для отделения твердых частиц топлива от газового потока,который сообщен с верхней зоной каждой вихревой камеры сгорания, причем сепаратор имеет направляющий газ отводной трубопровод (9),сообщенный с верхней зоной теплообменной камеры (1), отличающаяся тем, что каждой вихревой камере сгорания придан, по меньшей мере, один холодильник (12, 12 а) кипящего слоя,размещенный под сепаратором и сообщенный с последним направляющим твердые частицы топлива трубопроводом, причем каждый холодильник кипящего слоя сообщен с приданной ему вихревой камерой сгорания, по меньшей мере, одним направляющим твердые частицы топлива и/или газ трубопроводом (16, 17), при этом высота внутри теплообменной камеры (1) составляет, по меньшей мере, 10 м, а высота внутри вихревых камер сгорания (2, 3) лежит в пределах от 10 до 60 м. 2. Система сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между первой вихревой камерой сгорания (2) и первой наружной стенкой (1 а) теплообменной камеры, а также расстояние между второй вихревой камерой сгорания (3) и второй наружной стенкой (1 с) теплообменной камеры составляет от 0 до 2 м. 3. Система сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения каждой из двух вихревых камер сгорания (2,3), измеренная по горизонтали и на половине высоты внутренней полости камеры, составляет от 50 до 300 м 2. 4. Система сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость первой и второй вихревых камер сгорания (2, 3) выполнена почти прямоугольной в горизонтальном поперечном сечении. 5. Система сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что теплообменная камера (1) и вихревые камеры сгорания (2, 3) имеют ширину(а), лежащую в пределах от 10 до 40 м. 6. Система сжигания топлива по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, двум теплообменным камерам (1) приданы, по меньшей мере, три вихревые камеры сгорания (2, 3, 4).