ТОПКА Российский патент 1995 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива, прежде всего газа и мазута, в паровых котлах.

Известна прямоугольная топка, содержащая на ее вертикальных стенах установленные поярусно и с наклоном вниз под углом 20-60^о к горизонтальной плоскости горелки, которые направлены тангенциально к условной поверхности вертикального цилиндра [1]
Недостатком топки является отсутствие устройств для ввода в топку вторичного воздуха и газов рециркуляции, что снижает возможность регулирования тепловосприятия пароперегревателя и создает условия для интенсивной генерации оксидов азота в топочном объеме.

Наиболее близкой к заявляемой является топка, содержащая прямоугольную камеру сгорания, ограниченную вертикальными стенами и подом, горелки, установленные поярусно на двух противоположных стенах с наклоном вниз и тангенциально направленные к условной поверхности вертикального цилиндра, а также одно сопло, установленное на поду по оси камеры и предназначенное для ввода в камеру вторичного воздуха и газов рециркуляции [2]
Такая топка, во-первых, может применяться на котлах малой мощности. Во-вторых, в ней возможен "прострел" топливовоздушных струй на противоположные стены и смежные стены, что снижает надежность настенных экранов. В-третьих, газы рециркуляции либо вторичный воздух заполняют топочный объем недостаточно равномерно, что снижает эффект подавления оксидов азота.

Целью изобретения является повышение надежности работы топочных экранов и более эффективное использование струи газов рециркуляции и вторичного воздуха для подавления образования оксидов азота.

Цель достигается благодаря тому, что в предлагаемой топке, содержащей прямоугольную камеру сгорания, ограниченную вертикальными стенками и подом, горелки, установленные поярусно на двух противоположных стенах камеры с наклоном вниз, и по крайней мере одно сопло, установленное в поду, направленное вертикально и предназначенное для ввода в камеру газообразного агента, оси горелок направлены параллельно стенам, не содержащим горелки, горелки противоположных стен смещены относительно друг друга в одном ярусе и установлены в одних вертикальных плоскостях в соседних ярусах, а сопла размещены рассредоточенно в центральной части пода и выполнены щелевыми с большими осями симметрии, параллельными стенам, не содержащим горелки.

Кроме того, щелевые сопла дополнительно снабжены трубками для ввода в камеру сгорания высокореакционного топлива.

На фиг. 1 изображена предлагаемая топка в продольном разрезе; на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вид Б на фиг.1.

Топка содержит прямоугольную камеру 1 сгорания, ограниченную вертикальными стенами 2, 3, 4, 5 и подом 6. На больших стенках 2 и 3 камеры 1 установлены с наклоном вниз горелки 7-14 первого яруса и горелки 15-22 второго. Горелки 7-10 первого яруса (стены 2) смещены по горизонтали относительно горелок 11-14 того же яруса (стены 3). Горелки 15-18 второго яруса (стены 2) смещены относительно горелок 19-22 того же яруса (стены 3). Вместе с тем горелки 7-10 первого яруса (стены 2) установлены в одних вертикальных плоскостях с горелками 19-22 второго (стены 3), а горелки 15-18 второго яруса (стены 2) с горелками 11-14 первого (стены 3). Оси всех горелок 7-22 направлены параллельно стенам 4 и 5, не содержащим горелки. На поду 6 размещены рассредоточенно в его центральной зоне щелевые сопла 23, большие оси симметрии которых параллельны стенам 4 и 5. Через сопла 23 в камеру 1 может подаваться газообразный агент, состоящий либо из воздуха, либо из газов рециркуляции, либо из их смеси. В данном примере показана газомазутная топка, причем горелки 7-14 первого яруса являются газомазутными, а горелки 15-22 второго яруса только мазутными. Кроме того, в данном примере топки щелевые сопла 23 дополнительно снабжены рядами трубок 24 для ввода в камеру 1 природного газа. Таким образом, в данном примере через щелевые сопла 23 в камеру 1 может подаваться природный газ в смеси с воздухом и при необходимости еще и с газами рециркуляции.

Топка работает следующим образом.

При сжигании мазута через горелки 7-22 в камеру 1 подают распыленный мазут в смеси с первичным воздухом при коэффициенте его избытка α_перв. 0,8-0,9. Вторичный воздух в смеси с газами рециркуляции при α_вт. 0,25-0,15 подают через щелевые сопла 23. В свежих струях, вытекающих из горелок 7-22 наклонно вниз со скоростью W_o 35-50 м/с, происходит интенсивное горение мазута, однако несмотря на повышенную температуру факелов образование оксидов азота на этих участках сдерживается нехваткой кислорода и наличием здесь продуктов недожога, являющихся сильными восстановителями азота. Рассредоточенный ввод в камеру 1 струй вторичного воздуха и газов рециркуляции через четыре щелевых сопла 23 (а не через одно, как в топке-прототипе) позволяет равномерно заполнить нижнюю часть камеры 1 указанными компонентами, что исключает возникновение в этой зоне высоких локальных температур среды, способствующих интенсивной генерации термических оксидов азота. Продукты сгорания, содержащие неиспользованный кислород и несгоревшее топливо, выходят в верхнюю часть камеры 1 в основном вдоль стен 2 и 3 через пространства между свежими струями, вытекающими из горелок 7-22. За счет турбулизации восходящих потоков продуктов сгорания свежими струями и их эжектирования последними с вовлечением в рециркуляционное движение к поду 6 происходит своевременный процесс дожигания топлива. В то же время этот процесс происходит при постепенном подводе недоиспользованного кислорода к топливовоздушным струям. Эти аэродинамические особенности процесса горения способствуют снижению образования оксидов азота и в то же время экономичному сжиганию мазута. Надежность работы экранов стен 2 и 3 в наиболее теплонапряженной их части примерно на уровне размещения горелок 7-14 нижнего яруса обеспечена за счет отжимающего воздействия свежих струй указанных горелок на хвостовые объемы струй горелок 15-22 верхнего яруса благодаря распространению тех и других в одних вертикальных плоскостях.

При сжигании газа, подаваемого в камеру 1 через основные горелки 7-14 нижнего яруса вместе с первичным воздухом, некоторая часть газа (до 30%) может быть подана через трубки 24 щелевых сопл 23 в зону камеры 1, примыкающую к поду 6, вместе с частью первичного воздуха. Вторичный воздух при этом подается в объем камеры 1 через отключенные по мазуту горелки 15-22 верхнего яруса при α_вт. 0,4-0,5. Несмотря на большую долю вторичного воздуха, происходит его своевременное перемешивание с догорающим топливом во второй ступени горения, которая занимает зону примерно между уровнями размещения горелок 15-22 верхнего и 7-14 нижнего ярусов. В указанной зоне температура факела меньше 1550^оС, что исключает образование здесь термических оксидов азота даже в условиях, когда избыток общего воздуха составляет более единицы. В первой ступени горения (ниже уровня горелок 7-14 нижнего яруса) образование оксидов азота сдерживается большой нехваткой кислорода, несмотря на наличие локальных зон с температурой 1550^оС и более.

Таким образом, благодаря отличительным признакам использование предлагаемой топки позволит существенно снизить образование оксидов азота в топочном объеме при одновременном повышении надежности и экономичности сжигания газа и мазута.

Использование: для сжигания газа и мазута в паровых котлах. Сущность изобретения: топка содержит прямоугольную камеру 1 сгорания, горелки 7 22, установленные поярусно на двух противоположных стенах 2 и 3 камеры 1 с наклоном вниз, и сопла 23 для ввода в камеру газообразного агента, установленные на поду 6. Оси горелок 7 22 направлены параллельно стенам, не содержащим горелки, горелки противоположных стен смещены относительно друг друга в одном ярусе и установлены в одних вертикальных плоскостях в соседних ярусах, а сопла 23 размещены рассредоточенно в центральной части пода 6 и выполнены щелевыми с большими осями симметрии, параллельными стенам, не содержащим горелки. Щелевые сопла 23 дополнительно могут быть снабжены трубками 24 для ввода в камеру сгорания высокореакционного топлива. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ТОПКА, содержащая прямоугольную камеру сгорания, ограниченную вертикальными стенами и подом, горелки, установленные поярусно на двух противоположных стенах камеры с наклоном вниз, и по крайней мере одно сопло, установленное в поду, направленное вертикально и предназначенное для ввода в камеру газообразного агента, отличающаяся тем, что оси горелок направлены параллельно стенам, не содержащим горелки, горелки противоположных стен смещены относительно одна другой в одном ярусе и установлены в одних вертикальных плоскостях в соседних ярусах, а сопла размещены рассредоточенно в центральной части пода и выполнены щелевыми с большими осями симметрии, параллельными стенам, не содержащим горелки. 2. Топка по п. 1, отличающаяся тем, что щелевые сопла дополнительно снабжены трубками для ввода в камеру сгорания высокореакционного топлива.