АЭРОФОНТАННАЯ ТОПКА Российский патент 1997 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания высокозольных топлив в фонтанирующем слое и может быть использовано в топливоперерабатывающей промышленности и на тепловых электростанциях.

Известна аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания и соединенную с ней разгонную камеру с нижним осевым вводом воздуха и боковым вводом топлива (авт. св. СССР N 754163, кл. F 23 C 11/09, 1977). Недостатком этого устройства является пониженная экономичность вследствие неполного сгорания наиболее мелких частиц. Другим недостатком этого устройства является то обстоятельство, что в топке отсутствуют теплообменные поверхности и температуру в камере сгорания регулируют бъемом вдуваемого воздушного дутья, т.е. для поддержания в камере сгорания температуры ниже температуры размягчения золы необходимо сжигать топливо при стехиометрическом недостатке воздушного дутья (α<1), что также увеличивает механическую и химическую неполноту сгорания топлива.

Наиболее близким к заявленному устройству по сути и достигаемому результату является аэрофонтанная топка, содержащая последовательно соосно соединенные камеру воспламенения, снабженную боковым патрубком для подвода топлива и осевым патрубком для подвода воздушного дутья, вертикальную трубу и камеру сгорания, снабженную патрубком для вывода продуктов сгорания (см. авт.св. N 1015183от 24.12.81 кл. F 23 C 11/02).

Основным недостатком этой топки также является то обстоятельство, что в топке отсутствует теплосъемные поверхности и температура в камере сгорания поддерживается на заданном уровне объемом подаваемого воздуха, т.е. топка работает при α<1 и характеризуется увеличенной механической и химической неполнотой сгорания топлива.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности сгорания высокозольных топлив за счет уменьшения неполноты сгорания его при заданной температуре в камере сгорания. Регулирование температуры в камере сгорания путем охлаждения несгоревших частиц топлива и возврата их в камеру воспламенения позволяет достичь минимальной химической и механической неполноты сгорания высокозольных топлив и уменьшить загрязнение окружающей среды продуктами неполного окисления.

Указанные технические результаты могут быть получены за счет того, что аэрофонтанной топке, содержащей камеру воспламенения, снабженную боковым патрубком для подвода топлива и осевым патрубком для подвода воздушного дутья, вертикальную трубу, соосно установленную над камерой воспламенения и соединенную с ней, и камеру сгорания, снабженную патрубком для вывода продуктов сгорания, вертикальная труба расположена коаксиально внутри камеры сгорания, а последняя снабжена теплообменными поверхностями и средствами для вывода несгоревших частиц топлива, расположенными в нижней части камеры сгорания и соединенными с камерой воспламенения.

Размещение вертикальной трубы коаксиально внутри камеры сгорания позволяет в несколько раз увеличить объем камеры сгорания, сохраняя оптимальные аэродинамические характеристики потока газовзвеси в ней.

В кольцевом пространстве, образованном стенками камеры сгорания и вертикальной трубой, оседают несгоревшие частицы топлива и этот объем заполняется сыпучим слоем указанного материала. Кольцевой объем, заполненный слоем нагретого сыпучего материала, является наиболее благоприятным местом для установки теплообменных поверхностей. Установка этих поверхностей в объеме камеры сгорания, заполненном газовзвесью недопустимо, т.к. нарушается аэродинамика и горение топлива в аэрофонтане. Возможно только экранирование внешних стен камеры сгорания теплообменными поверхностями, но это недостаточно, так как такие экраны составляют не более 10% от требуемой площади теплообменных поверхностей для снятия избыточного тепла, генерируемого в аэрофонтанной топке при условии, что горение в ней осуществляется при α≥1. Только размещение теплообменных поверхностей в указанном кольцевом объеме, заполненном сыпучим слоем нагретых частиц сжигаемого топлива, позволяет без нарушения аэродинамики фонтанирующего слоя снять все избыточное тепло, выделяемое при сжигании топлива в аэрофонтанной топке.

Возврат в камеру воспламенения охлажденных частиц сжигаемого топлива позволяет поддержать в зоне горения заранее заданную температуру в пределах 650-950^oC при оптимальном соотношении топливо-воздух α=1÷1,05 и достичь резкого сокращения химической и механической неполноты сгорания высокозольных топлив в аэрофонтанной топке. Одновременно резко сокращается содержание сульфидной серы в золе (с 1,5 1,8% до 0,1 0,3%), что позволяет эту золу без дополнительной обработки использовать в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта.

Снижение механической и химической неполноты сгорания топлива в аэрофонтанной топке уменьшает загрязнение окружающей среды вредными выбросами, а утилизация избыточного физического тепла путем охлаждения в нижней части камеры сгорания несгоревших частиц сжигаемого топлива позволяет не только вырабатывать технологический пар высоких параметров, но и поднять коэффициент полезного действия всей установки с 75-78% до 85-92% на которой эта аэрофонтанная топка используется.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны два варианта конструкции предлагаемой аэрофонтанной топки.

Топка содержит камеру воспламенения 1, снабженную патрубками для подвода топлива 2 и патрубком для подачи воздушного дутья 3, вертикальную трубу 4, соосно расположенную над камерой воспламенения 1 и соединенную с ней, камеру сгорания 5 с коаксиально расположенной внутри нее вертикальной трубой 5 и снабженной теплообменными поверхностями 6, патрубком для вывода продуктов горения 7 и средствами 8 для вывода несгоревших частиц топлива. Средства 8 для вывода несгоревших частиц топлива расположены в нижней части камеры сгорания 5 и соединены с камерой воспламенения 1.

Аэрофонтанная топка работает следующим образом. Через патрубок 2 в камеру воспламенения 1 подают горячие с температурой 400-600^oС частицы сжигаемого топлива, а через патрубок 3 вдувают подогретый воздух. В камере воспламенения 1 топливо и воздушное дутье перемешиваются и начинается окисление горючей массы частиц топлива. Воспламененную газовзвесь по вертикальной трубе 4 вдувают в камеру сгорания 5, где процессы горения завершаются. Из потока газовзвеси наиболее крупные частицы топлива отбрасываются к стенкам камеры сгорания 5, и по пристенной области оседают вниз.

По мере продвижения частицы несгоревшего топлива охлаждаются за счет контакта с теплообменными поверхностями. Охлажденные частицы выводят из камеры сгорания 5 специальными средствами 8 для вывода твердого материала и возвращают их в камеру воспламенения 1. Так процесс повторяется пока частица топлива полностью не сгорает.

Использование: в топливоперерабатывающей промышленности и на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: аэрофонтанная топка содержит камеру воспламенения, снабженную боковым патрубком для подвода топлива и осевым патрубком для подвода воздушного дутья, вертикальную трубу, соосно установленную над камерой воспламенения и соединенную с ней, и камеру сгорания, снабженную патрубком для вывода продуктов сгорания. Вертикальная труба расположена коаксиально внутри камеры сгорания, а последняя снабжена теплообменными поверхностями и средствами для вывода несгоревших частиц топлива, расположенными в нижней части камеры сгорания и соединенными с камерой воспламенения. В камеру воспламенения подают горячие частицы сжигаемого топлива и вдувают подогретый воздух. Воспламененную газовзвесь по вертикальной трубе вдувают в камеру сгорания. Из потока газовзвеси наиболее крупные частицы по пристеночной области камеры сгорания оседают вниз и охлаждаются за счет контакта с теплообменными поверхностями. Охлажденные частицы выводят из камеры сгорания и возвращают в камеру воспламенения.

Аэрофонтанная топка, содержащая камеру воспламенения, снабженную боковым патрубком для подвода топлива и осевым патрубком для подвода воздушного дутья, вертикальную трубу, соосно установленную над камерой воспламенения и соединенную с ней, и камеру сгорания, снабженную патрубком для вывода продуктов сгорания, отличающаяся тем, что вертикальная труба расположена коаксиально внутри камеры сгорания, последняя снабжена теплообменными экранами, расположенными по всей ее внутренней поверхности, и средствами с системой регулированного возврата несгоревших частиц топлива, расположенными в нижней части камеры сгорания и соединенными с камерой воспламенения.