Котел со сжиганием топлива при использовании окислителя, обогащенного кислородом, для повышения кпд и снижения вредных выбросов - RU2005116273A

Реферат

1. Парогенерирующая установка для энергоустановки, работающей по циклу Ренкина, содержащая котел (1) с зоной (1а) сжигания топлива и зонами (2, 3) радиационного и конвективного теплообмена; теплоизолированную секцию предварительного нагрева газа горения (СПН) (4), объединенную с котлом таким образом, что поток отходящих газов, выходящих из котла, протекает через СПН; при этом СПН содержит средства (29) удаления твердых частиц из потока отходящих газов и средства (5) для передачи тепла потоку газа горения путем косвенного теплообмена в противотоке с потоком отходящих газов в течение продолжительного периода времени, и в результате теплообмена температура потока отходящих газов снижается до температуры конденсации влаги; средства (12) подачи потока газа горения в СПН, где он нагревается в процессе косвенного теплообмена в противотоке с потоком отходящих газов в течение продолжительного периода времени для достижения температуры, по меньшей мере, около 260°С; средства удаления твердых частиц из СПН.

2. Установка по п.1, в которой поток газа горения, нагреваемого в секции СПН, представляет собой поток (а) воздуха, (b) воздуха, обогащенного кислородом, (с) смеси воздуха, обогащенного кислородом, и рециркулирующих отходящих газов, или (d) смеси кислорода с рециркулирующими отходящими газами.

3. Установка по п.1, в которой СПН включает протяженный теплоизолированный внешний короб, окружающий снаружи протяженный внутренний короб (5), в который подают поток газа горения для реализации указанного противотока.

4. Установка по п.3, в которой внешний короб имеет КПД теплоизоляции более 90%.

5. Установка по п.3, в которой протяженный внутренний короб расположен в основном соосно внешнему коробу и имеет наклонную верхнюю поверхность для обеспечения ее очистки от накопления твердых частиц.

6. Установка по п.6, в которой внешний короб содержит горизонтальный нижний металлический лист (30), выполненный с отверстиями для удаления твердых частиц.

7. Установка по п.1, в которой средства удаления твердых частиц из СПН используют вакуумные фильтры с обратной промывкой горячими газами, возвращаемыми в верхнюю зону СПН.

8. Установка по п.2, в которой поток газа горения представляет собой смесь обогащенного кислородом воздуха с рециркулирующими отходящими газами или смесь O₂ и рециркулирующих отходящих газов, при этом установка оборудована газодувками с приводом бесступенчатого регулирования скорости вращения, используемыми для регулирования расхода и соотношений компонент, объединяемых для получения газа горения, а также для поддерживания предпочтительных температуры горения в котле и скорости газа горения.

9. Парогенерирующая установка для энергоустановки, работающей по циклу Ренкина, содержащая котел (1) с зоной (1а) сжигания топлива и зонами (2, 3) радиационного и конвективного теплообмена; теплоизолированную секцию предварительного нагрева газа горения (СПН) (4), объединенную с котлом таким образом, что поток отходящих газов, выходящих из котла, протекает через СПН; при этом СПН содержит средства (29) удаления твердых частиц из потока отходящих газов и средства (5) для передачи тепла потоку газа горения, включающему в себя кислород и по большей части СО₂, посредством косвенного теплообмена в противотоке с потоком отходящих газов в течение продолжительного периода времени, и в результате теплообмена температура потока отходящих газов снижается почти до температуры окружающей среды или ниже, до температуры конденсации влаги; средства (14) дополнительного охлаждения потока отходящих газов до температуры в интервале 0-10°С; средства (9, 17) разделения дополнительно охлажденного потока отходящих газов на первую основную часть и вторую часть; средства (8, 11, 12) для объединения указанной первой части потока с O₂ с образованием потока газа горения и подачи этого потока в СПН, где этот поток нагревается в процессе косвенного теплообмена в противотоке с потоком отходящих газов в течение продолжительного периода времени для достижения температуры по меньшей мере около 260°С; теплоизолированный короб (6) для транспортирования нагретого потока газа горения, выходящего из СПН в зону (1а) горения котла для сжигания в ней топлива; и средства (29) удаления твердых частиц из указанной СПН.

10. Установка по п.9, в которой секция СПН включает в себя расположенный выше по потоку входной участок, проходящий вниз промежуточный участок и расположенный ниже по потоку нижний выходной участок, при этом средства дополнительного охлаждения соединены с выходным участком, и в результате охлаждения и конденсации влаги объем потока отходящих газов уменьшается так, что его скорость снижается до 3,3 м/с или до меньшей величины.

11. Установка по п.10, в которой СПН включает протяженный теплоизолированный внешний короб с КПД теплоизоляции более 90%, окружающий снаружи протяженный внутренний короб (5), в который подают поток газа горения для реализации указанного противотока.

12. Установка по п.9, в которой используют средства для дополнительного охлаждения потока отходящих газов до температур около 4°С или ниже, при этом секция СПН выполнена с возможностью нагрева потока сжигаемого газа приблизительно до 371°С; имеются средства непрерывного регулирования расхода газа и соотношения количеств кислорода и содержащегося по большей части CO₂ в потоке сжигаемого газа с целью оптимизации температуры в котле и скорости газа горения; имеются средства, обеспечивающие подачу нагретых и по большей части не содержащих влагу отходящих газов, протекающих через СПН, для вдувания в котел распыленного или измельченного или дробленого топлива; и средства регулирования температуры верхней зоны котла путем регулирования температуры с помощью отходящих газов, влажность которых составляет менее 1%.

13. Установка по п.9, которая, кроме того, включает средства непрерывного регулирования массового расхода и соотношения количеств О₂ и главным образом CO₂ в потоке газа горения с помощью газодувок с приводом бесступенчатого регулирования скорости вращения (БРСВ) для оптимизации температуры в котле и скорости газа; средства, обеспечивающие подачу нагретых и по большей части не содержащих влагу отходящих газов, протекающих через СПН, для вдувания в котел распыленного или измельченного или дробленого топлива; и средства регулирования температуры верхней зоны котла путем регулирования температуры с помощью газодувок с приводом бесступенчатого регулирования скорости вращения (БРСВ), используя отходящие газы, содержащие в основном СО₂, и более чем 95% CO₂.

14. Способ работы парогенерирующей установки для энергоустановки, работающей по циклу Ренкина, содержащей котел (1) с зоной (1а) сжигания топлива и зонами (2, 3) радиационного и конвективного теплообмена для генерации пара и теплоизолированную секцию предварительного нагрева газа горения СПН (4), объединенную с котлом таким образом, что поток отходящих газов из котла протекает через СПН, а поток газа горения движется в противотоке, при этом указанный способ включает в себя передачу тепла потоку газа горения посредством косвенного теплообмена при противоточном движении относительно потока отходящих газов в течение продолжительного периода времени нахождения потока в СПН, причем в результате теплообмена температура потока отходящих газов уменьшается почти до температуры окружающей среды или ниже, до температуры конденсации влаги; удаление в СПН твердых частиц из потока отходящих газов; дополнительное охлаждение потока отходящих газов до температуры в интервале 0-10°С для конденсирования дополнительного количества влаги; разделение дополнительно охлажденного потока отходящих газов на первую основную часть и вторую часть; объединение указанной первой части потока с О₂ с образованием потока газа горения, содержащего O₂ и главным образом СО₂, и подачу этого потока в СПН, где он нагревается в процессе косвенного противоточного теплообмена с потоком отходящих газов в течение продолжительного промежутка времени для достижения температуры по меньшей мере около 260°С; транспортирование высокотемпературного потока газа горения из СПН по теплоизолированному трубопроводу (6) в зону (1а) горения котла для сжигания в ней топлива; удаление из СПН твердых частиц.

15. Способ по п.14, в котором твердые частицы удаляют из потока отходящих газов и из СПН за счет гравитационного осаждения и периодического использования вакуумных фильтров с обратной промывкой горячим газом, направляемым в СПН.

16. Способ по п.14, в котором время прохождения через СПН потока отходящих газов, вытекающих из котла, составляет по меньшей мере 15 с.

17. Способ по п.14, в котором секция СПН включает в себя расположенный выше по потоку входной участок, проходящий вниз промежуточный участок и расположенный ниже по потоку нижний выходной участок, при этом средства дополнительного охлаждения соединены с выходным участком, и в результате охлаждения и конденсации влаги объем потока отходящих газов уменьшается так, что его скорость снижается до 3,3 м/с или до меньшей величины.

18. Способ по п.14, в котором скорость газов, измеренная на выходе котла (3) составляет приблизительно 9 м/с или менее.

19. Способ по п.14, в котором содержание кислорода в потоке газа горения регулируют для поддерживания избытка кислорода в зоне горения топлива не более чем 3% по отношению к необходимому его стехиометрическому содержанию для сжигания топлива.

20. Способ по п.14, в котором массовый расход и соотношения кислорода и по большей части СО₂ в потоке газа горения непрерывно регулируют за счет использования газодувок с регулируемой скоростью вращения для оптимизации температуры в котле и скорости газа горения; нагретый поток отходящих газов с влажностью не более 1% подают через СПН и используют для вдувания в зону горения котла распыленного или измельченного или дробленого топлива; и температуру верхней зоны котла регулируют с помощью отходящих газов, влажность которых составляет не более 1%.

21. Способ по п.14, в котором время прохождения через СПН потока отходящих газов, вытекающих из котла, составляет около 30 с или более.