ЦИКЛОННАЯ ТОПКА Российский патент 1997 года по МПК F23C5/32 

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть применено на тепловых электростанциях для сжигания забаластированных углей.

Известна циклонная топка [1] содержащая камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана имеют перепускные окна в верхней и нижней части, на уровне которых установлены горелочные устройства и воздушные сопла, и расположенную внутри периферийной камеры сгорания цилиндрическую полую вставку с перетечными окнами.

Недостатком известной топки является сложность выполнения экранированной циклонной камеры и возможность обгорания неэкранированной полой вставки.

Известная циклонная топка [2] содержащая камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана имеют перепускные окна в верхней и нижней части, на уровне которых установлены горелочные устройства и воздушные сопла, направленные соответственно внутрь периферийных и центральной камеры сгорания и установленные на внешнем экране, и расположенную внутри периферийной камеры сгорания полую вставку.

Недостатком известной топки является сложность выполнения экранированной циклонной камеры сгорания и возможность обгорания неэкранированной полой вставки.

Известна циклонная топка [3] содержащая камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана имеют перепускные окна в верхней и нижней части, на уровне которых установлены горелочные устройства и воздушные сопла, направленные соответственно внутрь периферийных и центральной камеры сгорания и установленные на внешнем экране, и расположенную внутри периферийных камер полую вставку с прорезями, при этом на уровне нижних перепускных окон по оси периферийных камер размещены сопла отсоса горячих газов для размольного устройства, в верхней части периферийных камер сгорания установлены растопочные горелки, а конвективный газоход котла топки включает пароперегреватель с пароохладителем и две ступени водяного экономайзера.

Недостатком известной топки является сложность изготовления циклонных камер сгорания и возможность обгорания неэкранированной полой вставки.

Задача изобретения упрощение конструкции и повышение эффективности воспламенения и горения забаластированного топлива.

Задача решается тем, что в циклонной топке котла с конвективными газоходами, содержащей камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана имеют перепускные окна в верхней и нижней части, на уровне которых установлены горелочные устройства и воздушные сопла, направленные соответственно внутрь периферийных и центральной камеры сгорания и установленные на внешнем экране, при этом на уровне нижних перепускных окон по оси периферийных камер размещены сопла отсоса горячих газов для размольного устройства, в верхней части периферийных камер сгорания установлены растопочные горелки, конвективный газоход котла топки включает пароперегреватель с пароохладителем и две ступени водяного экономайзера, и расположенную внутри периферийных камер сгорания полую вставку с прорезями, согласно изобретению цилиндрическая полая вставка установлена в плотном контакте с внутренним и наружными экранами призматической периферийной камеры сгорания от верхних до нижних перепускных окон и имеет прорези на уровне горелочных устройств, воздушных сопел и перепускных окон, выполненные в плотном контакте с входными торцами горелок и воздушных сопел и соединенных приварными проставками с перепускными окнами, цилиндрические вставки внутри периферийных камер совмещены вдоль образующей, а внутренние экраны включены в общую систему циркуляции котла в рассечку между второй ступенью водяного экономайзера и пароохладителем.

Циклонные периферийные камеры сгорания в предлагаемой циклонной топке используются для термоподготовки топлива перед сжиганием. Температура, которая развивается внутри циклонных камер не превышает 700 800^o, что позволяет использовать неэкранированные цилиндрические вставки, установив их в плотном контакте между внутренними и наружными экранами, что вполне достаточно для исключения перегорания вставок, так как внутренняя стенка выполнена для надежности в виде холодного пучка, подключенного в рассечку между второй ступенью водяного экономайзера и пароохладителем в общую систему циркуляции котла.

За счет использования цилиндрических вставок с прорезями, в которые вводятся выходные торцы горелок и воздушных сопел, а также приварные проставки, соединяющие их с перепускными окнами, намного упрощается изготовление циклонных камер сгорания, так как цилиндрические вставки могут быть установлены в периферийных камерах сгорания призматической формы, изготовление которых намного проще. Для увеличения коэффициента заполнения периферийных камер, цилиндрические вставки могут быть выполнены сдвоенными, что позволяет уменьшить расстояние между внутренним и наружным экранами, что обеспечивает возможность установки цилиндрических вставок в нишах амбразур горелок на всю высоту вертикального блока горелок, или в углах призматических топок.

Повышение эффективности воспламенения и горения топлива достигается за счет термоподготовки топлива перед сжиганием в предлагаемых периферийных камерах с цилиндрическими вставками.

Установка между внутренними и внешними экранами в плотном контакте с ними от верхних до нижних перепускных окон неэкранированных цилиндрических вставок, совмещенных между собой вдоль образующей и имеющих прорези на уровне горелок, воздушных сопел и перепускных окон, установленных на внешних и внутренних экранах, позволяет упростить конструкцию циклонных периферийных камер сгорания, так как они в предлагаемой конструкции образованы путем установки неэкранированных цилиндрических вставок внутрь полостей между внутренними и внешними экранами в плотном контакте с ними. Благодаря тому, что температуры, развиваемые внутри периферийных камер сгорания не превышают 700 800^oC, а трубы находятся в плотном контакте с экранами, то обгорание труб цилиндрических вставок исключено, так как они охлаждаются экранами, обвивающими их. С другой стороны, винтообразное движение пыли внутри цилиндрических вставок увеличивает время пребывания пыли в зоне высоких температур и повышает эффективность термоподготовки пыли перед сжиганием в центральной камере сгорания с помощью воздушных сопел, установленных против нижних перепускных окон. Для обеспечения более надежного охлаждения цилиндрических вставок, внутренний экран подсоединен в рассечку между второй ступенью экономайзера и пароохладителем пароперегревателя. Это подключение внутреннего экрана в общую систему котла гарантирует безшлаковочную работу внутренних экранов, так как при налипании шлака на холодный пучок внутренних экранов, он не скрепляется с ним и не образует прочных отложений в виду низкой температуры труб экранов и при работе топки все отложения осыпаются с внутренних экранов. Это имеет важное значение, так как установка обдувочных аппаратов на внутренних экранах представляет известные сложности, так как они должны проходить через внешний и внутренний экраны.

Соединение горелок и воздушных сопел с цилиндрическими вставками через прорези в последних, а верхние и нижние окна внутреннего экрана соединены с соответствующими прорезями приварными проставками, при этом горелки и воздушные сопла установлены ортогонально цилиндрическим вставкам, позволяет исключить попадание пыли в пространство между цилиндрическими вставками и экранами, что привело бы к забиванию пылью острых углов между цилиндрическими вставками и экранами с последующим ее возгоранием и шлакованием этих мест.

Ортогональная установка горелок и воздушных сопел по отношению к образующей цилиндрических вставок позволяет, в случае горелок, обеспечить эффективную крутку аэросмеси в периферийных камерах сгорания, а в случае воздушных сопел, эффективный подхват образованного полукокса и подачу его выше холодной воронки, что исключает провал недожога.

Подсос горячих топочных газов через верхнее окно в периферийные камеры сгорания осуществляется не за счет эжекции воздушных сопел, что исключает регулирование количества воздуха, идущего на горение, а за счет отсоса газового балласта из нижней части периферийных камер сгорания на всас мельницы через сопла отсоса газов. Это уменьшает размер нижних перепускных окон во внутреннем экране, что облегчает разводку и улучшает скорость выгорания полукокса в центральной камере сгорания, так как выходящий из нижнего окна полукокс не балластируется негорючими дымовыми газами. Кроме того, увеличивается количество дымовых газов, засасываемых в периферийные камеры, а следовательно и степень термоподготовки пыли перед сжиганием. Улучшается эффективность работы экранов, увеличивается теплосъем с них и уменьшается объем топки за счет интенсификации теплообмена в ней.

На фиг. 1 изображен продольный разрез периферийных камер сгорания циклонной топки; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Циклонная топка содержит камеру 1 сгорания с горелочными устройствами 2, а также размещенные в камере 1 сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны 3 и 4, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер 5 и 6 сгорания, причем трубы внутреннего экрана 3 имеют перепускные окна 7 и 8 в верхней и нижней части, образованные разводкой труб экрана 3, на уровне которых установлены горелочные устройства 2 и воздушные сопла 9, размещенные на внешнем экране 4 и направленные соответственно внутрь периферийной и центральной камер 6 и 5 сгорания, при этом по оси периферийных камер 6 сгорания, на уровне нижних перепускных окон 8 установлены сопла 10 отсоса горячих газов, подключенные на всас размольного устройства 11. В верхней части периферийной камеры 6 сгорания установлена растопочная горелка 12, а конвективный газоход котла топки содержит пароперегреватель с пароохладителем и две ступени водяного экономайзера (на чертеже условно не обозначены). Между внутренним и наружным экранами 3 и 4 в плотном контакте с ними от верхних до нижних окон 7 и 8 установлены неэкранированные цилиндрические вставки 13 и 14, совмещенные между собой вдоль образующих цилиндров и имеющих прорези 15 на уровне горелочных устройств 2, прорези 16 на уровне воздушных сопел 9 и прорези 17 и 18 на уровне верхних и нижних перепускных окон 7 и 8, при этом горелочные устройства 2 и воздушные сопла 9 соединены с указанными цилиндрическими вставками 13 и 14 через прорези 15 и 16, скрепленные с выходными торцами горелок 2 и сопел 9, установленных ортогонально образующим цилиндрических вставок 13 и 14. Верхние и нижние окна 7 и 8 внутреннего экрана соединены с прорезями 17 и 18 приварными проставками 19 и 20, выполненными по всему периметру прорезей 17 и 18 и окон 7 и 8. Внутренние экраны 3 подсоединены в общую систему котла в рассечку между пароохладителем пароперегревателя и второй ступенью экономайзера. Циклонная топка содержит также пылеконцентратор 21 с патрубком 22 отвода концентрированной смеси, подключенным к горелочным устройствам 2 и течку 23 сырого угля. Патрубок 24 слабозапыленного агента пылеконцентратора 21, подключенного к размольному устройству 11, подсоединен к горелкам 25, установленным на внешних экранах 4 между периферийными камерами 6 сгорания, и направленным вдоль внутренних экранов 3, на уровне верхних перепускных окон 7, а на уровне нижних перепускных окон 8 на внешних экранах 4 между периферийными камерами 6 сгорания установлены воздушные сопла 26 третичного дутья, направленные вдоль внутренних экранов 3. При необходимости через растопочную горелку 12 в периферийные камеры 6 сгорания может подаваться вторичный воздух.

Периферийные камеры 6 сгорания могут быть установлены как в углах призматической камеры 1 сгорания, так и на гранях ее в горелочном поясе, при этом для установки цилиндрических вставок 13 и 14 могут использоваться экранированные ниши амбразур горелок, соединенные между собой в пределах всего вертикального блока горелок. 27 патрубок ввода газов рециркуляции.

Циклонная топка работает следующим образом.

Включается растопочная горелка 12 и прогревается периферийная камера 6 сгорания, затем через течку 23 подается на всас размольного устройства 11 вместе с дымовыми газами, поступающими через сопла 10 отсоса газов из периферийных камер 6 сгорания, сырой уголь, который частично просушивается и размалывается, а затем поступает в пылеконцентратор 21, из которого через патрубок 22 концентрированной смеси направляется в горелочное устройство 2, где под действием растопочной горелки 12 вспыхивает и горит, вращаясь в цилиндрических вставках 13 и 14. Одновременно слабозапыленный агент из патрубка 24 пылеконцентратора 21 поступает в горелки 25 и засасывается через верхние перепускные окна 7 в периферийные камеры 6 сгорания, где вспыхивает от растопочной горелки 12, работающей как на дополнительном газообразном или жидком топливе, так и на угольной пыли, отбираемой из патрубка 24 слабозапыленного агента пылеконцентратора 21. В период растопки вся пыль из патрубка 24 может подаваться на растопочную горелку 12. После выхода на номинальный режим работы, слабозапыленный агент подается в горелки 25 центральной камеры сгорания 5.

После термоподготовки пыли в периферийных камерах 6 сгорания, она в нижней части их подхватывается с помощью воздушных сопел 9 и поступает в центральную камеру 5 сгорания, где догорает в струях третичного дутья, подаваемого из сопел 26. Газовый балласт, постоянно образующийся в периферийных камерах 6 сгорания, отсасывается соплами 10 отсоса на всас размольного устройства 11, что ускоряет выгорание полукокса в центральной камере 5 сгорания, так как в нижних окнах 8 факел не балластируется негорючими продуктами, выделенными из топлива в камерах 6 сгорания. При необходимости через растопочную горелку 12 может быть подано в периферийные камеры 6 сгорания вторичное дутье для усиления степени термоподготовки топлива.

Таким образом, предлагаемая топка позволяет сжечь уголь, сильно забаластированный окисленными углеродными фрагментами, в результате термоподготовки которого, эти фрагменты выделяются в виде углекислого газа и выводятся из зоны горения через сопла 10, что усиливает горение.

Упрощение конструкции достигается за счет того, что винтообразное закручивание пыли в камерах 6 сгорания достигается путем использования цилиндрических вставок 13 и 14, охлаждаемых по всему периметру снаружи экранными трубами внешних и внутренних экранов 3 и 4. Для обеспечения надежности охлаждения и безшлаковочной работы внутренних экранов 3, они подсоединены в общую систему котла в рассечку между второй ступенью экономайзера и пароохладителем.

Улучшение условий воспламенения и горения топлива достигается тем, что крупная пыль в винтообразном движении проходит камеры 6 сгорания, подвергаясь термоподготовке, обеспечивающей повышение калорийности и пористости за счет выхода из угольной матрицы негорючего балласта в виде углекислого газа и молекулярного азота, что снижает содержание окислов азота в дымовых газах и обеспечивает быстрое выгорание пористой углеродной матрицы в струях вторичного воздуха, подаваемого из сопел 9.

Изготовление периферийных камер 6 сгорания не представляет значительной сложности, так как между экранами вставляются цилиндрические вставки 13 и 14 из труб соответствующего диаметра из термостойкой стали.

Использование: на тепловых электростанциях для сжигания сильнозабаластированных топлив. Сущность изобретения: топка содержит камеру 1 сгорания, разделенную внутренним экраном 3 на периферийные и центральную камеры 6 и 5 сгорания. В периферийных камерах 6 сгорания между внутренними и наружными экранами 3 и 4 установлены цилиндрические вставки 13 и 14 в плотном контакте с экранами 3 и 4, расположенные между верхними и нижними перепускными окнами 7 и 8. Вставки 13 и 14 имеют прорези 16, 17, 18, размещенные против воздушных сопел 9 и перепускных окон 7 и 8, и прорези 15, размещенные против горелок 2. Прорези 15 и 16 соединены с выходными торцами горелок 2 и сопел 9, а прорези 17 и 18 имеют приварные проставки 19 и 20, соединяющие их периметры с периметрами перепускных окон 7 и 8. Внутренний экран 3 подсоединен в общую систему циркуляции котла в рассечку между второй ступенью водяного экономайзера и пароохладителем пароперегревателя, что исключает шлакование экрана 3 и обеспечивает охлаждение вставок 13 и 14 снаружи. 3 ил.

Циклонная топка котла с конвективными газоходами, содержащая камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана имеют перепускные окна в верхней и нижней частях на уровне которых установлены горелочные устройства и воздушные сопла, направленные соответственно внутрь периферийных и центральной камер сгорания и установленные на внешнем экране, при этом на уровне нижних перепускных окон по оси периферийных камер сгорания размещены сопла отсоса горячих газов для размольного устройства, в верхней части периферийных камер сгорания установлены растопочные горелки, а конвективный газоход включает пароперегреватель с пароохладителем и две ступени водяного экономайзера и расположенную внутри периферийных камер сгорания полую вставку с прорезями, отличающаяся тем, что цилиндрическая полая вставка установлена в плотном контакте с внутренними и наружными экранами призматической периферийной камеры сгорания от верхних до нижних перепускных окон и имеет прорези на уровне горелочных устройств, воздушных сопл и перепускных окон, выполненные в плотном контакте с выходными торцами горелок и воздушных сопл и соединенные приварными проставками с перепускными окнами, цилиндрические вставки внутри периферийных камер совмещены вдоль образующей, а внутренние экраны включены в общую систему циркуляции котла в рассечку между второй ступенью водяного экономайзера и пароохладителем.