ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПРЯМОУГОЛЬНАЯ ТОПКА Российский патент 1995 года по МПК F23C5/00 

Изобретение относится к топочным устройствам и может быть использовано в котлостроении для котлов, сжигающих мазут, газ и твердое топливо различной калорийности, а также при различном способе сжигания.

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая камеру сгорания с горелками в нижней части. В верхней части камеры сгорания в районе аэродинамического выступа выполнен пережим, образованный фронтовым и задним экранами. В сужающейся части расположены отверстия подачи воздуха, используемого в процессе вторичного сгорания [1]
В этой топке не обеспечивается равномерное тепловосприятие всех экранных труб в районе пережима, а следовательно, и надежная циркуляция. Подача воздуха для вторичного сгорания может отрицательно сказаться на КПД котла.

Известна топка, содержащая камеру сгорания, выполненную в виде многогранной призмы, на передней и задней стенках которой встречно и наклонно вниз установлены горелки, и соединенную с этой камерой посредством щелевого пережима прямоугольную камеру дожигания, причем пережим выполнен шириной, равной 0,08-0,22 ширины камеры сгорания, а горелки объединены в группы, расположенные одна от другой на расстоянии, превышающем шаг между горелками в группах, при этом в пережиме на участках между группами горелок выполнены симметричные окна, соединяющие камеры сгорания и дожигания [2]
Недостатком этой топки является то, что пережим не обеспечивает выравнивания температуры по ширине топки котла. Его сильное зауживание вызывает большое сопротивление для движения топочных газов, что влечет за собой создание дополнительных окон на передней и задней стенках, соединяющих две камеры. Кроме того, не обеспечивается равномерное тепловосприятие экранными трубами в районе пережима.

Изобретение повышает надежность, экономичность и снижает металлоемкость.

Вертикальная прямоугольная топка, содержащая камеры сгорания и дожигания, разделенные пережимом, экранированным трубами и состоящим из конфузорного, центрального и диффузорного участков, отличается тем, что конфузорный и диффузорный участки имеют прямоугольное поперечное сечение, а центральный участок выполнен в виде призмы шириной, равной 0,4-0,65, и высотой 0,3 0,5 глубины топки, при этом углы раскрытия конфузорного и диффузорного участков равны соответственно 90 (38 70^о) и 30 60^о. Экранирующие пережим трубы расположены в шахматном порядке, образуя два ряда, при этом или трубы в каждом ряду соединены между собой перегородками, или трубы одного ряда последовательно соединены указанными перегородками с трубами другого ряда.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая топка отличается тем, что конфузорный и диффузорный участки имеют прямоугольное поперечное сечение, а центральный участок выполнен в виде призмы шириной, равной 0,4-0,65, и высотой 0,3 0,5 глубины топки, при этом углы раскрытия конфузорного и диффузорного участков равны соответственно 90 (38 70^о) и 30 60^о. Экранирующие пережим трубы расположены в шахматном порядке, образуя два ряда, при этом или трубы в каждом ряду соединены между собой перегородками, или трубы одного ряда последовательно соединены указанными перегородками с трубами другого ряда. Таким образом предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна".

При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена прямоугольная топка, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 боковой разрез пережима; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 вариант расположения рядов труб; на фиг. 7 еще один вариант расположения труб; на фиг. 8 сечение Г-Г на фиг. 3; на фиг. 9 профиль поверхности нагрева, образованной смещенными трубами.

Вертикальная прямоугольная топка содержит камеру 1 сгорания и камеру 2 дожигания, разделенные пережимом, экранированным трубами и состоящим из конфузорного 3, центрального 4 и диффузорного 5 участков. Конфузорный 3 и диффузорный 5 участки имеют прямоугольное поперечное сечение, а центральный участок 4 выполнен в виде призмы шириной с, равной 0,4-0,65, и высотой L_пр 0,3. 0,5 глубины топки а_т. Углы раскрытия конфузорного 3 и диффузорного 5 участков равны соответственно 90^о 2 β= 90 (38 70^о) и 2α 30 60^о. Экранирующие пережим трубы расположены в шахматном порядке, образуя два ряда 6 и 7 труб в виде самостоятельных поверхностей нагрева, при этом или трубы в каждом ряду 6 и 7 соединены между собой перегородками 8, или трубы одного ряда 7 последовательно соединены перегородками 8 с трубами другого ряда 6. Трубы ряда 7 могут иметь волнообразный или вихреобразный профиль.

Работает топка следующим образом.

Поступившее в камеру 1 сгорания твердое топливо сгорает при высоких температурах. При этом расплавляется его минеральная часть, жидкий шлак собирается в шлаковом поде и вытекает через шлаковые летки с последующей утилизацией. В камере сгорания происходит интенсивное перемешивание горящего факела с топочными газами. Продукты сгорания с частью несгоревшего топлива из камеры сгорания через конфузорный участок 3, центральный участок 4 и диффузорный участок 5 пережима поступают в камеру 2 дожигания. Наличие прямого призматического участка в пережиме способствует лучшему перемешиванию, стабилизации и выравниванию параметров потока топочных газов по поперечному сечению и длине пережима (температура, конструкция). Наличие диффузорного участка 5 пережима способствует равномерному и более рациональному заполнению газами камеры дожигания, в которой догорает несгоревшее топливо. Далее осуществляется движение газов по тракту котла.

Выполнение центрального участка 4 пережима в виде призмы шириной, равной 0,4-0,65, обеспечивает симметричное центральное движение топочных газов в камере 2 дожигания и связано с определением приемлемых скоростей топочных газов в сечении при различном сжигании различных топлив, что связано с износом поверхностей нагрева. Выполнение высоты центрального участка 4 пережима равной L_пр 0,3-0,5 глубины топки способствует выравниванию параметров топочных газов по поперечному сечению, стабилизации скорости потока газов.

Выполнение угла раскрытия диффузорного участка в пределах 2α 30 60^о обусловлено тем, что выход за нижний предел, т.е. 2α < 30^о, ведет к чрезмерному увеличению L_д, что нежелательно, к тому же мало сказывается на распределении скоростей (не выравнивании) по сечению топочной камеры. Более значительные углы, т. е. 2 α > 60^о, приводят к образованию замкнутых пристенных вихревых потоков газов на участке L_д при расширении потока.

Выполнение угла раскрытия конфузорного участка в пределах 90^о 2 β= 90 (38 70^о) способствует предотвращению уноса несгоревших частиц топлива и получению хорошего смешивания потоков газов, идущих в пережим уже на более ранних (начальных) участках прямой призматической части пережима.

При угле 2 β= 38^о сопротивление конфузорного участка в прямом участке минимально. При меньшем значении появляется возможность расслоения пароводяной смеси, которая отрицательно сказывается на надежности циркуляции. При большем чем 70^о угле зона смешивания в устье пережима смещается вверх, что снижает эффективность прямого призматического участка L_пр пережима.

Выполнение предложенного пережима позволит улучшить выгорание топлива, снизить недожог, унос золы из камеры сгорания. Уменьшение уноса золы уменьшает шлакование экранных поверхностей нагрева в камере дожигания, а также пароперегревателей и других поверхностей. Появляется возможность увеличения скорости топочных газов путем уменьшения поперечного сечения камеры охлаждения, что положительно сказывается на коэффициенте теплообмена и КПД котла в целом, уменьшается металлоемкость, сокращаются расходы на очистку, увеличивается межпромывочный период.

Выполнение труб экранов внутри пережима обеспечивает равномерное их тепловосприятие и надежную циркуляцию. Геометрическая стабилизация потока в камере догорания позволяет существенно облегчить при необходимости организацию дальнейшего воздействия на него.

Применение предложенной топки способствует стабилизации движения топочных газов. Это значит, что предистория потока слабо влияет на характер его движения после пережима и в самом пережиме, а следовательно, его можно использовать на котлах любой мощности при различном способе сжигания и различном топливе, получая в результате довольно стабильные параметры потока топочных газов в любом диапазоне нагрузок.

Использование: в энергетике в котлах, сжигающих мазут, газ и твердое топливо. Сущность изобретения: вертикальная прямоугольная топка содержит камеры сгорания 1 и дожигания 2, разделенные пережимом, экранированным трубами и состоящим из конфузорного 3, центрального 4 и диффузорного 5 участков, причем конфузорный 3 и диффузорный 5 участки имеют прямоугольное поперечное сечение, а центральный участок 4 выполнен в виде призмы шириной, равной 0,4 0,65, и высотой 0,3 0,5 глубины топки, углы раскрытия конфузорного и диффузорного участков равны соответственно 90° (38 70°) и 30 60°. Экранирующие пережим трубы расположены в шахматном порядке, образуя два ряда, при этом или трубы в каждом ряду соединены между собой перегородками, или трубы одного ряда последовательно соединены указанными перегородками с трубами другого ряда. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПРЯМОУГОЛЬНАЯ ТОПКА, содержащая камеры сгорания и дожигания, разделенные пережимом, экранированным трубами и состоящим из конфузорного, центрального и диффузорного участков, отличающаяся тем, что конфузорный и диффузорный участки имеют прямоугольное поперечное сечение, а центральный участок выполнен в виде призмы шириной, равной 0,4 0,65, и высотой 0,3 0,5 глубины топки, углы раскрытия конфузорного и диффузорного участков равны соответственно 90 (38 70)^o и 30 60^o. 2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что экранирующие пережим трубы расположены в шахматном порядке, образуя два ряда, при этом или трубы в каждом ряду соединены между собой перегородками, или трубы одного ряда последовательно соединены указанными перегородками с трубами другого ряда.