ТОПКА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 1994 года по МПК F23C9/00 

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для повышения эффективности и надежности в работе котельного агрегата.

Известен по авт. св. N 1325250, cпособ работы топки заключается в подаче газов рециркуляции через угловые и приосевые сопла, размещенные в ряд по ширине стенки топки, при этом температуру газов рециркуляции, подаваемых в условные сопла, поддерживают более высокой, чем в остальных соплах.

Недостатками изобретения является наличие температурной развертки в радиальном направлении (по высоте топки-газохода) вследствие разной величины внедрения отдельных струй газов рециркуляции в поток продуктов сгорания по ширине топки.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности в работе топки путем интенсификации массообменных процессов между продуктами сгорания и газами рециркуляции.

Указанная цель достигается тем, что подачу газов рециркуляции осуществляется через сопла, погруженные в проточную часть газохода, при этом величина погружения сопел увеличивается от угловых сопел к приосевым. При равномерном расположении сопел в ряду величина погружения сопел в проточную часть газохода определяется из соотношения
= , где h_o - оптимальная глубина внедрения струй (при односторонней подаче h_o= 0,6H, при двухсторонней подаче h_o= 0,3H); Т - температура газов рециркуляции; i - порядковый номер сопла при отсчете от оси точки; Н - высота топки (расстояние между стенками топки, по крайней мере на одной из которых расположены сопла).

Струи газов рециркуляции поступают в сносящий поток продуктов сгорания поперечно. При этом эффективность массообменных процессов (расхолаживание продуктов сгорания) зависит от интенсивности конвективного массопереноса и величины внедрения струй в сносящий поток. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что глубина проникновения и внедрения струй в поток определяется соотношением h= A в широком диапазоне режимных и геометрических параметров (= 0-0,5, = 0,5-4,2), выключающем все возможные режимы работы котельных агрегатов, где А - параметр, зависящий от геометрических характеристик устройства (количества сопел, шага между ними и т. п. ); = , G_п.с. - расход продуктов сгорания, G_т.р. - расход рециркуляции; = T_см/T_т.р, Т_см - температура расхоложенных продуктов сгорания (смеси); Т_г.р. - температура газов рециркуляции.

Поддержание h= h_опт для всех струй в ряду для известного изобретения не обеспечивается, так как при A˙G= Сonst меняется и величина внедрений для осевых и угловых струй, причем глубина внедрения струй, истекающих из угловых сопел, всегда больше, чем для приосевых. Следовательно, если для приосевых струй глубина внедрения поддерживается оптимальной, то для угловых h>h_опт, при этом наступает относительное переохлаждение продуктов сгорания в центральной части топки. Если же для угловых сопел h= h_опт, то для приосевых сопел h<h_опт и относительное переохлаждение наступает в периферийных слоях потока продуктов сгорания. В том и другом случае имеет место относительно высокая неравномерность температурного поля.

При истечении струй газов рециркуляции из сопел, погруженных в проточную часть топки, глубина проникновения струй возрастает, поскольку h_Σ = h_м+h, где h_м - глубина погружения сопел в проточную часть; h_Σ - суммарное значение глубины внедрения струй; h= A˙G˙j^0,5 - собственно гидродинамическое проникновение струй в поток. В предлагаемом техническом решении за счет изменения h_м для отдельных струй обеспечивается возможность выравнивания глубин внедрения для отдельных струй в ряду. Поскольку величина гидродинамического проникновения приосевых струй меньше, чем угловых, то уменьшение тепловой развертки достигается за счет увеличения погружения именно центральных сопел в проточную часть.

Экспериментально установлено, что оптимальное значение глубины внедрения зависит от схемы распределения струй и при односторонней подаче составляет 0,6Н, а при двухсторонней подаче - 0,3Н. Одинаковое значение глубины внедрения отдельных струй системы достигается при условии выполнения следующего соотношения
=
При этом качество массообменных процессов по высоте топки (газохода) является неизменным для отдельных локальных зон, чем достигается минимальная тепловая развертка, а следовательно, повышается экономичность и надежность топки.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства (топочной камеры), реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - поперечное сечение камеры в сечении ввода рециркулирующих газов; на фиг. 3 - то же, поперечное сечение.

П р и м е р. Топочная камера содержит камеру рециркуляции, в нижней части которой расположены горелки 2. В пределах горизонтального газохода 3 расположены сопла 4 рециркулирующих газов. Сопла 4 сообщаются с двумя магистралями 5 и 6. Причем участка магистралей 5 и 6, подсоединенные к каждому соплу 4, снабжены дроссельными задвижками 7 и 8. Сопла 4 рециркулирующих газов погружены в проточную часть газохода 3, причем величина погружения сопел 4 равная (в зависимости от расположения сопел 4 по ширине газохода 3). Наибольшую глубину погружения имеют центральные сопла 4, а наименьшую - угловые сопла 4. Причем взаимосвязь между глубинами погружения отдельных сопел определяется по соотношению
= где h_o - оптимальное значение глубины проникновения;
h - глубина погружения сопел;
i - порядковый номер сопла при отсчете от оси топки;
Т - температура газов рециркуляции.

Магистрали 5 и 6 сообщаются с конвективной шахтой 9 на разных уровнях по высоте. На магистралях 5 и 6 установлены дымососы 10 и 11 рециркуляции.

В камеру 1 через горелки подается топливовоздушная смесь. В пределах камеры 1 топливо сгорает, а продукты сгорания из камеры 1 поступают в горизонтальный газоход 3. Вследствие отдачи тепла от продуктов сгорания экранированным поверхностям камеры 1 распределение температур в потоке продуктов сгорания в пределах горизонтального газохода 3 имеет неравномерный характер по ширине. В общем случае, как известно, температура по ширине газохода меняется по параболическому закону Т= 1-kz^-2, а величина тепловой развертки может достигнуть 100 и более градусов. В поток продуктов сгорания в пределах горизонтального газохода подаются газы рециркуляции с целью снижения величины тепловой развертки. При этом газы рециркуляции отбираются дымососами 10 и 11 из разноосных по высоте конвективной шахты 9 точек и по магистралям 5 и 6 поступают к соплам 4. При этом в зависимости от положения сопел 4 по ширине газохода 3 определяется соотношение расходов газов по магистралям 5 и 6 и температура газов рециркуляции Т_i. Струи газов рециркуляции истекают через сопла 4, погруженнные в проточную часть газохода 3. При этом величина погружения сопел 4 разная: для приосевых сопел 4 глубина погружения максимальна, а для угловых сопел 4 минимальна. Этим обеспечивается оптимальное распределение струй рециркуляции по всей ширине газохода 3, что обеспечивает реализацию минимальной тепловой развертки в точке.

Модельные экспериментальные исследования проведены на установке в лаборатории газовой динамики и горения КФМЭИ, расположенной на территории Казанской ИЭЦ-2, в широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров: = 0,1-0,8; = 0,001-0,256, = 0-0,20, = 0-0,30, = 0-0,60, = 1,50-2,25, где = t/H - относительный шаг между соплами; H - высота газохода; = h/H - относительная глубина погружения сопел; = ΣF_c/F - относительная площадь сопел; F - площадь поперечного сечения газохода; ΔT= (Т_max-T_min)/T_max - параметр температурной развертки продуктов сгорания перед сечением ввода рециркулирующих газов; - степень неизотермичности продуктов сгорания и газов рециркуляции.

Установлено, что при выполнении соотношения = после сечения ввода рециркулирующих газов реализуется минимальная тепловая развертка. Если < , то, например, при оптимальном распределении угловых струй в центральной зоне реализуется переохлаждение центральных слоев потока смеси (при двухсторонней подаче струй рециркуляции); при > - напротив перифеpийных. В том и другом случаях возрастает тепловая развертка, что ведет к снижению экономичности и надежности в работе топки. (56) Авторское свидетельство СССР N 1325250. кл. F 23 C 9/00, 1987.

Использование: в энергомашиностроении для повышения эффективности и надежности в работе котлоагрегатов. Сущность изобретения: в топке подачу газов рециркуляции осуществляют через сопла, погруженные в проточную часть газохода, при этом величина погружения сопел возрастает от угловых сопел к осевым. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1. Топка котла, содержащая камеру рециркуляции с размещенными на ее стенке угловыми и приосевыми соплами рециркуляции, отличающаяся тем, что, с целью повышения экологичности и эксплуатационной надежности при размещении сопл в горизонтальном газоходе котла, указанные сопла погружены в проточную часть газохода на различную величину, определяемую из соотношения
=
где h₀ - оптимальная глубина внедрения струй (при односторонней подаче h₀ = 0,6H, при двусторонней h₀ = 0,3H);
T - температура газов рециркуляции;
i - порядковый номер сопла, начиная от оси топки;
H - высота топки. 2. Способ работы топки котла, содержащий размещенные в газоходе угловые и приосевые сопла рециркуляции, незаглубленные и погруженные в его проточную часть на различную величину, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и эксплуатационной надежности, газы рециркуляции подают через сопла, погруженные в проточную часть газохода.