ТОПКА Российский патент 1997 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к сжиганию топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях для сжигания бурых углей, добываемых открытым способом.

Известна топка, содержащая призматическую камеру сгорания с поярусно расположенными пылеугольными горелками в нижней части и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания газоплотные трубные экраны с амбразурами горелок, выполненными путем разводки экранов на ширину и глубину амбразуры, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой, мельницей-вентилятором, пыледелителем и пылепроводами [1]
Недостатком известной топки является затянутое воспламенение топлива из-за подачи холодных газов рециркуляция к корню факела горелок и трудность растопки котла ввиду отсутствия растопочных устройств.

Известно топочное устройство, содержащее призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания газоплотные трубные экраны, разделяющими камеру сгорания на центральную и периферийные, сообщающиеся между собой через перепускные окна, выполненные на внутреннем экране, разведенным в районе окон в фестоны, при этом периферийные камеры снабжены горелками, установленными по вертикальной оси камер в верхней их части [2]
Недостатком известного топочного устройства является сжигание в периферийных камерах сбросного потока, что исключает прогрев перед сжиганием концентрированной смеси.

Известна топка котла, содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания трубные экраны, один из которых является настенным, а другой двустенным, установленным вдоль фронта горелочных устройств, при этом горелки заведены в полость топки и скреплены своими выходными участками с трубами двухсветного экрана [3]
Недостатком известной топки котла является возможность пережога горелочных устройств, размещенных внутри топки, вследствие высокой температуры неохлаждаемых стенок выходных участков горелочных устройств, расположенных между экранами.

Известна топка, содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами в нижней части и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийной камер сгорания, сообщающихся перепускными окнами, выполненными путем разводки труб внутреннего экрана на входе и выходе в фестон, при этом выходной участок каждого горелочного устройства заведен в объем камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла для подачи инжектирующего агента, в горелках установлены мазутные форсунки [4]
Недостатком известной топки является возможность пережога неохлаждаемых горелочных устройств, заведенных внутрь камеры сгорания.

Цель изобретения улучшение условий воспламенения пыли и стабилизация горения путем термоподготовки пыли перед сжиганием и подачи горячих топочных газов в корень факела горелок.

Задача решается тем, что в топке, содержащей призматическую камеру сгорания с поярусно расположенными пылеугольными горелками в нижней части и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийной камер сгорания, сообщающихся перепускными окнами, выполненными путем разводки труб внутреннего экрана на входе и выходе в фестон, при этом выходной участок каждого горелочного устройства заведен в объем камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным устройством которой размещены сопла для подачи инжектирующего агента, а в горелках установлены растопочные мазутные форсунки, воздушные сопла и систему пылеприготовления, согласно изобретению, циркуляционные трубы выполнены путем разводки труб внутреннего экрана, а сопла для подачи инжектирующего агента путем разводки труб наружного экрана, при этом трубы разведены внутрь периферийных камер и последние заведены внутрь первых с образованием кольцевого зазора, периферийные камеры образованы вдоль вертикальных/вертикальных/ осей амбразур горелок, при этом внутренний экран выполнен заподлицо с настенными экранами, расположенными между периферийными камерами, а наружные экраны заподлицо с входными настенными экранами амбразур горелок, причем растопочные горелки установлены на верхних и нижних торцах периферийных камер сгорания на уровне перепускных окон.

Выполнение циркуляционных труб путем разводки труб внутреннего экрана позволяет исключить пережог этих труб в зоне высоких температур, так как трубы в данном случае оказываются охлаждаемыми и включенными в общую циркуляцию настенных экранов. Выполнение сопл для подачи инжектирующего агента путем разводки труб наружного экрана также исключает их пережог внутри топочной камеры. Разведение труб наружного и внутреннего экранов с образованием сопел для подачи инжектирующего агента и соответственно циркуляционных труб с заведением первых внутрь последних с образованием кольцевого зазора, при этом трубы разведены внутрь периферийных камер, позволяет организовать эжекцию горячих топочных газов через перепускные окна внутрь перепускных труб, в корень факела горелочных устройств, что обеспечивает возможность воспламенения аэросмеси и термоподготовку пыли, проходящей совместно с горячими газами путь внутри перепускных труб. Это же обеспечивает стабилизацию горения пыли, так как начало воспламенения происходит еще до выхода аэросмеси в центральную камеру сгорания.

Образование периферийных камер вдоль вертикальных осей амбразур горелок, при этом внутренний экран выполнен заподлицо с настенными экранами, расположенными между периферийными камерами, а наружные экраны заподлицо с входными настенными экранами амбразур горелок, расположенными в глубине ниш амбразур, позволяет увеличить высоту горелок в каждом ярусе до нескольких метров, что исключает провисание факела и увеличивает тангенциальную крутку пыли внутри топки, а также использовать уже имеющиеся экраны для образования периферийных камер сгорания. Это согласуется со статьей Верзакова В.Н. Мещерякова В.Г. Срывкова С.В. Процайло М.Я. Маршака Ю.Л. Алфимова Е.Г. и Харламова В.Г. "Изучение структуры факела котла II-67 и совершенствование организации топочного процесса", напечатанной в журнале "Электрические станции", 1992, II, стр. 14-20, рис.1, в которой авторами предлагается увеличить высоту горелок до 4 м при межярусном расстоянии 5 м, что практически ведет к слиянию амбразур горелок по высоте в один канал, при этом глубина готовой горелочной ниши составляет с разводкой экранных труб около 1 м. Остается только закрыть этот канал, проходящий по амбразурам горелок экраном, отделяющим его от центральной камеры сгорания.

Установка растопочных горелок на верхних и нижних торцах периферийных камер сгорания на уровне перепускных окон позволяет организовать одновременное воспламенение аэросмеси сразу по всем ярусам горелок при включении этих растопочных горелок за счет затягивания пламени растопочных горелок в каждую горелку силой эжекции, при этом при работе растопочных горелок на нижней торце затягивание происходит и за счет самотяги. Это позволяет исключить установку растопочных форсунок в каждой горелке, установка которых при большой высоте топки с многоярусным расположением горелок /более 4-х ярусов/ становится экономически нецелесообразной и экономически более выгодным является зажигание всех горелок в вертикальном блоке с помощью двух растопочных горелок, устанавливаемых на верхних и нижних торцах периферийной камеры сгорания, в которую входит весь вертикальный блок горелок.

Таким образом, преимуществом предлагаемой топки по сравнению с известными конструкциями является улучшение условий воспламенения пыли и стабилизации ее горения за счет того, что в корень факела подсасываются за счет эжекции горячие топочные газы, подогреваемые в периферийных камерах сгорания растопочными горелками, при этом пережог горелочных устройств, заведенных в топку, исключен, так как горелки выполнены экранированными путем разводки экранных труб, между которыми они установлены, а амбразуры горелок соединены по высоте в один блок.

На фиг. 1 изображена топка, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Топка содержит призматическую камеру 1, разделенную внутренним газоплотным экраном 2 на периферийные и центральную камеры 3 и 4 сгорания, при этом стенки 5 периферийных камер 3 экранированы внешним газоплотным экраном 6. Внутренний экран 2 снабжен верхним и нижним фестонами 7 и 8, образующими соответственно верхние и нижние перепускные окна 9 и 10. Топка содержит холодную воронку 11 и горелочные устройства 12, расположенные в несколько ярусов по высоте. Выходные участки горелочных устройство 12 окружены циркуляционными трубами 13, выполненными путем разводки труб внутреннего экрана 2, перед входным торцом которых размещены сопла 14 для подачи инжектирующего агента, выполненные путем разводки труб внешнего экрана 6. Разводка обоих экранов 2 и 6 выполнена внутрь периферийных камер сгорания 3 и сопла 14 заведены внутрь циркуляционных труб 13 с образованием кольцевых зазоров 15. В горелочных устройствах 12 установлены растопочные мазутные форсунки 16, а на верхних и нижних торцах периферийных камер 3 растопочные горелки 17 с мазутными форсунками 18. Периферийные камеры 3 сгорания образованы вдоль вертикальных осей амбразур 19 горелочных устройств 12, при этом внутренний экран 2 выполнен заподлицо с настенными экранами 20, расположенными между периферийными камерами 3 сгорания, а внешние экраны 6 - заподлицо с настенными экранами 21, расположенными в нише амбразур 19 горелочных устройств 12. Сопла 14 подсоединены к воздушному коробу 22, а горелочные устройства 12 и 17 к источнику аэросмеси растопочной концентрации. Растопочные горелки 17 установлены на уровне перепускных окон 9 и 10. Горелочные устройства 12 направлены тангенциально к условной окружности, расположенной в центральной камере 4 сгорания и размещены на всех стенках призматической топки, при этом периферийные камеры 3 сгорания объединяют в себе каждая весь вертикальный блок горелочных устройств 12 и отделены от центральной камеры 4 сгорания экраном 2.

Топка работает следующим образом.

Включаются растопочные мазутные форсунки 16 и 18 и прогреваются горелочные устройства 12 и периферийные камеры 3 сгорания, затем в горелочные устройства 12 и растопочные горелки 17 подается аэросмесь растопочной концентрации, которая при выходе из горелок воспламеняется от факелов растопочных форсунок 16 и 18 в струях воздуха, подаваемых в сопла 14 горелок 12 и в горелки 17. При работе горелок 12 в кольцевых зазорах 15 создается разрежение и через окна 9 и 10 в зазоры 15 втягиваются газы из центральной камеры 4 сгорания, которые дополнительно подогреваются работой горелок 17. Горячие газы способствуют воспламенению аэросмеси, выходящей из горелок 12. Горение начинается в циркуляционных трубах 13, что исключает отрыв факела, так как воспламенение возобновляется, потому что факел от горелок 17 затягивается внутрь циркуляционных труб 13 как за счет эжекции, так и за счет самотяги. По мере выхода топки на номинальную нагрузку мазутные форсунки 16 и 18 отключаются, а через горелки 17 внутрь периферийных камер 3 сгорания может подаваться горячий воздух, обеспечивающий воспламенение и горение пыли, засасываемой в окна 9 и 10 с центральной камеры 4 сгорания. При многоярусной системе горелок 12 растопку можно производить только с помощью растопочных горелок 17, так как факел от этих горелок втягивается во все циркуляционные трубы 13 и обеспечивает воспламенение пыли, подаваемой в горелки 12. Включение горелок 17 может производиться также для подсветки факела и для стабилизации горения при падении нагрузки котла. Растопка двумя горелками 17 всего вертикального блока горелок 12 более целесообразна, чем установка на каждом ярусе своих растопочных горелок. При многоярусной системе горелок /3 6 ярусов/ это экономически не выгодно из-за разводки сложной растопочной арматуры. Благодаря установке внутреннего газоплотного экрана 2 снижается температура в топке, что позволяет снизить объем рециркуляции холодных газов, подаваемых в топку: это экономит электроэнергию, затрачиваемую на работу дымососов, которая при 40% рециркуляции является значительной. За счет подсоса газов в окна 10 смещается факел в нижнюю часть топки, что исключает недожог с провалом, а при затягивании газов в верхние окна 9, снижается недожог с уносом. При четырехярусной системе горелок на четырех гранях топки, 32 пылеугольные горелки создают значительное разрежение в периферийных камерах 5 сгорания, что позволяет организовать мощную внутреннюю рециркуляцию топочных газов в зоне горелок, а это усредняет распределение температуры по сечению всего топочного объема, подтягивая горячие топочные газы с экранам 2 и 6, что повышает теплосъем с экранов и снижает температуру внутри топочной камеры без рециркуляции холодных газов внутрь топки. Из-за отсутствия перемешивания факелов горелок в центральных зонах топки температура превышает периферийные зоны на 200 300^oC. Предлагаемая топка усредняет все температуры, так как газы центральной зоны втягиваются в окна 9 и 10 и снова выбрасываются через трубы 13 в центр топки, что усредняет температуры по сечению топки.

Таким образом предлагаемая топка позволяет создать благоприятные условия для растопки котла путем подачи через трубы 13 в корень факела горячих топочных газов, дополнительно подогреваемых горелками 17. Благодаря дополнительному внутреннему экрану 2 снижается температура на выходе из топки. Благодаря перемешиванию газов в топке, рециркулируемых через окна 9 и 10, усредняются температуры по сечению топки и увеличивается теплосъем с настенных экранов. Кроме того, растопка может производиться только торцевыми растопочными горелками 17, а частичная термоподготовка пыли в трубах 13 ускоряет выгорание пыли, снижает шлакование и образование окислов азота, так как в трубах 13 идет восстановление окислов азота до свободного азота восстановительной средой, засасываемой из топки в окна 9 и 10. Выполнение предлагаемой конструкции топки не представляется сложным, так как разводка экранов в местах установки горелок предусмотрена по существующей технологии.

Использование: на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: топка содержит призматическую вертикальную камеру, разделенную внутренним газоплотным экраном 2 на периферийные и центральную камеры 3 и 4 сгорания, сообщающиеся через перепускные окна 9 и 10 в верхней части камеры 3, образованные фестонами 7 и 8. Горелочные устройства 12 заведены внутрь периферийных камер 3 и на выходном торце имеют сопла для подачи инжектирующего агента и циркуляционную трубу 12, в которую они заведены с образованием кольцевого зазора 15. Сопла 14 и циркуляционная труба 13 выполнены путем разводки труб наружного и внутреннего экранов соответственно 6 и 2, произведенной внутрь камеры 3 сгорания, при этом трубы экрана 2 выполнены заподлицо с застенными экранами 20, размещенными между периферийных камер сгорания 3, а трубы внешнего экрана 6 выполнены заподлицо с застенными экранами 21, расположенными в нише амбразур 19 горелочных устройств 12, вдоль вертикальных осей которых образованы периферийные камеры 3 сгорания, причем растопочные горелки 17 расположены на нижних и верхних концах периферийных камер 3 сгорания на уровне перепускных окон 9 и 10. 2 ил.

Топка, содержащая вертикальную призматическую камеру с поярусно расположенными пылеугольными горелками и холодной воронкой, а также размещенные в камере газоплотные трубные экраны, установленные один за другим с образованием центральной и периферийных камер сгорания, сообщающихся перепускными окнами, выполненными путем разводки труб внутреннего экрана на входе и выходе в фестон, при этом выходной участок каждого горелочного устройства заведен в объем камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла для подачи инжектирующего агента, а в горелочных устройствах установлены мазутные форсунки и растопочные горелки, отличающаяся тем, что циркуляционные трубы выполнены путем разводки труб внутреннего экрана, а сопла для подачи инжектирующего агента путем разводки внешнего экрана, последние заведены внутрь первых с образованием кольцевого зазора, при этом трубы разведены внутрь периферийных камер сгорания, периферийные камеры образованы вдоль вертикальных осей амбразур горелок, при этом внутренний экран выполнен заподлицо с настенными экранами, расположенными между периферийными камерами, а внешние экраны заподлицо с настенными экранами амбразур, образующих их ниши, причем растопочные горелки установлены как на верхних, так и на нижних торцах периферийных камер сгорания.