PL177992B1 - Układ do spalania z obiegowym złożem fluidalnym - Google Patents

Abstract

1. Uklad do spalania z obiegowym zlozem fluidalnym skladajacy sie z pieca z obiegowym zlozem fluidalnym, podlaczonego do separatora oddzielajacego sfluidyzowane substancje stale od spalin, który z kolei poprzez uklad zasilajacy jest polaczony z wymiennikiem ciepla ze zlozem fluidalnym zawierajacym co najmniej czesc ob- wodu podgrzewacza i co najmniej czesc obwodu przegrzewacza, znamienny tym, ze pomiedzy koncowa sekcja przegrzewacza (50), a poczatko- wa sekcja podgrzewacza (40) i koncowa sekcja podgrzewacza (42) jest umieszczony dodatkowy przewód (70) z zaworem (72) regulujacy doplyw plynu do koncowej sekcji podgrzewacza (42), zas za koncowa sekcja podgrzewacza (42) jest umie- szczony upust (74) z umieszczonym na nim regu- latorem (76) stanu przerwania spalania w piecu (12) i stanu przerwania przeplywu plynu w pod- grzewaczu. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do spalania z obiegowym złożem fluidalnym.

Istnieje wiele przyczyn, dla których spalanie w złożu fluidalnym cieszy się uznaniem. Jedną z bardziej znaczących jest możliwość spalania w nim paliw o wysokiej zawartości siarki w sposób nie zanieczyszczający środowiska naturalnego i bez stosowania płuczek wieżowych do oczyszczania spalin. W procesie spalania w złożu fluidalnym większość siarki znajdującej się w paliwie jest usuwana za pomocą sorbentu znajdującego się w złożu fluidalnym; zazwyczaj jest to kamień wapienny. W procesie tym powstaje bardzo mało tlenków azotu, ponieważ spalanie odbywa się w bardzo niskich temperaturach.

Jednym z typów złoża fluidalnego do spalaniajest obiegowe złoże fluidalne. W urządzeniu tego typu prędkości gazów w piecu są trzy-cztery razy większe niż w konwencjonalnych pęcherzykowych złożach fluidalnych. W piecu wędrujądo góry cząsteczki substancji stałych. Powstaje w nim jednorodna i o małej gęstości mieszanina gazu i cząstek stałych. Cząstki stałe poruszają się w piecu z dużo mniejszą prędkością niż gaz, w związku z czym pozostają w nim znacznie dłużej. Długi czas przebywania w piecu w połączeniu z małymi wymiarami cząstek umożliwia uzyskanie wysokiej sprawności spalania i wysokiej sprawności usuwania tlenków siarki za pomocą małych ilości kamienia wapiennego.

Wylatujące z pieca do spalania z obiegowym złożem fluidalnym cząstki stałe sąoddzielane od gazu za pomocą urządzeń cyklonowych. Cząstki te opadają na dół i wylatują z cyklonu przez odpowiednie urządzenie syfonowe lub podobny zespół uszczelniający. W niektórych konstrukcjach część tych cząstek stałych można kierować do fluidalnego wymiennika ciepła, a pozostałe bezpośrednio do pieca. Ciepło odzyskane z cząstek stałych we fluidalnym wymienniku ciepła można wykorzystać do dodatkowego odparowania, ogrzewania i/lub przegrzewania.

ΠΊ 992

Konwencjonalnym sposobem zapobiegania powstawaniu nadmiernej wilgoci w niskociśnieniowych stopniach turbin parowych jest przerwanie procesu rozszerzania się pary wodnej, odprowadzenie pary w celu jej podgrzania przy stałym ciśnieniu, a następnie ponownym doprowadzeniu jej do niskociśnieniowych stopni turbiny. Proces ten jest znany jako przegrzew międzystopniowy. W systemach z obiegowym złożem fluidalnym przegrzew ten można zrealizować w konwekcyjnej części pieca, we fluidalnym wymienniku ciepła albo w obu tych zespołach. W przypadku przegrzewania pary we fluidalnym wymienniku ciepła, bez względu na to, czy tylko w nim czy też w połączeniu z przegrzewem w konwekcyjnej części pieca, pojawia się problem działania układu w warunkach niestabilnych, na przykład w przypadku nagłego spadku zasilania lub zatrzymania turbiny. W takiej sytuacji następuje odcięcie dopływu płynu do przegrzewacza, ale jego powierzchnia jest nadal silnie obciążona termicznie, ponieważ nie nastąpiło równoczesne odcięcie dopływu energii cieplnej.

Celem wynalazku jest zapewnienie dopływu płynu do przegrzewacza we fluidalnym wymienniku ciepła działającym w instalacji do spalania z obiegowym złożem fluidalnym po odcięciu normalnego dopływu do niego płynu. Konkretniej, wynalazek polega na odprowadzeniu części pary z obwodu pierwotnego po zakończeniu przegrzewu, w celu zapewnienia dopływu płynu do podgrzewacza na wypadek spadku zasilania lub wyłączenia turbiny, powodującego przerwanie normalnego dopływu płynu do podgrzewacza.

Układ do spalania z obiegowym złożem fluidalnym składający się z pieca z obiegowym złożem fluidalnym, podłączonego do separatora oddzielającego sfluidyzowane substancje stałe od spalin, który z kolei poprzez układ zasilającyjest połączony z wymiennikiem ciepła ze złożem fluidalnym zawierającym co najmniej część obwodu podgrzewacza i co najmniej część obwodu przegrzewacza, znamienny tym, że pomiędzy końcową sekcją przegrzewacza, a początkową sekcją podgrzewacza i końcową sekcją podgrzewacza jest umieszczony dodatkowy przewód z zaworem regulujący dopływ płynu do końcowej sekcji podgrzewacza, zaś za końcową sekcją podgrzewacza jest umieszczony upust z umieszczonym na nim regulatorem stanu przerwania spalania w piecu i stanu przerwania przepływu płynu w podgrzewaczu.

Przy otwartym zaworze przewód jest wypełniony płynem stanowiącym parę wodną.

W położeniu otwarcia zaworu, końcowa sekcja podgrzewacza jest wypełniona parą wodną o obniżonym ciśnieniu.

W położeniu otwarcia zawór stanowi zespół obniżający ciśnienie pary wodnej.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym pokazano układ do spalania z obiegowym złożem fluidalnym wraz z układem zabezpieczającym przegrzewacz według wynalazku.

Na rysunku pokazano typowe urządzenie spalające z obiegowym złożem fluidalnym, którego głównym zespołemjest piec 12. Węgiel i kamień wapienny są podawane do pieca 12 z koszy zasypowych, odpowiednio, 14 i 16. Pierwotne powietrze fluidyzujące jest doprowadzane przewodem 18 do komory ciśnieniowej znajdującej się w dnie pieca 12, natomiast wtórne powietrze do spalania - przewodem 20. W górnej części pieca 12 znajdują się ekrany wodne. Para powstająca w ekranach wodnych jest odprowadzana przewodem 22 do walczaka parowego 24, natomiast woda dopływa do ekranów wodnych przewodem 26.

Cząstki stałe, odprowadzane z pieca 12 wraz ze spalinami, są oddzielane od spalin w separatorze cyklonowym 28. Cząstki te są następnie odprowadzane z dna separatora cyklonowego 28 i kierowane do opisanej poniżej dalszej obróbki. Natomiast gazy spalinowe wypływają z górnej części separatora cyklonowego 28 przewodem 30 i płyną przez sekcję konwekcyjną 32. Następnie gazy spalinowe można oczyszczać w odpylaczu i wykorzystywać do wstępnego ogrzania doprowadzanego powietrza do spalania przed jego doprowadzeniem do złoża.

Para nasycona wypływa z walczaka parowego 24 i wpływa do chłodzonego parąprzewodu 30 i sekcji konwekcyjnej 32, a następnie przepływa przez pierwszą baterię rurek konwekcyjnych 34, a potem przez drugąbaterię rurek konwekcyjnych 35 (w niektórych konstrukcjach jest to końcowy

177 992 przegrzewacz). Następnie para płynie do końcowej sekcji przegrzewacza 50 fluidalnego wymiennika ciepła 44, gdzie jest podgrzewana do temperatury końcowej, a stamtąd przewodem 51 do turbiny wysokiego ciśnienia 36. Para wypływająca przewodem 38 z turbiny wysokiego ciśnienia 36 płynie do wlotowej sekcji 40 przegrzewacza w sekcji konwekcyjnej 32, gdzie jest częściowo podgrzewana. Z wlotowej sekcji podgrzewacza 40 para płynie do końcowej sekcji 42 podgrzewacza w opisanym dalej fluidalnym wymienniku ciepła 44. Następnie ogrzana para jest doprowadzana do turbiny niskiego ciśnienia 46. Para wypływająca przewodem 48 z turbiny niskiego ciśnienia 46 płynie z powrotem do kotła, zazwyczaj przechodząc jeszcze przez podgrzewacz (nie pokazany).

W dolnej części separatora cyklonowego 28 znajduje się syfon 52 lub podobne urządzenie uszczelniające. Jest to rodzaj zaworu niemechanicznego, kierującego przeciwciśnieniowo cząstki stałe, zebrane w separatorze cyklonowym 28, z powrotem do pieca 12. Cząstki te płynąw dół po stronie wlotowej syfonu 52, w górę po jego stronie wylotowej, a następnie przewodem 54 z powrotem do pieca 12. Dolna część syfonu 52 jest zazwyczaj sfluidyzowana, dzięki czemu materiał znajdujący się w syfonie 52 może być z obu stron na różnych poziomach. Różnica poziomów odzwierciedla różnicę ciśnień w syfonie 52. Cząstki stałe, wpływające od strony wlotowej, wypierają cząstki wypływające następnie od strony wylotowej.

W dolnej części syfonu 52 znajduje się przewód 56 odprowadzający cząstki stałe. Na przewodzie 56 jest umieszczony zawór regulacyjny 58, który jest również określany jako zawór czopowy, i jest używany do regulacji przepływu cząstek stałych. Zawór 58 służy do regulacji temperatury przegrzewania pary poprzez sterowanie ilościągorących cząstek odprowadzanych z syfonu 52 i wprowadzanych do zewnętrznego fluidalnego wymiennika ciepła 44.

Wymiennik ciepła 44 jest pęcherzykowym fluidalnym wymiennikiem ciepła złożonym z kilku komór oddzielonych od siebie przegrodami przelewowymi. W komorach tych znajdująsię zanurzone wiązki rurek określane wcześniej jako końcowa sekcja podgrzewacza 42 i końcowa sekcja przegrzewacza 50. Gorące cząstki wpływają przewodem 56 do fluidalnego wymiennika ciepła 44, gdzie sąfluidyzowane i oddają ciepło powierzchniom końcowej sekcji podgrzewacza 42 i końcowej sekcji przegrzewacza 50. Początkowo cząstki stałe wpływają do komory dystrybucyjnej 64 cząstek stałych, a następnie stopniowo przepływają z jednej komory do drugiej i w końcu wypływająca zewnątrz przewodem wylotowym 66 i wracająz powrotem do pieca 12. Powietrze fluidyzujące do fluidalnego wymiennika ciepła 44 jest doprowadzane przewodem 68, i jest podawane do każdej komory.

W razie spadku zasilania lub wyłączenia turbiny, odcinany jest dopływ paliwa, kamienia wapiennego i powietrza do pieca 12. Płyn zasilający może, ale nie musi, dopływać, natomiast nie ustaje pomimo spadku ciśnienia przepływ wody przez ekrany wodne ani przegrzewacz. Pomimo przepływu płynu w obwodzie pierwotnym (ekrany wodne, przegrzewacz, etc), płyn nie płynie z turbiny wysokiego ciśnienia 36 ani przez wstępną sekcję podgrzewacza 40 ani końcową sekcję podgrzewacza 42. Ponieważ cząstki znajdujące się w stanie niesfluidyzowanym nie pokrywają całej powierzchni podgrzewacza we fluidalnym wymienniku ciepła 44, to rurki zanurzone w cząstkach stałych podgrzewają się i rozszerzająw innym stopniu niż rurki nie zanurzone. Niniejszy wynalazek zapewnia przepływ płynu przez końcową sekcję 42 na wypadek nagłego odcięcia normalnego dopływu płynu do podgrzewacza, a tym samym zapobiega nierównomiernemu ogrzewaniu metali, z jakich jest on wykonany.

Ponieważ nadal istnieje przepływ w obwodzie pierwotnym po wyłączeniu lub awarii turbiny, istnieje też stałe źródło płynu (pary wodnej lub wody) na wylocie przegrzewacza końcowego 50. W związku z tym, przewód 70 z zaworem 72 łączy przewód wylotowy 51 końcowej sekcji przegrzewacza 50 z wlotem do końcowej sekcji podgrzewacza 42. Zawór 72 jest zaworem sterowanym mechanicznie, który otwiera się w razie odcięcia zasilania. Spadek ciśnienia na zaworze 72 jest bardzo duży, w związku z czym po jego otwarciu nadciśnienie i temperatura pary wysokociśnieniowej, wynoszące odpowiednio 156,6· 10⁵ Pa i około 540°C, spadają odpowiednio do około 48-105 Pa i około 499°C. Podane wartości są tylko przykładowe i nie oznaczają wartości granicznych dla niniejszego wynalazku. Zadaniem przewodu 70 i zaworu 72 jest doprowadzanie m 992 części pary wodnej z przegrzewacza do podgrzewacza w celu ochłodzenia tego ostatniego. Na przykład, do tego celu może wystarczyć około 7 do 10% pary wodnej wylatującej z przegrzewacza, ale zależy to od konkretnej konstrukcji każdego urządzenia z instalacją fluidalną.

W celu uzyskania prawidłowego przepływu przez końcową sekcję podgrzewacza 42 zawracanej pary wodnej, umieszczono za nim zawór wentylacyjny otwierany do atmosfery lub przewód drenażowy 74 z zaworem 76. Zawór 76, podobnie jak zawór 72, jest sterowanym mechanicznie otwierającym się w razie awarii bądź wyłączenia turbiny. Po jego otwarciu para wodna może swobodnie płynąć przez końcową sekcję podgrzewacza 42. Para ta odbiera ciepło od końcowej sekcji podgrzewacza 42 i pomaga w zachowaniu równomiernego i dopuszczalnego termicznego rozszerzania się rurek, co umożliwia bezpieczne zmniejszenie ciśnienia w kotle bez konieczności zasilania elektrycznego.

177 992

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do spalania z obiegowym złożem fluidalnym składający się z pieca z obiegowym złożem fluidalnym, podłączonego do separatora oddzielającego sfluidyzowane substancje stałe od spalin, który z kolei poprzez układ zasilającyjest połączony z wymiennikiem ciepła ze złożem fluidalnym zawierającym co najmniej część obwodu podgrzewacza i co najmniej część obwodu przegrzewacza, znamienny tym, że pomiędzy końcową sekcją przegrzewacza (50), a początkową sekcją podgrzewacza (40) i końcową sekcją podgrzewacza (42) jest umieszczony dodatkowy przewód (70) z zaworem (72) regulujący dopływ płynu do końcowej sekcji podgrzewacza (42), zaś za końcową sekcjąpodgrzewacza (42) jest umieszczony upust (74) z umieszczonym na nim regulatorem (76) stanu przerwania spalania w piecu (12) i stanu przerwania przepływu płynu w podgrzewaczu.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przy otwartym zaworze (72) przewód (70) jest wypełniony płynem stanowiącym parę wodną.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że w położeniu otwarcia zaworu (72), końcowa sekcja podgrzewacza (42) jest wypełniona parą wodną o obniżonym ciśnieniu.
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że w położeniu otwarcia zawór (72) stanowi zespół obniżający ciśnienie pary wodnej.