ТОПОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК F23C7/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в других отраслях промышленности.

Известны топочные камеры парогенераторов, содержащие холодные воронки с наклонными скатами с установленными вдоль последних воздушными соплами [1, 2]
Недостатком этих топок являются значительные потери с механическим недожогом, обусловленные большим провалом частиц несгоревшего топлива в холодную воронку. Как показали промышленные испытания, основная масса частиц несгоревшего топлива, выпавших из факела, попадают на наклонные скаты холодной воронки, далее, двигаясь за счет силы тяжести по этим скатам, доходят до устья воронки и выпадает в шлаковый комод. В связи с чем низкая эффективность упомянутых топочных устройств связана с неучетом энергетических характеристик воздушных струй, выходящих из сопел, установленных вдоль скатов в нижней части холодной воронки, вследствие чего воздушные струи не доходят до противоположного ската воронки, отклоняясь за счет самотяги топки вверх, и не удерживают движущиеся вниз по скатам несгоревшие частицы топлива.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому топочному устройству является топочная камера, которая содержит холодную воронку с наклонными скатами и шлаковый комод, вдоль одной стенки которого установлены основные воздушные сопла, а на его противоположной стенке установлены дополнительные сопла в шахматном порядке относительно основных сопл [3]
Недостатком данной топочной камеры, как показали промышленные испытания, являются также большие потери с механическим недожегом от провала несгоревших частиц топлива в холодную воронку. Большой провал несгоревших частиц обусловлен стремлением организовать сплошную воздушную завесу в устье холодной воронки, что требует установки большого количества мелких воздушных сопел, приводящей к дроблению мощности струй воздуха, вследствие чего струи не достигают противоположного ската воронки, отклоняясь вверх самотягой топки, и не удерживают частицы несгоревшего топлива, движущиеся по этим скатам и устью холодной воронки. То есть и в данной конструкции топочной камеры не учитываются энергетические характеристики воздушных струй, которые должны обеспечить удержание движущихся вниз по наклонным скатам воронки несгоревших частиц топлива и создать их циркуляционное движение.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность дожигания отсепарированных в холодную воронку частиц несгоревшего топлива, т.е. резко снизить потери с механическим недожегом от провала несгоревших частиц топлива, а также уменьшить уровень выбросов оксидов азота и снизить шлакование скатов холодной воронки.

Предложено топочное устройство, включающее вертикальную камеру сгорания, воздухопровод горячего воздуха, соединенный посредством горелок с камерой сгорания, а воздухопроводом нижнего дутья с воздушными соплами, установленными встречно в шахматном порядке у устья холодной воронки вдоль протяженных скатов, при этом количество воздушных сопел на единицу длины протяженных скатов холодной воронки находится в пределах 0,4-0,8 шт./м, при этом доля воздуха на нижнее дутье от общего количества воздуха, поступающего на горение, составляет l≥0,2.

Для тангенциальных топок воздушные сопла, примыкающие к коротким скатам холодной воронки, выполнены из двух сопел, одно из которых направлено на противоположный протяженный скат, а другое в сторону короткого ската.

На фиг. 1 и 2 изображено предлагаемое топочное устройство.

Топочное устройство включает вертикальную камеру сгорания 1, воздухопровод горячего воздуха 2, соединенный посредством горелок 3 с камерой сгорания 1, а воздухопроводом нижнего дутья 4 с воздушными соплами 5, установленными встречно в шахматном порядке у устья холодной воронки 6 вдоль протяженных скатов 7. Количество воздушных сопел 5 на единицу длины протяженных скатов 7 холодной воронки 6 находится в пределах 0,4 0,8 шт./м.

При этом доля воздуха на нижнее дутье от общего количества воздуха, поступающего на горение, составляет величину l≥0,2.

Для тангенциальных топок воздушные сопла, примыкающие к коротким скатам 8 холодной воронки 6, выполнены из двух сопел 9, одно из которых направлено на противоположный протяженный скат 7, а другое в сторону короткого ската 8.

Топочное устройство работает следующим образом.

В топочную камеру 1 посредством горелок 3 поступает пылевидное топливо и часть идущего на горение по воздухопроводу 2 горячего воздуха. Часть пылевидного топлива, преимущественно крупные фракции, сепарируются на скаты холодной воронки 6, которые активно обдуваются потоком воздуха, поступающего из воздухопровода нижнего дутья 4 через сопла 5 и 9 в направлении скатов. В связи с тем, что мощность воздушных струй, выходящих из сопел, является достаточной для достижения противоположных скатов холодной воронки, то происходит удар струи о скат и ее расширение, обеспечивающее полное омывание воздухом площади скатов и вовлечение несгоревших частиц топлива в циркулирующее движение в нижней части топочного объема. Наличие многократной циркуляции несгоревших частиц топочного топлива в воздушной среде обеспечивает их полное выгорание и существенно снижает потери с механическим недожегом.

Как показали промышленные исследования эффективность обдувки скатов холодной воронки определяется в основном двумя факторами:
количеством сопел,
мощностью струи воздуха, выходящего из сопла.

Мощность струи воздуха определяется ее количеством движения, то есть произведение массы потока на его скорость. Для существующих аэродинамических характеристик дутьевых вентиляторов скорость воздуха на выходе из сопла является величиной ограниченной. В связи с чем изменение количества движения может быть осуществлено в основном за счет измерения расхода воздуха через сопло. Величиной, выражающей расходные характеристики сопел, является приведенное выше значение числа сопел на единицу длины ската n N/α так как суммарное число сопел определяется отношением N V_нд/V_с,
где V_н.д. количество воздуха; поступающего на нижнее дутье,
V_с расход воздуха через одно сопло.

Так как отношение V_с/V_нд характеризует относительную мощность отдельной струи воздуха в системе нижнего дутья, то число n, связывая между собой количества воздуха, поступающего на нижнее дутье и через отдельное сопло с длиной обдуваемых скатов, является числом, представляющим отношение энергетических параметров системы нижнего дутья к характерному геометрическому размеру холодной воронки. Как показали промышленные исследования, величина этого комплекса, обеспечивающего минимальное значение провала несгоревших частиц топлива, находится в пределах n 0,4-0,8 шт./м и зависит от характеристик топлив и пыли и конструкции парогенератора. Количество воздуха, поступающего на нижнее дутье, при указанном значении n, как показали испытания, должно быть не менее 0,2 от количества воздуха, поступающего на горение. При уменьшении доли меньше 0,2 наблюдается повышенный провал несгоревших частиц топлива и соответственно, увеличиваются потери с механическим недожегом. Для уменьшения провала несгоревших частиц топлива в тангенциальных топках воздушные сопла примыкающие к коротким скатам холодной воронки выполнены комбинированными с поворотом в горизонтальной плоскости одного из сопел расположенного со стороны короткого ската в сторону последнего. Такой поворот обеспечивает эффективную обдувку стен коротких скатов и, тем самым, исключает провал частиц топлива, которые двигаются по этим скатам к устью холодной воронки. Следует также отметить, что как показали промышленные исследования, подача частиц воздуха на нижнее дутье приводит к уменьшению образования в топке оксидов азота. Уменьшение оксидов азота связано с уменьшением коэффициента избытка воздуха в горелках в случае подачи части воздуха в топку вне горелок.

Использование: в области теплоэнергетики. Сущность изобретения: топочное устройство, включает вертикальную камеру сгорания, воздухопровод горячего воздуха, соединенный посредством горелок с камерой сгорания, а воздухопроводом нижнего дутья - с воздушными соплами, установленными встречно в шахматном порядке у устья холодной воронки вдоль протяженных скатов. Количество воздушных сопел на единицу длины протяженных скатов холодной воронки находится в пределах 0,4-0,8 шт./м, при этом доля воздуха на нижнее дутье от общего количества воздуха, поступающего на горение, составляет величину l≥0,2. При этом, для тангенциальных топок воздушные сопла, примыкающие к коротким скатам холодной воронки, выполнены из двух сопел, одно из которых направлено на противоположный скат, а другое - в сторону короткого ската. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Топочное устройство, включающее вертикальную камеру сгорания, воздухопровод горячего воздуха, соединенный посредством горелок с камерой сгорания, а воздухопроводом нижнего дутья с воздушными соплами, установленными встречно в шахматном порядке у устья холодной воронки вдоль протяженных скатов, отличающееся тем, что количество воздушных сопл на единицу длины протяженных скатов холодной воронки находится в пределах 0,4 0,8 штук/м, при этом доля воздуха на нижнее дутье от общего количества воздуха, поступившего на горение, составляет величину l ≥ 0,2. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для тангенциальных топок воздушные сопла, примыкающие к коротким скатам холодной воронки, выполнены из двух сопл, одни из которых направлены на противоположный протяженный скат, а другие в сторону короткого ската.