ТОПКА Российский патент 1994 года по МПК F23C5/28 

Изобретение относится к устройствам для сжигания различных видов топлив, в том числе доменного газа, и может быть использовано на паровых и водогрейных котлах.

Известны пылегазовые и газомазутные топки котлов, имеющих встречное расположение горелок и сжигающих наряду с другими видами топлива природный газ, который имеет высокую калорийность и реакционную способность [1] .

Недостатком таких топок является их неприспособленность для сжигания доменного газа, имеющего низкую калорийность и реакционную способность, что требует использования специальных горелок и организации соответствующей аэродинамики факела.

Известна топка (прототип), содержащая вертикальную призматическую камеру сгорания, топливные горелки, горелки доменного газа и сопла вторичного воздуха, размещенные на одной вертикальной стене камеры сгорания, причем горизонтально направленные топливные горелки установлены ниже наклонных вниз горелок доменного газа и сопел вторичного воздуха [2] .

Недостатком этой топки, при сжигании наряду с доменным газом угольной пыли, подаваемой в топку через топливные горелки, является неустойчивое зажигание угольной пыли и доменного газа вследствие подачи всего количества вторичного воздуха спутно с доменным газом в корень пылеугольного факела, а также сепарация несгоревшей угольной пыли в холодную воронку с образованием мехнедожога.

Целью изобретения является повышение эффективности сжигания топлив.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой топке, содержащей вертикальную призматическую камеру сгорания, топливные горелки и горелки доменного газа, размещенные на одной вертикальной стенке, а также установленные с наклоном вниз сопла вторичного воздуха, топливные горелки размещены выше горелок доменного газа и направлены с наклоном вниз, а сопла вторичного воздуха установлены на противоположной вертикальной стене камеры сгорания.

Для достижения наибольшего эффекта топливные горелки, горелки доменного газа и сопла вторичного воздуха установлены в одних вертикальных плоскостях.

Благодаря указанным отличительным признакам эффективность сжигания топлив повышается. Прежде всего это выражается в том, что увеличивается устойчивость зажигания движущейся с наклоном вниз в смеси с первичным воздухом угольной пыли, благодаря тому что этот процесс протекает во встречных, поднимающихся вверх поток горячих топочных газов и в связи с этим характеризуется повышенным тепломассопереносом. Надежно загоревшиеся угольные пылинки, особенно относительно крупные, внедряются в загорающийся факел доменного газа, способствуя его турбулизации и прогреву. Кроме того, в горелку доменного газа подается не весь вторичный воздух (как в топке-прототипе), а лишь его часть. Учитывая, что доменный газ сам по себе содержит значительное количество инертных продуктов (55% H₂ и 12% H₂O), его прогрев и зажигание интенсифицируется, когда вместе с ним в топку подается лишь часть вторичного воздуха. Другая же часть подается с противоположной стены с наклоном вниз и вступает в процесс горения после устойчивого зажигания обоих факелов. Что касается сепарации в холодную воронку несгоревших пылинок угля, то она существенно сокращается по двум причинам: из-за раннего и устойчивого загорания пылеугольного факела, а также из-за того, что факел доменного газа является своеобразной завесой на пути сепарирующихся частиц.

Поскольку предложенная компоновка топливных горелок, горелок доменного газа и сопел вторичного воздуха не известна из источников информации и обеспечивает взаимосвязанное протекание топочных процессов с достижением поставленной цели, можно сделать вывод, что заявленная топка соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже дан разрез предложенной топки.

Топка содержит вертикальную призматическую камеру сгорания 1, топливные горелки 2 и горелки 3 доменного газа, установленные на одной вертикальной стене 4. Топливные горелки 2 в данном случае наклонены вниз на угол 60^o к горизонтальной плоскости. На противоположной вертикальной стене 5 установлены с наклоном вниз (в данном случае на угол 30^o) сопла 6 вторичного воздуха.

Целесообразно, чтобы оси топливных горелок 2, горелки 3 доменного газа и сопел 6 вторичного воздуха размещались в одних вертикальных плоскостях, а точка пересечения осей топливных горелок 2 и сопел 6 вторичного воздуха находилась в половине топки, примыкающей к стене 4, но выше верхней границы факела доменного газа, как это выполнено на чертеже предлагаемой топки.

Топка работает следующим образом.

Угольная пыль в смеси с первичным воздухом вдувается с наклоном вниз в топочный объем из топливных горелок 2. Она хорошо прогревается восходящим потоком топочных газов и надежно зажигается. На некотором расстоянии от устья топливных струй, достаточном для полного зажигания пылеугольного факела, к нему подводится вторичный воздух в смеси с продуктами горения. Этот воздух поступает в топочный объем из наклоненных вниз сопел 6 вторичного воздуха, размещенных на вертикальной стене 5. После подмешивания вторичного воздуха к пылеугольному факелу последний взаимодействует с факелом доменного газа, интенсивно прогревая его в том числе за счет инерционного проникновения в его поток горящих угольных пылинок и золы. Поток факела доменного газа препятствует интенсивному выпадению в холодную воронку несгоревших частиц угля, так как увеличивает их время витания и траекторию движения. Корень факела доменного газа, освобожденный от части вторичного воздуха, быстро прогревается и зажигается. Смешанный поток обоих факелов движется к стене 5, затем поднимается вверх, взаимодействуя со свежими струями, вытекающими из сопел 6 вторичного воздуха. Расположение осей топливных горелок 2, горелок 3 доменного газа и сопел 6 вторичного воздуха в одних вертикальных плоскостях способствует тому, что оба вида топлива находят свой воздух, необходимый для полного их выгорания, практически в пределах камеры сгорания 1 топки. Следует отметить также, что использование ступенчатого сжигания обоих видов топлив, когда часть вторичного воздуха, вытекающего из сопел 6 вторичного воздуха, используется для горения топлива вдали от ядра факела, а в самом ядре концентрация кислорода значительно меньше стехиометрического количества, сопровождается снижением образования в топке оксидов азота.

Использование предлагаемой топки позволяет повысить эффективность сжигания топлива. (56) 1. Резников М. И. Парогенераторные установки электростанций. М: Энергия, 1974, рис. 18-2 (с. 275) и 18-4 (с. 280).

2. Авторское свидетельство СССР N 1154512, кл. F 23 C 5/28, 1985.

Использование: в теплоэнергетике на котлах. Сущность изобретения: топка содержит вертикальную призматическую камеру сгорания, топливные горелки и горелки доменного газа, размещенные на одной вертикальной стене, а также установленные с наклоном вниз сопла вторичного воздуха. Топливные горелки размещены выше горелок доменного газа и направлены с наклоном вниз, а сопла вторичного воздуха установлены на противоположной вертикальной стене камеры сгорания. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ТОПКА, содержащая вертикальную призматическую камеру сгорания, топливные горелки и горелки доменного газа, размещенные на одной вертикальной стене, а также установленные с наклоном вниз сопла вторичного воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности сжигания, топливные горелки размещены выше горелок доменного газа и направлены с наклоном вниз, а сопла вторичного воздуха установлены на противоположной вертикальной стене камеры сгорания. 2. Топка по п. 1, отличающаяся тем, что топливные горелки, горелки доменного газа и сопла вторичного воздуха установлены в одних вертикальных плоскостях.