Топочное устройство с охлаждаемыми жидкостью колосниками - RU2181181C2

Описание

Изобретение относится к топочному устройству с охлаждаемыми жидкостью колосниками, имеющими каждый подающую и обратную линии для охлаждающего средства.

Охлаждаемые жидкостью, в частности водоохлаждаемые колосники для колосниковых решеток, давно известны из международной заявки WO 96/29544 А1 и патента ФРГ 624892. Из первой публикации известно расположение открытого в атмосферу резервуара, который обеспечивает лишь связь обратной линии с атмосферой. Подающая линия загружается, напротив, нагнетательным насосом, в результате чего давление охлаждающего средства в этой зоне, как и расход, определяются работой этого нагнетательного насоса и установленных за ним регулирующих клапанов. Во второй публикации раскрыта колосниковая решетка, у которой на верхнем конце предусмотрен открытый в атмосферу резервуар, однако этот резервуар служит не в качестве конденсационного устройства, а обеспечивает выход пара низкого давления в атмосферу. Степень охлаждения охлаждающего средства у этой колосниковой решетки более или менее случайна, поскольку объемный поток первичного воздуха, служащего оборотной средой для охлаждающей жидкости, нельзя варьировать произвольно. Как известно, подаваемый первичный воздух должен ориентироваться по протекающему на решетке процессу горения и, тем самым, никоим образом не может вызвать определенную конденсацию образовавшегося при известных условиях водяного пара в циркуляционной системе.

Недостатком более современных топочных устройств является то, что они связаны с относительно большими затратами на технику регулирования, с тем чтобы, с одной стороны, обеспечить достаточное охлаждение колосников, а, с другой стороны, - необходимую безопасность при чрезмерно сильном тепловом воздействии на колосники.

Задачей изобретения является создание топочного устройства с системой охлаждения для колосников, которое для циркуляции охлаждающего средства обходилось бы без регулирующего и нагнетательного устройств и у которого, кроме того, не было бы необходимости в устройствах для соблюдения безопасности в отношении избыточного давления.

Эта задача решается, исходя из топочного устройства описанного выше рода, согласно изобретению за счет того, что подающая и обратная линии сообщены с открытым в атмосферу конденсационным устройством, в подающей линии установлен U-образный приемник охлаждающей жидкости, одно колено которого имеет высоту жидкости, создающую произвольно выбираемое максимальное давление в системе, а другое, короткое, колено соединено с центральным распределителем для отдельных колосников.

Особенно предпочтительное выполнение, служащее, в частности, для безопасной эксплуатации, отличается тем, что верхний, соединенный с центральным распределителем конец короткого колена на выбираемый размер безопасности по высоте лежит ниже самой низкой точки потока охлаждающего средства в самом низком колоснике.

Открытое в атмосферу конденсационное устройство обеспечивает то, что даже при полном испарении охлаждающего средства в циркуляционной системе охлаждения не может возникнуть давление более высокое, чем давление, заданное произвольно выбираемой высотой жидкости в длинном колене приемника жидкости. На практике в настоящее время выбирают уровень жидкости на 4,85 м выше самой низкой точки потока охлаждающего средства в самом низком колоснике, с тем чтобы предотвратить превышение величины избыточного давления в системе охлаждения, равной 0,5 бар, поскольку иначе топочное устройство подпадет под инструкцию по испытанию паровых котлов с другими правилами техники безопасности. Расстояние между самым низким уровнем потока в самом низком колоснике и верхним, соединенным с центральным распределителем, концом короткого колена называется размером безопасности по высоте, который указывает высоту жидкости, создающую в U-образном приемнике жидкости давление, которое должно противодействовать обратному потоку в системе охлаждения, даже если при локально особенно сильном тепловом излучении на колосник в нем за счет испарения охлаждающего средства происходит сильное образование пузырьков. На практике по причинам техники безопасности этот размер безопасности по высоте выбирают так, чтобы он соответствовал двукратному значению разности по высоте наклонной колосниковой решетки между самой высокой и самой низкой точками потока охлаждающего средства в этой колосниковой решетке.

Для создания равномерных разностей давлений между каждым колосником и соответствующим центральным распределителем и, тем самым, равномерные условия потока в отдельных колосниках, согласно предпочтительному варианту изобретения предусмотрено, что центральный распределитель установлен под параллельно включенными по потоку колосниками ступеней решетки и в продольном направлении колосниковой решетки с постоянным по длине всей колосниковой решетки расстоянием по высоте, которое меньше размера безопасности по высоте.

Та же причина имеется и в том случае, когда в другом варианте изобретения обратная линия содержит центральный коллектор для отдельных, параллельно включенных по потоку колосников ступеней решетки, который установлен под колосниками и в продольном направлении колосниковой решетки с постоянным по длине всей колосниковой решетки расстоянием по высоте, которое меньше размера безопасности по высоте. Расположение как центрального распределителя, так и центрального коллектора с расстоянием по высоте от колосниковой решетки, которое меньше размера безопасности по высоте, предусмотрено потому, что производственные изменения при определенных обстоятельствах делают необходимым изменение размера безопасности по высоте. Также в таком случае следует обеспечить, чтобы центральный коллектор и центральный распределитель имели меньшее расстояние по высоте от колосниковой решетки, чем это соответствует размеру безопасности по высоте. Эти центральный коллектор и центральный распределитель установлены жестко, и их впоследствии изменить по высоте почти невозможно, что для присоединения к короткому колену U-образного приемника охлаждающей жидкости, устанавливающему размер безопасности по высоте, не относится в такой степени.

Для обеспечения, в основном, одинаковой скорости потока через все колосники, а также необходимого перепада давлений для направления потока от центрального распределителя через колосники к центральному коллектору, согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения предусмотрено, что в каждом сливном трубопроводе между колосником и центральным коллектором установлен дроссель.

Поскольку колосники потребляют относительно мало охлаждающей жидкости, однако определенный резервуар для жидкости необходим, с тем чтобы при чрезмерном испарении все же иметь в распоряжении достаточно охлаждающей жидкости, в другом предпочтительном варианте изобретения предусмотрено, что второе короткое колено U-образного приемника охлаждающей жидкости содержит дополнительный накопительный объем для охлаждающей жидкости.

Предпочтительный вариант для реализации резервуара для жидкости отличается, согласно изобретению тем, что короткое колено U-образного приемника охлаждающей жидкости выполнено в виде емкости, в которую погружено длинное, меньшее в диаметре колено, которое доходит почти до дна короткого колена, что верхний закрытый конец доходит почти до самой низкой точки самого низкого потока охлаждающего средства в самом низком колоснике, и что ниже самой верхней точки емкости к центральному распределителю отходит ответвление. Предпочтительным образом при этом цилиндрическая емкость выше, чем это соответствует геодезической высоте короткого колена, т.е. цилиндрическая емкость выходит за пределы ответвления к центральному распределителю.

Для повторного отвода всей имеющейся в системе охлаждения охлаждающей жидкости в другом варианте исполнения изобретения центральный коллектор, исходя от своей самой низкой точки, соединен трубопроводом с конденсатосборником. Отсюда охлаждающую жидкость можно снова вводить в систему за счет того, что конденсатосборник насосом и трубопроводом соединен с конденсационным устройством. При этом особенно целесообразно то, что трубопровод, согласно изобретению заканчивается в конденсационном устройстве форсункой.

Если в другом варианте изобретения конденсатосборник снабжен охлаждающим устройством, то конденсированное охлаждающее средство может быть возвращено в охлажденном виде в конденсационное устройство. За счет этого создается возможность в усовершенствованном варианте исполнения изобретения выполнить конденсационное устройство в виде поверхностного конденсатора с водоохлаждаемыми радиаторами и подключаемым мокрым конденсационным устройством. Подключаемое мокрое конденсационное устройство образовано при этом форсункой, через которую распыляют охлажденный конденсат из конденсатосборника. Это мокрое конденсационное устройство, у которого возвращенный в конденсационное устройство пар конденсируется на охлажденных водяных капельках, определенным образом обеспечивает контур охлаждающей жидкости даже тогда, когда водоохлаждаемые трубы конденсационного устройства подвержены сбою.

Если в другом предпочтительном варианте изобретения конденсационное устройство выполнено с возможностью запирания относительно атмосферы и присоединения к источнику вакуума, то за счет этого систему охлаждения топочного устройства можно запустить в эксплуатацию особенно простым образом. В этом случае за счет падения давления в паровом пространстве конденсационного устройства создается равное пониженное давление в центральном коллекторе, в результате чего охлаждающее средство в соответствии с падением давления течет из колосников к центральному коллектору, причем это начало потока поддерживается еще тем, что в топочном пространстве над колосниковой решеткой зажигают так называемые пусковые горелки, которые вызывают тепловое излучение на колосниковую решетку. За счет этого находящаяся в колосниках охлаждающая среда нагревается и при определенных обстоятельствах даже испаряется, в результате чего система охлаждения приводится в действие по типу гравитационной системы отопления.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежа, где схематично изображено топочное устройство с колосниковой решеткой и системой охлаждения.

В топочном пространстве 1 установлена колосниковая решетка 2, содержащая пять лежащих друг за другом, выполненных из лежащих рядом друг с другом колосников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 и 2.5 ступеней решетки, которые накладываются друг на друга наподобие черепицы и наклонены так, что задний конец колосниковой решетки, на котором расположен разгрузочный валик 3, лежит ниже места 4 загрузки топлива. Отдельные колосники 2.1-2.5 ступеней решетки охлаждаются водой. Для этого отдельные ступени решетки связаны подводящими трубопроводами 6-10 со служащим в качестве подающей линии центральным распределителем 5. По этим трубопроводам к отдельным ступеням решетки подают охлаждающую жидкость, обычно воду, после чего сток происходит по сливным трубопроводам 11-15, содержащим соответственно дроссель 16-20, с тем чтобы в центральном распределителе 5 и отдельных охлаждаемых колосниках создать повышенное давление системы. Сливные трубопроводы 11-15 заканчиваются в служащем обратной линией центральном коллекторе 21, от которого к конденсационному устройству 23 ведет трубопровод 22. Образующийся в конденсационном устройстве 23 конденсат течет по подающей линии 24 к обозначенному поз. 25 приемнику охлаждающей жидкости, выполненному в виде U-образной трубы, у которой поз. 26 обозначено длинное колено, а поз. 27 - короткое колено, которое служит резервуаром для жидкости и имеет существенно больший диаметр, чем длинное, меньшее в диаметре колено 26, погруженное в это, служащее одновременно емкостью для запаса жидкости, короткое колено и при этом доходящее почти до его дна 28. Соединительный трубопровод 29 к центральному распределителю 5 образует верхний конец короткого колена 27 этого U-образного приемника 25 охлаждающей жидкости. По более подробно излагаемым ниже причинам короткое колено, образующее одновременно емкость 27, удлинено вверх за пределы места присоединения соединительного трубопровода 29. Эта часть емкости 27 обозначена поз. 30.

Как центральный распределитель 5, так и центральный коллектор 21 установлены под колосниковой решеткой 2 и имеют одинаковый с ней наклон, с тем чтобы соответствующие колосники нагружались одинаковым давлением.

От самого низкого места центрального коллектора 21 отходит конденсатопровод 31, ведущий к конденсатосборнику 32, который на своем нижнем конце оборудован охлаждающим устройством 33. От нижнего конца конденсатосборника 32 конденсат насосом 34 перекачивают по трубопроводу 35 в конденсационное устройство 23, где его с помощью форсунки 36 распыляют в конденсационное устройство 23. Поз. 37 схематично обозначены омываемые охлаждающим средством охлаждающие трубы конденсационного устройства, подающая линия которого обозначена поз. 38, а сливная линия - поз. 39.

Принцип работы.

При пуске топочного устройства в работу система охлаждения, т.е. отдельные омываемые охлаждающим средством колосники, центральный распределитель 5, приемник 25 охлаждающей жидкости и конденсационное устройство 23 заполняются немного выше соединительного трубопровода 24. В этом состоянии в охлаждающем контуре царит гидравлическое равновесие. Затем конденсационное устройство 23, которое в течение остальной работы открыто в атмосферу, на короткое время запирают и присоединяют трубопроводом 40 к источнику вакуума. В результате этого верхнее, не заполненное жидкостью паровое пространство 23.1 находится под определенным пониженным давлением. При зажигании пусковой горелки в топочном пространстве, причем на колосниковой решетке 2 топливо пока отсутствует, происходит тепловое излучение на колосниковую решетку. К колосниковой решетке и, тем самым, к имеющемуся в колосниках охлаждающему средству подводят тепло, пока при температуре 96,72^oС не произойдет переход от жидкой фазы к фазе насыщенного пара, если система охлаждения заполнена водой. Охлаждающее средство начинает испаряться, и образующийся насыщенный пар поступает через центральный коллектор 21 и соединительный трубопровод 22 к конденсационному устройству 23, которое тогда уже открыто сообщено с атмосферой. Здесь насыщенный пар конденсируется на охлаждающих трубах 37. Вследствие разности в плотностях между жидкостью в приемнике 25 и насыщенным паром в центральном коллекторе 21 и в паровом пространстве 23.1 конденсационного устройства 23 охлаждающее средство приводится в циркуляцию. Улавливаемый в конденсатосборнике 32 конденсат из центрального коллектора 21 охлаждается охлаждающим устройством 33 и распыляется насосом 34 по трубопроводу 35 в паровое пространство 23.1 конденсационного устройства 23. Это распыление охлажденного конденсата действует как смешанная конденсация, при которой пар конденсируется на холодных капельках конденсата и которую используют таким образом для поверхностной конденсации. Кроме того, за счет этого образующийся в центральном коллекторе 21 конденсат снова подается в контур.

Приемник 25 охлаждающей жидкости рассчитан так, что он содержит длинное и короткое колена U-образной трубы, причем расстояние между самой верхней точкой длинного колена, образованной зеркалом жидкости в конденсационном устройстве 23, и самой низкой точкой потока охлаждающего средства в самом низком колоснике составляет 4,85 м, с тем чтобы в системе не возникло давление выше 0,5 бар, поскольку иначе топочное устройство подпало бы под инструкцию по испытанию паровых котлов и по своей конструкции стало бы сложнее. Разность по высоте от самой низкой точки потока охлаждающего средства в самом низком колоснике 2.5 до верхнего конца короткого колена, образованного соединительным трубопроводом 29, соответствует размеру безопасности по высоте, который предпочтительным образом выбирают так, чтобы он приблизительно соответствовал двойной разности по высоте между самой высокой точкой потока охлаждающего средства в самом верхнем колоснике и самой низкой точкой потока охлаждающего средства в самом низком колоснике. Этот размер безопасности по высоте создает водяной столб и, тем самым, определенное давление, которого достаточно, чтобы даже при максимальном парообразовании в каком-либо из колосников противодействовать возникающему давлению так, чтобы никогда не могло возникнуть реверсирование направления потока охлаждающего средства. Для обеспечения постоянного наличия достаточного охлаждающего средства второе короткое колено выполнено в виде большей в диаметре емкости, с тем чтобы разместить более тонкое колено не только для образования U-образной трубчатой системы, но и образовать определенный резервуар для жидкости, для чего, в частности, служит выступающая вверх за соединительный трубопровод 29 часть 30 колена 27. Поскольку конденсационное устройство 23 во время остальной работы открыто в атмосферу, в системе охлаждения не может возникнуть давление более высокое, чем это задано высотой водяного столба в коротком колене над самым низким местом потока охлаждающего средства в самом низком колоснике. Эта высота, являющаяся произвольно выбираемой, определяет максимальное давление в системе, тогда как расстояние между самым низким потоком охлаждающего средства в самом низком колоснике и соединительным трубопроводом 29, т. е. верхней точкой короткого колена, создает то давление жидкости, против которого пришлось бы действовать и которое пришлось бы преодолевать образующимся в колосниках пузырькам пара, чтобы вызывать реверсирование потока охлаждающего средства. Вследствие возможности выбора этого размера безопасности по высоте можно установить встречное давление таким высоким, что даже при максимально ожидаемом тепловом воздействии на колосник такой объем пара с соответствующим давлением возникнуть не может.

Реферат

Изобретение относится к топочному устройству с охлаждаемыми жидкостью колосниками. В топочном устройстве с охлаждаемыми жидкостью колосниками, имеющими каждый подающую и обратную линии для охлаждающего средства, подающая и обратная линии сообщены с открытым в атмосферу конденсационным устройством, в подающей линии установлен U-образный приемник охлаждающей жидкости, одно колено которого имеет высоту жидкости, создающую произвольно выбираемое максимальное давление в системе, при этом другое, короткое, колено соединено с центральным распределителем для отдельных колосников. Расстояние между самой низкой точкой потока охлаждающего средства в самом низком колоснике и верхней точкой короткого колена соответствует выбираемому размеру безопасности по высоте, создающему давление, которое противодействует распространению образующихся в колосниках пузырьков пара с тем, чтобы предотвратить реверсирование направления потока охлаждающего средства. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула