ТОПКА Российский патент 1994 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в топках большой и средней мощности при реконструкции действующих котлов или при создании новых котлов с циркулирующим слоем.

Известна топка котла с циркулирующим слоем, содержащая экранированную камеру сгорания, ограниченную снизу воздухораспределительной решеткой, сопла вторичного воздуха, расположенные в камере сгорания, и уловители циркулирующих частиц, связанные дымоходами с камерой сгорания и конвективным газоходом котла [1] .

Недостатками этой топки являются большие габариты, так как уловители циркулирующих частиц выполнены в виде вынесенных (обычных) циклонов, сопоставимых по размерам с размерами камеры сгорания, сложность конструкции, поскольку для включения вынесенных циклонов требуется еще и громоздкая, сложная система высокотемпературных ( ≈ 950-800^оС) дымоходов, соединяющих их с камерой сгорания и конвективным газоходом котла. В целом эта схема малопригодна для реконструкции существующих котлов на сжигание топлива в циркулирующем слое.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому (прототипом) является топка котла, содержащая экранированную камеру сгорания, ограниченную в нижней части воздухораспределительной решеткой, а в верхней уловителем циркулирующих частиц, выполненным в виде вихревого циклона с соплами вторичного дутья, и завихрителем на входе газов [2] .

Недостатками этой топки являются большие габариты циклона, так как один, к тому же это ограничивает мощность топки, сложность конструкции, поскольку топка должна иметь специальный профиль - круглую камеру сгорания, а завихритель должен выполняться из жаростойких и износостойких материалов.
Целью изобретения является снижение габаритов и упрощение конструкции топки.

Поставленная цель достигается тем, что известная топка, содержащая экраниpованную камеру сгорания, ограниченную в нижней части воздухораспределительной решеткой, а в верхней уловителем циркулирующих частиц, выполненным в виде циклона с соплами вторичного дутья, и завихрителем на входе газов, снабжена перегородкой и дополнительными циклонами, которые закреплены в этой перегородке совместно с основным циклоном и выполнены вихревыми, сопла вторичного дутья к которым подключены тангенциально и с наклоном вниз, или прямоточными с отводящими каналами, в которых расположены сопла вторичного воздуха.

При этом снижаются габариты уловителя циркулирующих частиц, так как замена одного большого циклона К циклонами уменьшает их высоту и объем в К раз. Кроме того, используя один типоразмер циклона, простым изменением их количества можно конструировать топки практически любой мощности без снижения эффективности улавливания частиц, которая падает с ростом диаметра циклонов и с малым увеличением объема и габаритов уловителя циркулирующих частиц. Применение прямоточных циклонов к тому же позволяет устанавливать их горизонтально или наклонно за камерой сгорания. Циклоны можно устанавливать и в топках существующих котлов при их реконструкции.

Предлагаемое по изобретению выполнение завихрителей циклонов с кольцевыми выходными щелями, ориентированными встречно или спутно по отношению к входящему потоку газов, установленными в них наклонно лопатками и/или подключенными тангенциальными каналами к воздуховодам, позволяет закручивать входящие газы вращающимися кольцевыми потоками воздуха без применения контактирующих с раскаленными газами закручивающих лопаток. Это упрощает конструкцию циклонов.

Совокупность известных и новых признаков позволяет получить положительный эффект: снижает габариты топки, упрощает ее конструкцию, обеспечивает возможность использования существующей технологии котлостроения и позволяет реконструировать действующие котлы на прогрессивное сжигание топлива в циркулирующем слое.

На фиг. 1 приведена общая схема топки; на фиг. 2 и 3 - варианты конструкции предлагаемого завихрителя.

Тока содержит экранированную камеру сгорания 1, образованную топочными экранами 2 и воздухораспределительной решеткой 3. Камера сгорания 1 секционирована перегородкой 4, в которой расположены вихревые 5 или прямоточные 6 циклоны, подключенные к нижней части камеры сгорания 1 пылеотводящими каналами 7. Циклоны обеспечивают улавливание и возврат циркулирующих частиц в камеру сгорания 1 и соответственно топочный процесс в циркулирующем слое. Перегородка 4 стенки 8 циклонов и завихривающие лопатки 9 опираются на каналы 10 и полые опорные элементы 11, подключенные с одной стороны к соплам 12 вторичного дутья и воздуховодам 13 с другой. Это позволяет создать воздухоохлаждаемую конструкцию уловителей циркулирующих частиц, работающих в зоне высоких температур (800-1000^оС) без вмешательства в контуры циркуляции воды и пара и без использования дорогостоящих жаростойких сталей. Это особенно важно при реконструкции действующих котлов.

Завихрители циклонов могут выполняться традиционно с завихривающими лопатками 9, а также с ориентированными встречно или спутно по отношению к входящему потоку газов кольцевыми щелями 14. Последние имеют наклонно установленные (фиг. 2) лопатки 15 и/или подключены тангенциально каналами 10 к воздуховодам 13 (фиг. 3). Такая конструкция завихрителей более проста, охлаждаема, не изнашивается частицами и может выполняться из обычных сталей.

Сопла 12 вторичного дутья при применении прямоточных циклонов 6 устанавливаются в пылеотводящих каналах 7, образуя эжектор и обеспечивая отсос запыленного потока газов. В прямоточных циклонах 6 рекомендуется отсос 5-10% газов. В вихревых циклонах 5 сопла 12 вторичного дутья устанавливаются тангенциально в направлении закрутки потока и ориентируются вниз, обеспечивая сдув выпадающих из вращающегося потока дымовых газов частиц в пылеотводящие каналы 7. Выходными окнами 16 циклоны подключены к конвективному газоходу 17.

Прямоточные циклоны 6 могут устанавливаться наклонно и горизонтально, например непосредственно во входном окне конвективного газохода 17.

Топка работает следующим образом.

Топливо сгорает в объеме камеры сгорания 1 в циркулирующем слое частиц золы, которые поддерживаются во взвешенном состоянии потоком воздуха, поступающим через воздухораспределительную решетку 3. Циркулирующий слой удерживается в топке циклонами 5 или 6 за счет возврата частиц через пылеотводящие каналы 7. Съем избыточного тепловыделения в топке и поддержание требуемого уровня температур обеспечивается теплоотводом к топочным экранам 2.

Топочные газы при поступлении в циклоны закручиваются завихривающими лопатками 9 или за счет взаимодействия с вращающимися кольцевыми потоками воздуха, которые истекают из кольцевых выходных щелей 14. Кольцевые потоки закручиваются лопатками 15 (лопаточный завихритель) или за счет тангенциального ввода воздуха. Проходу газов помимо циклонов препятствует перегородка 4. В циклонах 4 и 6 частицы отбрасываются центробежной силой к стенкам 8, а дымовые газы через выходные окна 16 поступают на охлаждение в конвективный газоход 17.

Уловленные циркулирующие частицы с частью газов (5-10% ) из прямоточных циклонов 6 отсасываются вторичным воздухом, поступающим через сопла 12 вторичного воздуха, по пылеотводящим каналам 7 в камеру сгорания 1. В вихревых циклонах 5 уловленные частицы сдуваются вниз по стенкам 8 циклонов струями вторичного воздуха, которые поступают через сопла 12 вторичного дутья, а также по пылеотводящим каналам подаются в камеру сгорания 1.

Воздух поступает к соплам 12 и кольцевым щелям 14 из воздуховодов 13 через каналы 10 и полые опорные элементы 11 циклонов и охлаждает их, что обеспечивает работоспособность конструкции. При недостатке вторичного воздуха дополнительно могут подаваться охлажденные рециркулирующие дымовые газы, обеспечивая охлаждение конструкции.

Использование предлагаемой топки по сравнению с базовым объектом, существующей топкой котла с циркулирующим слоем [1] обеспечивает упрощение конструкции, снижение габаритов котла, позволяет реконструировать действующие котлы на прогрессивное сжигание топлива в циркулирующем слое и использовать существующую технологию котлостроения. Так как в предлагаемой топке циклоны встроены в камеру сгорания, то при реконструкции и создании новых котлов размеры котельной ячейки не меняются.

Габариты и объем вынесенных циклонов с линиями возврата частиц и перепускными газоходами в базовом объекте примерно равны объему и габаритам камеры сгорания. Таким образом, применение предлагаемой топки снижает ее габариты примерно в 2 раза. Соответственно упрощается конструкция топки, так как нет системы высокотемпературных перепускных газоходов и линий возврата частиц. Предлагаемая топка более пригодна для реконструкций. (56) 1. Расчеты аппаратов кипящего слоя. - Справочник, Л. : Химия, 1986, с. 352, рис. 4.26.

2. Авторское свидетельство СССР N 1359565, кл. F 23 C 11/02, 1987.

Использование: котлы с циркулирующим слоем. Сущность изобретения: тока содержит экранированную камеру сгорания 1, ограниченную в нижней части воздухораспределительной решеткой 3, а в верхней уловителем циркулирующих частиц, выполненным в виде основных циклонов 5 и 6 с соплами 12 вторичного дутья, и завихрителем на входе, а также дополнительные циклоны 5 и 6, закрепленные в перегородке 4 совместно с основными циклонами. Циклоны 5 и 6 выполняются вихревыми с соплами 12 вторичного дутья, подключенными тангенциально с наклоном вниз, или прямоточными с соплами 12 вторичного дутья, расположенными в отводящих каналах 7. Кроме того, завихрители циклонов выполнены с кольцевыми щелями 14, ориентированными встречно или спутно по отношению к восходящему потоку газов, в которых установлены наклонно лопатки 9 и/или которые подключены тангенциальными каналами 10 к воздуховодам 13. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ТОПКА, содержащая экранированную камеру сгорания, ограниченную в нижней части воздухораспределительной решеткой, а в верхней - уловителем циркулирующих частиц в виде циклона с соплами вторичного дутья и завихрителем на входе, отличающаяся тем, что, с целью снижения габаритов, она снабжена дополнительными циклонами и перегородкой, первые из которых вместе с основным циклоном закреплены в упомянутой перегородке и выполнены вихревыми, сопла вторичного дутья к которым подключены тангенциально и с наклоном вниз, или прямоточными, в отводящих каналах которых расположены сопла вторичного дутья. 2. Топка по п. 1, отличающаяся тем, что завихритель циклона выполнен в виде лопаток, размещенных наклонно в кольцевой выходной щели или подключенных к последней тангенциальных каналов, при этом кольцевая щель ориентирована встречно или спутно восходящему потоку газов.