RU2601783C1

RU2601783C1 - Direct-flow steam boiler on solid fuel with inverted combustion chamber for steam-turbine power unit of ultra-supercritical steam parameters

Info

Publication number: RU2601783C1
Application number: RU2015148275/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Лазаревич Шварц; Елена Владимировна Сомова; Эдуард Хаймович Вербовецкий; Андрей Владимирович Смолин; Алексей Александрович Чугреев
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-11-10

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: field of use: heat power industry. Direct-flow steam boiler on solid fuel for steam-turbine power unit of ultra-supercritical steam parameters contains invert furnace chamber 10, screened with airtight steam-generating tube panels, top and bottom radiation parts, lifting and lowering convection gas ducts 70 and 90, horizontal connecting gas duct 60 between furnace chamber 10 and lifting convective gas duct 70, rotary chamber 80 between said lifting and lowering convective gas ducts 70 and 90 in their upper part. Output collectors of pipe panels of first pass of lower radiation part of shielding of furnace chamber 10 are connected by bypass pipes with inlet collectors of corresponding pipe panels of second pass to provide descending movement of working medium, under horizontal connecting gas duct 60 there is a separate screening ash removal funnel 63.

EFFECT: invention shall ensure reduced thermal strains in steam generating pipe panels of second pass of lower radiation part; elimination of hydrodynamic instability of working medium in pre-launch modes of boiler, preventing drift of ash of horizontal connection gas duct, providing minimum length of hot steam lines.

1 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при проектировании предназначенных для работы на твердом топливе паротурбинных энергоблоков большой мощности с ультрасверхкритическими параметрами острого пара и пара промежуточного перегрева (700°С, 35 МПа).The invention relates to the field of power engineering and can be used in designing high-power steam turbine power units designed for operation on solid fuel with ultra-supercritical parameters of sharp steam and intermediate overheating steam (700 ° C, 35 MPa).

Предшествующий уровень техникиState of the art

Большинство современных энергетических паровых котлов, в том числе прямоточных, имеют П-образную или Т-образную компоновку с восходящим движением газообразных продуктов сгорания в топочной камере и расположением теплообменных пакетов пароперегревателей острого пара и пара промежуточного перегрева в верхней части опускного конвективного газохода и частично в переходном газоходе, соединяющем верхнюю часть топочной камеры с одним (П-образная компоновка) или двумя (Т-образная компоновка) опускными конвективными газоходами (С.Е. Беликов, В.Р. Котлер / Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы // М., 2008, с. 11, рис. 1.4 а, б - аналог [1]).Most modern energy steam boilers, including direct-flow boilers, have a U-shaped or T-shaped arrangement with the upward movement of gaseous products of combustion in the combustion chamber and the location of the heat exchange packages of superheaters of steam and intermediate superheat in the upper part of the lower convective gas duct and partially in the transition gas duct connecting the upper part of the combustion chamber with one (U-shaped arrangement) or two (T-shaped arrangement) lowering convective flues (S.E. Belikov, VR Kotler / Boilers of thermal power plants and atmospheric protection // M., 2008, p. 11, Fig. 1.4 a, b - analogue [1]).

Недостатком таких компоновок парового котла является большая протяженность паропроводов, соединяющих котел с паровой турбиной энергоблока, из-за существенной разницы (несколько десятков метров) между высотными отметками расположения узлов подключения указанных паропроводов к выходным коллекторам пароперегревателей котла и к входам в соответствующие цилиндры паровой турбины энергоблока. В условиях ползучести металла под действием внутреннего давления высокотемпературной рабочей среды и весовых нагрузок излишняя протяженность паропроводов делает их менее надежными из-за высокой вероятности быстрого появления повреждений.The disadvantage of such steam boiler layouts is the large length of the steam pipelines connecting the boiler to the steam turbine of the power unit, due to the significant difference (several tens of meters) between the elevations of the location of the nodes for connecting these steam pipelines to the output collectors of the boiler superheaters and to the entrances to the corresponding cylinders of the steam turbine of the power unit. Under the conditions of metal creep under the influence of the internal pressure of a high-temperature working medium and weight loads, the excessive length of the steam pipelines makes them less reliable due to the high probability of rapid damage.

Переход на ультрасверхкритические параметры пара приводит к дополнительной проблеме чрезмерно высокой стоимости металла паропроводов, изготавливаемых из жаропрочных никелевых сплавов. Данное обстоятельство существенно усугубляет недостатки указанных традиционных компоновочных схем парового котла.The transition to ultra-supercritical steam parameters leads to an additional problem of the excessively high cost of metal steam pipelines made from heat-resistant nickel alloys. This circumstance significantly aggravates the disadvantages of these traditional layout schemes of a steam boiler.

Применяется также в ряде случаев башенная компоновка котла с конвективным газоходом над топочной камерой ([1], рис 1.4 в). С точки зрения протяженности паропроводов такая компоновка еще более неблагоприятна, чем описанные выше котлы с П-образной и Т-образной компоновкой.The tower layout of the boiler with a convective gas duct above the combustion chamber is also used in some cases ([1], Fig. 1.4 c). From the point of view of the length of the steam pipelines, such an arrangement is even more unfavorable than the boilers described above with a U-shaped and T-shaped layout.

Известен прямоточный паровой котел на твердом топливе для паротурбинного энергоблока ультрасверхкритических параметров пара, содержащий:Known direct-flow steam boiler for solid fuel for a steam turbine power unit of ultra-supercritical parameters of steam, containing:

инвертную топочную камеру, стены которой по периметру экранированы вертикально расположенными газоплотными парогенерирующими трубными панелями, соединенными между собой при помощи подключенных к их коллекторам перепускных труб с образованием нижней радиационной части с двухходовым движением в трубах рабочей среды и верхней радиационной части;an invert combustion chamber, the walls of which are perimeter shielded by vertically arranged gas-tight steam-generating tube panels, interconnected by means of bypass pipes connected to their collectors with the formation of the lower radiation part with two-way movement in the pipes of the working medium and the upper radiation part;

последовательно расположенные подъемный и опускной конвективные газоходы;sequentially located lifting and lowering convective flues;

экранированный горизонтальный соединительный газоход между указанными инвертной топочной камерой и подъемным конвективным газоходом в их нижней части;shielded horizontal connecting flue between the indicated invert combustion chamber and the convection lifting duct in their lower part;

поворотную камеру между указанными подъемным и опускным конвективными газоходами в их верхней части;a rotary chamber between the specified lifting and lowering convective flues in their upper part;

расположенные в указанном горизонтальном соединительном газоходе ширмовые или конвективные пакеты пароперегревателя острого пара и пара промежуточного перегрева;screen or convective packages of a hot steam superheater and intermediate superheat located in the specified horizontal connecting gas duct;

расположенные в подъемном газоходе выходные ступени пароперегревателя острого пара и пароперегревателя промежуточного перегрева;the output stages of the hot steam superheater and the intermediate superheater located in the lifting gas duct;

подключенный к выходному коллектору указанной выходной ступени пароперегревателя острого пара паропровод острого пара, подаваемого на вход цилиндра высокого давления паровой турбины указанного паротурбинного энергоблока;connected to the output manifold of the specified output stage of the hot steam superheater, the steam pipe of the sharp steam supplied to the inlet of the high pressure cylinder of the steam turbine of the specified steam turbine power unit;

подключенный к выходному коллектору указанной выходной ступени пароперегревателя пара промежуточного перегрева паропровод пара промежуточного перегрева, подаваемого на вход цилиндра среднего давления турбины указанного паротурбинного энергоблока;connected to the output manifold of the specified output stage of the superheater of the intermediate superheat steam, the steam pipe of the intermediate superheat supplied to the inlet of the medium pressure cylinder of the turbine of the specified steam turbine power unit;

шлакоотводящую воронку, расположенную под инвертной топочной камерой, и золоотводящие воронки - под подъемным и опускным конвективными газоходамиa slag outlet funnel located under the invert combustion chamber, and an ash funnel under the lifting and lower convective flues

(US 2013239909 (А-1) - 2013-09-19 - ближайший аналог [2]).(US 2013239909 (A-1) - 2013-09-19 - the closest analogue [2]).

Компоновка прямоточного парового котла с инвертным расположением топочной камеры согласно [2] позволяет существенно сократить протяженность паропроводов за счет размещения пароперегревателей котла в его нижней части ближе к отметке расположения узлов подключения указанных паропроводов к турбине. Для энергоблоков мощностью 660-800 МВт переход от П-образной или Т-образной компоновки к компоновке с инвертной камерой сгорания позволяет сократить протяженность паропроводов на 40-50 м. По сравнению с башенной компоновкой указанная разница составляет 50-60 м.The layout of a once-through steam boiler with an invert arrangement of the combustion chamber according to [2] allows one to significantly reduce the length of steam pipelines due to the placement of boiler superheaters in its lower part closer to the location mark of the nodes for connecting these steam pipelines to the turbine. For power units with a capacity of 660-800 MW, the transition from a U-shaped or T-shaped arrangement to an arrangement with an invert combustion chamber can reduce the length of steam pipelines by 40-50 m. Compared to the tower layout, this difference is 50-60 m.

К недостаткам компоновки прямоточного котла [2], по сравнению с традиционной компоновкой [1], следует отнести появление других причин уменьшения надежности работы котла, связанных:The disadvantages of the layout of the direct-flow boiler [2], in comparison with the traditional layout [1], include the appearance of other reasons for reducing the reliability of the boiler, related:

во-первых, с увеличением температурных напряжений в парогенерирующих трубных панелях второго хода нижней радиационной части из-за встречного движения теплообменивающихся сред при обычной схеме восходящего направления движения в трубах рабочей среды;firstly, with an increase in temperature stresses in the steam generating tube panels of the second stroke of the lower radiation part due to the oncoming motion of heat-exchanging media in the usual scheme of the upward direction of movement in the pipes of the working medium;

во-вторых, с возможным заносом золой горизонтального соединительного газохода с установленными в нем пароперегревательными пакетами.secondly, with a possible drift of ash of the horizontal connecting gas duct with the superheater packages installed in it.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является повышение надежности работы прямоточного парового котла ультрасверхкритических параметров пара, компоновка которого предусматривает использование инвертной камеры сгорания, а техническими результатами -The objective of the invention is to increase the reliability of a once-through steam boiler of ultra-supercritical steam parameters, the layout of which involves the use of an invert combustion chamber, and technical results -

уменьшение температурных напряжений в парогенерирующих трубных панелях второго хода нижней радиационной части;reduction of temperature stresses in the steam generating tube panels of the second stroke of the lower radiation part;

устранение возможности гидравлической неустойчивости рабочей среды в парогенерирующих трубах на всех режимах работы котла;elimination of the possibility of hydraulic instability of the working medium in steam-generating pipes at all boiler operating modes;

устранение возможности заноса золой горизонтального соединительного газохода.elimination of the possibility of drift of horizontal connecting duct by ash.

Дополнительным техническим результатом изобретения является минимизация протяженности паропроводов острого пара и пара промежуточного перегрева.An additional technical result of the invention is to minimize the length of the steam pipelines of sharp steam and intermediate steam overheating.

Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, чтоThe solution of this problem by achieving the specified technical results is ensured by the fact that

в прямоточном паровом котле на твердом топливе для паротурбинного энергоблока ультрасверхкритических параметров пара, содержащем:in a direct-flow solid fuel boiler for a steam turbine power unit of ultra-supercritical steam parameters, containing:

шлакоотводящую воронку, расположенную под инвертной топочной камерой, и золоотводящие воронки - под подъемным и опускным конвективными газоходами,a slag outlet funnel located under the invert combustion chamber, and an ash funnel under the lifting and lowering convective flues,

согласно изобретению:according to the invention:

выходные коллекторы указанных трубных панелей 40 первого хода нижней радиационной части экранирования указанной инвертной топочной камеры соединены перепускными трубами со входными коллекторами соответствующих трубных панелей 50 второго хода так, чтобы в панелях указанного второго хода было обеспечено нисходящее движение рабочей среды;the output manifolds of said tube panels 40 of the first stroke of the lower radiation shielding portion of said invert furnace chamber are connected by bypass pipes to the input manifolds of the respective tube panels 50 of the second stroke so that downward movement of the working medium is provided in the panels of said second stroke;

суммарное проходное сечение парогенерирующих труб указанных панелей хода нижней радиационной части с опускным движением рабочей среды выбрано из условия обеспечения в пусковых режимах работы котла массовой скорости указанной рабочей среды, достаточно высокой для предотвращения характерной для этих режимов гидравлической неустойчивости;the total flow area of the steam generating pipes of the indicated panels of the lower radiation part with the downward movement of the working medium is selected from the condition that the starting speed of the boiler ensures the mass speed of the specified working medium high enough to prevent the hydraulic instability characteristic of these modes;

под горизонтальным соединительным газоходом 60 установлена отдельная экранированная золоотводящая воронка или пространство под указанным горизонтальным соединительным газоходом сообщено с зоной действия двух смежных воронок: шлакоотводящей 12 и золоотводящей 76, или одной из них.under the horizontal connecting flue 60, a separate shielded ash outlet funnel or space under the specified horizontal connecting flue is connected with the action area of two adjacent funnels: slag outlet 12 and ash outlet 76, or one of them.

Прямоточный котел согласно изобретению заглублен в землю до отметки, выбранной из условия обеспечения минимальной протяженности указанных паропровода острого пара и паропровода пара промежуточного перегрева.The direct-flow boiler according to the invention is buried in the ground to a mark selected from the condition of ensuring the minimum length of the indicated steam line of the hot steam and steam line of the intermediate overheating.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и указанными техническими результатами заключается в следующем.A causal relationship between the totality of the essential features of the invention and the indicated technical results is as follows.

Компоновка прямоточного парового котла ультрасверхкритических параметров пара с использованием инвертной топочной камеры, как уже отмечалось выше, позволяет существенно сократить протяженность находящихся под воздействием предельно высоких температур и механических напряжений паропроводов, что повышает надежность работы котла и сокращает расход идущих на их изготовление дорогостоящих никелевых сплавов.The arrangement of a once-through steam boiler of ultra-supercritical steam parameters using an invert combustion chamber, as noted above, can significantly reduce the length of steam pipelines under the influence of extremely high temperatures and mechanical stresses, which increases the reliability of the boiler and reduces the cost of expensive nickel alloys used for their manufacture.

Соединение выходных коллекторов первого хода трубных панелей нижней радиационной части экранирования инвертной топочной камеры перепускными трубами со входными коллекторами соответствующих трубных панелей второго хода так, чтобы в последних было обеспечено нисходящее движение рабочей среды, как уже отмечалось, позволяет уменьшить связанное с инвертным направлением движения продуктов сгорания в топочной камере чрезмерное повышение температуры стенки выходных концов парогенерирующих труб нижней радиационной части с возможным выходом из строя. Данный признак, таким образом, также направлен на повышение надежности работы предлагаемого котла.The connection of the output manifolds of the first stroke of the pipe panels of the lower radiation part of the invert furnace chamber shielding bypass pipes with the input manifolds of the corresponding second-pipe pipe panels so that in the latter the downward movement of the working medium is ensured, as already noted, it allows reducing the combustion products connected with the invert direction the combustion chamber an excessive increase in the temperature of the wall of the output ends of the steam generating pipes of the lower radiation part with a possible a house of order. This feature, therefore, is also aimed at improving the reliability of the proposed boiler.

Выбор суммарного проходного сечения парогенерирующих труб указанных панелей нижней радиационной части с опускным движением рабочей среды из условия обеспечения в пусковых режимах работы котла массовой скорости указанной рабочей среды, достаточно высокой для предотвращения характерной для этих режимов гидравлической неустойчивости, дополнительно повышает надежность работы прямоточного котла с инвертной топочной камерой за счет устранения возможности указанной гидравлической неустойчивости на этих режимах.The choice of the total flow area of the steam generating pipes of the indicated panels of the lower radiation part with the downward movement of the working medium from the condition of ensuring the mass operating speed of the specified working medium in the starting conditions of the boiler, which is high enough to prevent the hydraulic instability characteristic of these modes, further increases the reliability of the in-line boiler with invert furnace camera by eliminating the possibility of the specified hydraulic instability in these modes.

Установка под горизонтальным соединительным газоходом отдельной экранированной золоотводящей воронки или сообщение пространства под указанным горизонтальным соединительным газоходом с зоной действия двух смежных воронок дополнительно повышает надежность работы прямоточного котла с инвертной топочной камерой за счет предотвращения возможного заноса золой указанного газохода, что может привести к существенному повышению аэродинамического сопротивления газохода и к ухудшению условий теплообмена с расположенными в данном и последующих газоходах поверхностями нагрева.The installation under the horizontal connecting flue of a separate shielded ash outlet funnel or the space under the specified horizontal connecting flue with the zone of operation of two adjacent funnels additionally increases the reliability of the direct-flow boiler with an invert combustion chamber by preventing the ash from entering the specified duct, which can lead to a significant increase in aerodynamic drag gas duct and to the deterioration of heat exchange conditions with those located in this and after uyuschih flues heating surfaces.

Углубление котла в землю до отметки, выбранной из условия обеспечения минимальной протяженности указанных паропровода острого пара и паропровода пара промежуточного перегрева, дополнительно повышает надежность работы прямоточного котла с инвертной топочной камерой за счет сокращения протяженности указанных выше паропроводов до предельно возможного уровня.Deepening the boiler to the ground to a mark selected from the condition of ensuring the minimum length of the indicated steam line for steam and intermediate steam overheating further increases the reliability of the direct-flow boiler with an invert combustion chamber by reducing the length of the above steam lines to the maximum possible level.

Изобретательский уровеньInventive step

Патентуемое техническое решение отвечает условию «изобретательский уровень» так как:Patented technical solution meets the condition of "inventive step" as:

все признаки, составляющие независимые пункты приведенной ниже и вытекающей из описания формулы изобретения, взаимосвязаны, будучи направлены на решение единой изобретательской задачи - повышения надежности работы прямоточного парового котла ультрасверхкритических параметров пара, компоновка которого предусматривает использование инвертной камеры сгорания. Исключение любого из этих признаков приводит к практической невозможности использования такой экономически выгодной компоновки указанного котла из-за невысокой степени его эксплуатационной надежности.all the features that make up the independent paragraphs of the following claims and those that follow from the description of the claims are interconnected, aimed at solving a single inventive problem - improving the reliability of the once-through steam boiler of ultra-supercritical steam parameters, the layout of which involves the use of an invert combustion chamber. The exclusion of any of these signs leads to the practical impossibility of using such a cost-effective layout of the specified boiler due to the low degree of its operational reliability.

С другой стороны, отличительные признаки патентуемого изобретения нельзя признать очевидными для специалиста, так как в принятом в качестве ближайшего аналога [2] энергетическом прямоточном паровом котле ультрасверхкритических параметров с такой же, как у патентуемого котла, компоновкой указанные признаки, несмотря на их принципиальную важность, отсутствуют.On the other hand, the distinguishing features of the patented invention cannot be recognized as obvious to the specialist, since the ultrasonic supercritical parameters of the direct-flow energy boiler used as the closest analogue [2] are the same as the patented boiler, the arrangement of these features, despite their fundamental importance, are absent.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 схематически изображен общий вид прямоточного парового котла согласно изобретению с отдельной золоотводящей воронкой под горизонтальным соединительным газоходом; на фиг 2 - то же с горизонтальным соединительным газоходом, охваченным зонами действия двух сомкнутых основаниями воронок; на фиг. 3 - то же с горизонтальным соединительным газоходом, охваченным зоной действия золоотводящей воронки подъемного конвективного газохода; на фиг. 4 - то же с частичным углублением котла в землю; на фиг. 5 - схематически изображено двухходовое экранирование нижней радиационной части инвертной топочной камеры.In FIG. 1 schematically shows a general view of a once-through steam boiler according to the invention with a separate ash outlet funnel under a horizontal connecting flue; in Fig.2 - the same with a horizontal connecting duct covered by the zones of action of two funnels closed by bases; in FIG. 3 - the same with the horizontal connecting flue covered by the zone of action of the ash outlet funnel of the convective lifting gas duct; in FIG. 4 - the same with a partial deepening of the boiler into the ground; in FIG. 5 - schematically shows a two-way shielding of the lower radiation part of the invert combustion chamber.

Условные обозначенияLegend

ВП - воздухоподогреватель;VP - air heater;

ВРЧ - верхняя радиационная часть;VChR - upper radiation part;

ВЭ - водяной экономайзер;VE - water economizer;

ГСГ - горизонтальный соединительный газоход;GHA - horizontal connecting flue;

ЗОВ - золотводящая воронка;CALL - a gold-conducting funnel;

ИТК - инвертная топочная камера;ITK - invert combustion chamber;

КП - конвективный пакет;KP - convective package;

НРЧ - нижняя радиационная часть;NRCh - lower radiation part;

ОКГ - опускной конвективный газоход;OKG - lowering convective gas duct;

СКВ - селективный каталитический восстановитель оксидов азота;SCR - selective catalytic reducing agent of nitrogen oxides;

ПКГ - подъемный конвективный газоход;PKG - convection lift gas duct;

ПГТП - парогенерирующая трубная панель;ПГТП - steam generating pipe panel;

ППК - прямоточный паровой котел;PPK - direct-flow steam boiler;

ППО - пароперегреватель острого пара;PPO - steam superheater;

ПППр - пароперегреватель пара промежуточного перегрева;PPPr - superheater steam intermediate overheating;

ШОВ - шлакоотводящая воронка;SEAM - slag-removing funnel;

ШП - ширмовый пакет;ШП - screen pack;

ПТЭ - паротурбинный энергоблок;PTE - steam turbine power unit;

УСКП - ультрасверхкритические параметры;USKP - ultra-supercritical parameters;

ЦВД - цилиндр высокого давления паровой турбины;CVP - high pressure cylinder of a steam turbine;

ЦСД - цилиндр среднего давления паровой турбины.CSD - medium pressure cylinder of a steam turbine.

Перечень позиций на чертежах:The list of positions in the drawings:

10 - ИТК; 11 - горелочные устройства; 12 - ШОВ под ИТК; 20 - НРЧ; 30 - ВРЧ; 40 - ПГТП первого хода НРЧ; 50 - ПГТП второго хода НРЧ; 41, 52 - входные коллекторы ПГТП НРЧ; 42, 51 - выходные коллекторы ПГТП НРЧ; 60 - ГСГ; 61 - ШП ППО; 62 - ШП ПППр; 63 - ЗОВ под ГСГ; 70 - ПКГ; 71 - выходной КП ППО; 711 - выходнной коллектор выходного КП ППО; 72 - выходной КП ПППр; 721 - выходной коллектор выходного КП ПППр; 73 - промежуточный КП ППО; 74 - промежуточный КП ПППр; 75 - ВЭ; 76 - ЗОВ под ПКГ; 80 - поворотная камера между ПКГ и ОКГ; 81 - нижняя стенка поворотной камеры; 90 - ОКГ; 91 - СКВ оксидов азота; 92 - ВП; 93 - ЗОВ под ОКГ.10 - ITC; 11 - burner devices; 12 - A seam under ITK; 20 - NRCh; 30 - VLF; 40 - ПГТП of the first NRCh move; 50 - ПГТП of the second NRCh move; 41, 52 - input collectors ПГТП НРЧ; 42, 51 - output collectors ПГТП НРЧ; 60 - GHA; 61 - ШП ППО; 62 - ШП ПППр; 63 - Call under the GHA; 70 - PKG; 71 - output KP PPO; 711 - output collector of the output gearbox of the software; 72 - output gearbox ПППр; 721 - output collector of the output gearbox PPPr; 73 - intermediate KP PPO; 74 - intermediate gearbox ПППр; 75 - renewable energy; 76 - Call under the PKG; 80 - rotary camera between the PCG and the laser; 81 - the bottom wall of the rotary chamber; 90 - laser; 91 - SCR of nitrogen oxides; 92 - VP; 93 - Call under the JAG.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Прямоточный паровой котел (ППК) на твердом топливе для паротурбинного энергоблока (ПТЭ) ультрасверхкритических параметров (УСКП) содержит (фиг. 1-4) инвертную топочную камеру (ИТК) 10, стены которой по периметру экранированы парогенерирующими трубами с образованием нижней радиационной части (НРЧ) 20 и верхней радиационной части (ВРЧ) 30. В обеих указанных радиационных частях экраны собраны из вертикально расположенных газоплотных парогенерирующих трубных панелей (ПГТП). На чертеже (фиг. 5) показаны только НРЧ 20, экранирующая одну из стен ИТК 10. ПГТП 40 и 50 этой НРЧ имеют входные коллекторы соответственно 41, 52 и выходные коллекторы 42, 51. Данные панели соединены между собой по двухходовой схеме движения в трубах рабочей среды. При этом выходной коллектор 42 ПГТП 40 первого хода НРЧ 20 соединен перепускными трубами (не показаны) со входным коллектором 52 ПГТП 50 второго хода так, чтобы в трубах последней было обеспечено нисходящее движение рабочей среды. В примере фиг. 5 (с восходящим движением рабочей среды в ПГТП 40 первого хода) для обеспечения опускного движения рабочей среды в ПГТП 50 второго хода потребовалось соединить между собой верхние коллекторы указанных панелей.A direct-flow solid fuel boiler (PPC) for a steam turbine power unit (PTE) of ultra-supercritical parameters (USPP) contains (Fig. 1-4) an invert combustion chamber (ITC) 10, the walls of which are shielded along the perimeter by steam-generating pipes with the formation of the lower radiation part (LFR) ) 20 and the upper radiation part (TBC) 30. In both of these radiation parts, the screens are assembled from vertically arranged gas-tight steam-generating tube panels (ПГТП). In the drawing (Fig. 5), only the NRF 20 is shown, which shields one of the walls of the ITK 10. ПГТП 40 and 50 of this NRF have input manifolds 41, 52, respectively, and output collectors 42, 51. These panels are interconnected via a two-way pipe movement working environment. In this case, the output manifold 42 ПГТП 40 of the first stroke НРЧ 20 is connected bypass pipes (not shown) with the input manifold 52 ПГТП 50 of the second stroke so that the downward movement of the working medium was provided in the pipes of the latter. In the example of FIG. 5 (with the upward movement of the working medium in the ПГТП 40 of the first stroke), to ensure the lowering movement of the working medium in the ПГТП 50 of the second stroke, it was necessary to connect the upper collectors of these panels to each other.

Суммарное проходное сечение парогенерирующих труб указанных панелей хода НРЧ 20 с опускным движением рабочей среды выбрано из условия обеспечения в пусковых режимах работы котла массовой скорости указанной рабочей среды, достаточно высокой для предотвращения характерной для этих режимов гидравлической неустойчивости. Конкретная величина указанной массовой скорости определяется расчетным путем в зависимости от конкретных параметров рабочей среды, ожидаемой температуры продуктов сгорания в области НРЧ, толщины и удельной теплопроводности металла труб и прочих факторов. Ориентировочно для современных прямоточных паровых котлов с УСКП величина указанной массовой скорости может составлять 900-1200 кг/м²·с.The total flow area of the steam generating pipes of the said NRF 20 stroke panels with the downward movement of the working medium is selected from the condition that the starting speed of the boiler ensures the mass speed of the specified working medium high enough to prevent the hydraulic instability characteristic of these modes. The specific value of the indicated mass velocity is determined by calculation, depending on the specific parameters of the working medium, the expected temperature of the combustion products in the NRF region, the thickness and thermal conductivity of the pipe metal, and other factors. Approximately for modern once-through steam boilers with USPP, the value of the indicated mass velocity can be 900-1200 kg / m ² · s.

ПГТП ВРЧ 30 выполнены с подъемной схемой движения в трубах рабочей среды (на чертеже не показано).ПГТП ВРЧ 30 are made with a lifting scheme of movement in the pipes of the working medium (not shown in the drawing).

В верхней части ИТК 10 расположены горелочные устройства 11 для сжигания пылевидного твердого топлива в смеси с горячим воздухом.In the upper part of the ITC 10, there are burner devices 11 for burning pulverized solid fuel mixed with hot air.

К выходной (нижней) части ИТК 10 последовательно примыкают:To the output (lower) part of the ITC 10 are sequentially adjacent:

экранированный горизонтальный соединительный газоход (ГСГ) 60 с расположенными в нем в данном примере ширмовым пакетом (ШП) 61 пароперегревателя острого пара (ППО) и ШП 62 пароперегревателя пара промежуточного перегрева (ПППр);shielded horizontal connecting gas duct (GHA) 60 with the screen package (ШП) 61 of the hot steam superheater (ППО) and ШП 62 of the intermediate superheater steam superheater (ППр) located in it in this example;

подъемный конвективные газоход (ПКГ) 70 с расположенными по ходу движения газообразных продуктов сгорания выходным конвективным пакетом (КП) 71 ППО, выходным КП 72 ПППр, промежуточный КП 73 ППО, промежуточный КП 74 ПППр и водяной экономайзер (ВЭ) 75;convective gas lift duct (PKG) 70 with the convective exhaust package (KP) 71 PPO located along the course of the movement of the gaseous products of combustion, the output KP 72 PPPr, the intermediate KP 73 PPO, the intermediate KP 74 PPPr and a water economizer (VE) 75;

поворотная камера (ПК) 80;PTZ camera 80;

опускной конвективный газоход (ОКГ) 90 с расположенными в нем по ходу продуктов сгорания установкой селективного каталитического восстановления оксидов азота (СКВ) 91 и воздухоподогревателем (ВП) 92.lowering convective gas duct (OKG) 90 with a selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR) 91 and an air heater (VP) 92 located in it along the combustion products.

К выходным коллекторам 711, 721 соответственно выходных пакетов КП 71 ППО и КП 72 ПППр подключены не показанные на чертеже паропроводы подвода в паровую турбину (не показана) соответственно острого пара и пара промежуточного перегрева.To the output manifolds 711, 721, respectively, of the output packets of KP 71 PPO and KP 72 PPPr, steam pipelines for supplying a steam turbine (not shown), respectively, of sharp steam and intermediate overheating steam, not shown, are connected.

Для отвода шлака и золы из продуктов сгорания твердого топлива под ИТК 10 предусмотрена экранированная шлакоотводящая воронка (ШОВ) 12, под ПКГ 70 и ОКГ 90, а также экранированные золоотводящие воронки (ЗОВ) соответственно 76 и 93.For the removal of slag and ash from solid fuel combustion products, an ITC 10 provides a shielded slag outlet funnel (SHOV) 12, under PKG 70 and OKG 90, as well as shielded ash outlet funnels (CAP) 76 and 93, respectively.

Кроме того, отдельная ЗОВ 63 может быть расположена под ГСГ 60 (фиг. 1, 4). В качестве альтернативных вариантов, обеспечивающих отвод золы из ГСГ 60, предусмотрена возможность охвата пространства под ГСГ 60 зоной действия двух сомкнутых основаниями смежных воронок: ШОВ 12 и ЗОВ 76 (фиг. 2), или одной из них (фиг. 3).In addition, a separate COV 63 may be located under the GHA 60 (Fig. 1, 4). As alternative options that ensure ash removal from the GHA 60, it is possible to cover the space under the GHA 60 with the coverage area of two adjacent funnels closed by the bases: SHOV 12 and GOV 76 (Fig. 2), or one of them (Fig. 3).

В поворотной камере 80 для отвода золы ее нижняя стенка 81 имеет уклон в сторону опускного газохода 90.In the rotary chamber 80 for ash removal, its lower wall 81 has a slope towards the lowering duct 90.

ППК согласно изобретению может быть заглублен в землю до отметки, выбранной из условия обеспечения минимальной протяженности указанных паропровода острого пара и паропровода пара промежуточного перегрева. Для энергоблока мощностью 500-800 МВт это позволяет дополнительно сократить протяженность каждого из паропроводов (острого пара и пара промежуточного перегрева) на величину порядка 20-30 м.The PPK according to the invention can be buried in the ground to a mark selected from the condition of ensuring the minimum length of the indicated steam line of the hot steam and the steam pipe of the intermediate overheating. For a power unit with a capacity of 500-800 MW, this makes it possible to further reduce the length of each of the steam pipelines (sharp steam and intermediate overheating steam) by about 20-30 m.

Работа котлаBoiler operation

ППК УСКП согласно изобретению работает следующим образом.PPK USKP according to the invention works as follows.

Пылевидное твердое топливо в смеси с горячим воздухом, поступающим от ВП 92, подается в горелочные устройства 11, расположенные в верхней части ИТК 10. Газообразные горячие продукты сгорания указанного топлива движутся вдоль ИТК 10 сверху вниз, отдавая часть своей теплоты радиационным путем экранирующим стены ИТК 10 парогенерирующим трубам, собранным в газоплотные ПГТП, образующие НРЧ 20 и ВРЧ 30.Dusty solid fuel mixed with hot air from VP 92 is supplied to burners 11 located in the upper part of the ITC 10. Gaseous hot products of combustion of the specified fuel move along the ITC 10 from top to bottom, giving part of its heat by radiation shielding the walls of the ITC 10 steam generating pipes assembled in gas-tight ПГТП, forming NRCh 20 and VChR 30.

Пройдя ИТК 10, частично охлажденные, но все еще достаточно горячие для нагрева рабочей среды полурадиационным путем (с меньшими объемами излучающих газовых потоков и частичной передачей теплоты конвекцией) продукты сгорания проходят в ГСГ 60 с расположенными в нем ШП ППО 61 и ШП ПППр 62.Having passed ITC 10, partially cooled, but still hot enough to heat the working medium by semi-radiation (with smaller volumes of emitting gas flows and partial heat transfer by convection), the combustion products pass into the GHA 60 with SHPPO 61 and ShPPPpr 62 located in it.

Еще более охлажденные газообразные продукты сгорания проходят через соединенные поворотной камерой 80 конвективные газоходы ПКГ 70 и ОКГ 90, где последовательно при соответственно все более низких температурах отдают свою теплоту пароперегревательным пакетам 71-74, ВЭ 75 и ВП 92, после чего отработанные отходящие газы отводятся в систему очистки (не показана) от тонких золовых фракций и оксидов серы, пройдя которую с помощью дымососа выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу (не показано). Предотвращение сверхнормативного выброса в атмосферу оксидов азота достигается известными способами организации процесса горения и расположением в ОКГ 90 СКВ 91.Even more cooled gaseous products of combustion pass through the convective gas ducts PKG 70 and OKG 90 connected by the rotary chamber 80, where successively at higher and lower temperatures they transfer their heat to the superheat packets 71-74, VE 75 and VP 92, after which the exhaust flue gases are discharged to a system for cleaning (not shown) from fine ash fractions and sulfur oxides, passing through which, through a smoke exhaust, are emitted through a chimney into the atmosphere (not shown). Prevention of excess emissions of nitrogen oxides into the atmosphere is achieved by known methods of organizing the combustion process and the location of 90 SCR 91 in OKG.

Твердые остатки горения в виде шлака и золы удаляются из газового тракта через экранированные ШОВ 12 и ЗОВ 63, 76, 93.Solid combustion residues in the form of slag and ash are removed from the gas path through the shielded BUR 12 and BAS 63, 76, 93.

Рабочая среда подается последовательно в виде питательной воды в ВЭ 75, из него - в парогенерирующие трубы ВРЧ 30 и НРЧ 20, а затем - в пароперегревательные пакеты 61, 73, 71. От выходного коллектора КП ППО 711 острый пар по соответствующему паропроводу (не показан) поступает в ЦВД паровой турбины (не показаны). Отработанный в последнем пар возвращается в котел на промежуточный перегрев в паропегревательных пакетах 74, 62 и 72. От выходного коллектора КП ПППр 712 пар промежуточного перегрева поступает по соответствующему паропроводу (не показан) на вход ЦСД паровой турбины (не показан).The working medium is supplied sequentially in the form of feed water to the VE 75, from it to the steam generating pipes of the VChR 30 and NRCh 20, and then to the steam superheating packages 61, 73, 71. From the output collector of KP PPO 711, sharp steam is supplied through the corresponding steam line (not shown ) enters the CVP of a steam turbine (not shown). The steam spent in the last one is returned to the boiler for intermediate overheating in steam heating packages 74, 62 and 72. From the output collector of the control gearbox ППпр 712, the pairs of intermediate overheating are fed through an appropriate steam line (not shown) to the inlet of the steam generator turbine (not shown).

Промышленная применимостьIndustrial applicability

ППК согласно изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность последнего раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в отраслях, связанных с проектированием, изготовлением и промышленной эксплуатацией современных энергетических паровых котлов.PPK according to the invention meets the condition of "industrial applicability". The essence of the latter is disclosed in the formula, description and drawings quite clearly, and the tools used are simple and affordable for industrial implementation in industries related to the design, manufacture and industrial operation of modern energy steam boilers.

Claims

1. Прямоточный паровой котел на твердом топливе для паротурбинного энергоблока ультрасверхкритических параметров пара, содержащий:
инвертную топочную камеру 10, стены которой по периметру экранированы вертикально расположенными газоплотными парогенерирующими трубными панелями, соединенными между собой при помощи подключенных к их коллекторам перепускных труб с образованием нижней радиационной части 20 с двухходовым движением в трубах рабочей среды и верхней радиационной части 30;
последовательно расположенные подъемный и опускной конвективные газоходы 70 и 90;
экранированный горизонтальный соединительный газоход 60 между указанными инвертной топочной камерой 10 и подъемным конвективным газоходом 70 в их нижней части;
поворотную камеру 80 между указанными подъемным и опускным конвективными газоходами 70 и 90 в их верхней части;
расположенные в указанном горизонтальном соединительном газоходе 60 ширмовые или конвективные пакеты 61, 62 пароперегревателя острого пара и пара промежуточного перегрева;
расположенные в подъемном газоходе 70 выходные ступени 71, 72 пароперегревателя острого пара и пароперегревателя промежуточного перегрева;
подключенный к выходному коллектору 711 указанной выходной ступени 71 пароперегревателя острого пара паропровод острого пара, подаваемого на вход цилиндра высокого давления паровой турбины указанного паротурбинного энергоблока;
подключенный к выходному коллектору 721 указанной выходной ступени 72 пароперегревателя пара промежуточного перегрева паропровод пара промежуточного перегрева, подаваемого на вход цилиндра среднего давления турбины указанного паротурбинного энергоблока;
шлакоотводящую воронку 12, расположенную под инвертной топочной камерой 10, и золоотводящие воронки 76, 93 - под подъемным и опускным конвективными газоходами 76, 93,
отличающийся тем, что:
выходные коллекторы 42 указанных трубных панелей 40 первого хода нижней радиационной части 20 экранирования указанной инвертной топочной камеры 10 соединены перепускными трубами со входными коллекторами 52 соответствующих трубных панелей 50 второго хода так, чтобы в панелях 50 указанного второго хода было обеспечено нисходящее движение рабочей среды;
суммарное проходное сечение парогенерирующих труб указанных панелей 50 хода нижней радиационной части с опускным движением рабочей среды выбрано из условия обеспечения в пусковых режимах работы котла массовой скорости указанной рабочей среды, достаточно высокой для предотвращения характерной для этих режимов гидравлической неустойчивости;
под горизонтальным соединительным газоходом 60 установлена отдельная экранированная золоотводящая воронка 63 или пространство под указанным горизонтальным соединительным газоходом 60 сообщено с зоной действия двух смежных воронок: шлакоотводящей 12 и золоотводящей 76, или одной из них.1. In-line solid fuel boiler for a steam turbine power unit of ultra-supercritical steam parameters, comprising:
invert combustion chamber 10, the walls of which are perimeter shielded by vertically arranged gas-tight steam generating tube panels, interconnected by means of bypass pipes connected to their collectors with the formation of the lower radiation part 20 with two-way movement in the pipes of the working medium and the upper radiation part 30;
sequentially located lifting and lowering convective flues 70 and 90;
a shielded horizontal connecting flue 60 between said invert furnace chamber 10 and a convective flue gas duct 70 in their lower part;
a rotary chamber 80 between said lifting and lowering convective flues 70 and 90 in their upper part;
screen or convective packages 61, 62 of a superheater of hot steam and intermediate superheating steam located in said horizontal connecting duct 60;
output stages 71, 72 located in the lifting gas duct 70, of a steam superheater and of an intermediate superheater;
connected to the output manifold 711 of the specified output stage 71 of the steam superheater of the hot steam supplied to the input of the high pressure cylinder of the steam turbine of the specified steam turbine power unit;
connected to the output manifold 721 of said output stage 72 of an intermediate superheater steam superheater, an intermediate superheater steam line supplied to the inlet of the medium pressure cylinder of the turbine of said steam turbine power unit;
slag outlet funnel 12 located under the invert furnace chamber 10, and ash outlet funnels 76, 93 - under the lifting and lowering convective flues 76, 93,
characterized in that:
output manifolds 42 of said tube panels 40 of the first stroke of the lower radiation portion 20 of the shielding of said invert furnace chamber 10 are connected by bypass pipes to the input manifolds 52 of the respective pipe panels 50 of the second stroke so that downward movement of the working medium is provided in the panels 50 of said second stroke;
the total flow area of the steam generating tubes of the indicated panels 50 of the lower radiation part with the downward movement of the working medium is selected from the condition that the starting speed of the boiler ensures the mass velocity of the specified working medium high enough to prevent the hydraulic instability characteristic of these modes;
under the horizontal connecting flue 60, a separate shielded ash outlet funnel 63 is installed or the space under the specified horizontal connecting flue 60 is communicated with the action area of two adjacent funnels: slag outlet 12 and ash outlet 76, or one of them.

2. Прямоточный паровой котел по п. 1, отличающийся тем, что он заглублен в землю до отметки, выбранной из условия обеспечения минимальной протяженности указанных паропровода острого пара и паропровода пара промежуточного перегрева. 2. A once-through steam boiler according to claim 1, characterized in that it is buried in the ground to a mark selected from the condition of ensuring the minimum length of the indicated steam line of the hot steam and the steam pipe of the intermediate overheating.