ТОПКА КОТЛА Российский патент 1997 года по МПК F23C1/12 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих газ и пыль твердого топлива.

Известна топка котла, содержащая вертикальную призматическую камеру сгорания и установленные в ее углах пылегазовые горелки, оборудованные соплами для ввода в камеру сгорания воздуха, аэросмеси и топливного газа, установленных тангенциально к условным окружностям в центре камеры, причем окружности топливных сопел внутри окружности воздушных (а. c. СССР 1695036, от 01.09.89 г. М. кл. F 23 C 1/12; опубл. в Б.И. N 44 от 1991 г.)
Недостатком топки является обрыв факела при сжигании угольной пыли с нестабильными теплотехническими характеристиками (переменные влажность, зольность, содержание летучих горючих веществ в подаваемом на котел угле). Причем обрыв пылеугольного факела происходит при сжигании как одного угля, так и совместно с газом.

Известна также топка котла, содержащая вертикальную четырехгранную призматическую камеру сгорания и установленные на двух ее противоположных стенах по крайней мере в два горизонтальных ряда основные горелки, оборудованные соплами для ввода воздуха, аэросмеси и топливного газа, ориентированными тангенциально к условным окружностям в центре камеры, причем окружности топливных сопел внутри окружности воздушных; кроме того, на стенах с основными горелками и свободными от них установлены дополнительные горелки для растопки и подсветки основного факела (Осинцев В.В. и др. Перевод котла БКЗ-160 на технологию ступенчатого сжигания топлива. "Электрические станции", 1993, N 3, с.25-29). Вводом высокореакционного подсветочного топлива (газа или мазута) достигается непрерывное горение основного пылеугольного топлива с ухудшенными переменными теплотехническими характеристиками - влажностью, зольностью, содержанием горючих летучих веществ. Эта топка взята за прототип изобретения.

Недостатком этой топки является существенный расход подсветочного топлива через дополнительные горелки для поддержания основного факела, повышенный недожог вводимой угольной пыли, большие потери с отводимыми из котла газами (недоиспользование тепла вводимого топлива), увеличение в отводимых продуктах сгорания концентрации оксидов азота.

Задачей устройства является снижение расхода подсветочного топлива, недожога основного топлива, потерь тепла с уходящими газами и концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания, то есть устранение недостатка прототипа.

Для реализации этой задачи в топке котла, содержащей вертикальную четырехгранную призматическую камеру сгорания и установленные на двух ее противоположных стенах по крайней мере в два горизонтальных ряда основные горелки, оборудованные соплами для ввода воздуха, аэросмеси и топливного газа, ориентированными тангенциально к условным окружностям в центре камеры, причем окружности сопел внутри окружности воздушных, а также дополнительные горелки, размещенные на стенах, не занятых основными горелками, дополнительные горелки установлены парами на уровне нижнего горизонтального ряда основных горелок симметрично относительно горизонтальной оси камеры сгорания с углом разворота между нею и плоскостью прямого сечения γ (75 105)^o и шагом C (0,15 0,75) B, где B ширина стен с дополнительными горелками, м.

Выявленное размещение дополнительных горелок относительно основных пылегазовых горелок на стенах камеры сгорания обеспечивает минимальный относительный тепловой расход подсветочного топлива при сжигании как одной угольной пыли с резкопеременными влажностью, зольностью, содержанием горючих летучих включений, так и угольной пыли вместе с топливным газом, а также минимальную концентрацию оксидов азота в отводимых продуктах сгорания минимальные относительные тепловые потери тепла основного топлива с уходящими газами и механическим недожогом . Здесь и ниже: g g/g прот. степень подсветки текущая; степень подсветки по прототипу; B_p, B_p расход топлива на подсветку, расход угля, кг/с; Qhgн

, Qheн теплота сгорания подсветочного топлива и угля, ; NO_x, NO_x прот. концентрация оксидов азота текущая и по прототипу, ; g₂, g₂ прот. потери (недоиспользование) тепла вводимого топлива с отводимыми в атмосферу газами, текущие значения и по прототипу, ; g₄, g_4прот потери тепла вводимого топлива с недожогом угля, текущие и по прототипу.

Диапазоны γ (75 105)^o и C (0,15 0,75) B являются преимущественными с позиции получения положительного эффекта. При испытаниях топок выявлено, что, сжигая в качестве основного топлива один только уголь с нестабильными влажностью 13 26% зольностью 18 40% содержанием горячих летучих включений 25 32% и устанавливая дополнительные горелки при g 90^o и C 0,245 B, параметры . При незначительных отклонениях γ и C в большую или меньшую сторону параметры сохраняют свои значения. При γ 75^o; g 105^o; C=0,15•B; C=0,75•B параметры ; ; ; незначительно ухудшались. Как только γ<75 град; γ>105 град; C < 0,15 B; C > 0,75 B параметры , то есть резко скачкообразно достигают ухудшенных значений, соответствующих прототипу. Аналогичные результаты получаются и при одновременной подаче через основные горелки угольной пыли и топливного газа. Положительные результаты получаются при конструктивном оформлении топки как по варианту 1 (фиг. 1, 2), так и варианту 2 (фиг. 3, 4).

На фиг. 1 показана схема топки котла (вариант 1) с вертикальной четырехгранной призматической камерой сгорания; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема топки (вариант 2); на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3.

Топка котла содержит вертикальную призматическую камеру сгорания 1 со стенами 2, 3; на стенах 2 размещены основные горелки 4, снабженные соплами 5, 6, 7 для ввода соответственно угольной пыли, топливного газа и воздуха; оси 8 топливных сопел 5, 6 направлены по касательным к условной окружности 9 в центр топки, а оси 10 воздушных сопел 7 по касательным к условной окружности 11, стены камеры 1 экранированы трубами 12 с нагреваемой паро-водяной средой; центр окружностей 9, 11 на вертикальной оси 13 камеры 1; на стенах 3 установлены дополнительные горелки 14, шаг которых C (0,15 0,75) B; углы между горизонтальной осью 15 и плоскостью 16 прямого сечения выхлопа γ (75 105)^o.

Работа топки котла осуществляется путем ввода через горелки 2 потоков пыли, газа и воздуха. Пыль подается через сопла 5, газ через сопла 6, а воздух через сопла 7. Истекающие струи пыли и газа направлены тангенциально к окружности 9, а потоки воздуха к окружности 11. Топливные и воздушные потоки под влиянием диффузионно-турбулентного перемешивания с горячей топочной средой вступают в химическую реакцию с выделением тепла, образуя основной факел, который отдает выделенное тепло экранам 12. Образующиеся продукты сгорания движутся в сторону выходного окна 17 и через систему газоходов с поверхностями нагрева, газоочистные сооружения и дымовую трубу сбрасываются в атмосферу. Через дополнительные горелки 14 в камеру сгорания 1 подается воздух и высокореакционное топливо (природный газ, мазут), при сгорании которого выделяется дополнительное тепло, поддерживающее горение в основном факеле в период резких колебаний влажности, зольности, содержания горючих летучих веществ в поступающем через горелки 2 пылеугольном топливе. Геометрические соотношения g (75 105)^o и C (0,15 0,75) B обеспечивают при этом минимальные значения расхода подсветочного топлива, концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания, потерь тепла с уходящими газами и недожогом твердого топлива.

Использование: на тепловых электростанциях, сжигающих газ и пыль твердого топлива. Сущность изобретения: топка содержит вертикальную четырехгранную призматическую камеру сгорания и установленные на двух ее противоположных стенках по крайней мере в два горизонтальных ряда основные горелки, оборудованные соплами для ввода воздуха, аэросмеси и топливного газа, ориентированными тангенциально к условным окружностям в центре камеры, причем окружности топливных сопел - внутри окружности воздушных, а также дополнительные горелки, размещенные на стенах, не занятых основными горелками. Дополнительные горелки установлены парами на уровне нижнего горизонтального ряда основных горелок симметрично относительно горизонтальной оси камеры сгорания с углом разворота между нею и плоскостью прямого сечения выхлопа γ = (75 - 105)^o и шагом C = (0,15 - 0,75) B, где B - ширина стен с дополнительными горелками, м. 4 ил.

Топка котла, содержащая вертикальную четырехгранную призматическую камеру сгорания и установленные на двух ее противоположных стенах по крайней мере в два горизонтальных ряда основные горелки, оборудованные соплами для ввода воздуха, аэросмеси и топливного газа, ориентированными тангенциально к условным окружностям в центре камеры, причем окружности топливных сопл расположены внутри окружности воздушных, а также дополнительные горелки, размещенные на стенах, не занятых основными горелками, отличающаяся тем, что дополнительные горелки установлены парами на уровне нижнего горизонтального ряда основных горелок симметрично относительно горизонтальной оси камеры сгорания с углом разворота между нею и плоскостью прямого сечения выхлопа, равным 75 105^o, и шагом 0,15 0,75 ширины стен с дополнительными горелками, м.