ТОПКА Российский патент 1997 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в топках котлов, работающих на бурых углях открытых разрезов.

Известна топка котла, содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания газоплотные внутренние и внешние трубные экраны, размещенные один в другом и выполненные в виде двух четырехгранных призм, совмещенных углами и серединами граней, при этом под местами стыковки установлены воздушные сопла [1]
Недостатками известной топки являются трудность растопки и сложность конструкции.

Известна топка котла, содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами, а также размещенные в камере сгорания газоплотные трубные экраны, установленные один в другой, образующие периферийные и центральную камеру сгорания, при этом экраны выполнены в виде двух четырехгранных призм, совмещенных углами и серединами граней [2]
Недостатками известной топки котла являются трудность растопки и сложность конструкции.

Известна топка котла, содержащая фронтовой трубчатый экран, горелочные устройства и размещенные вдоль фронта последних внутренний экран из труб, при этом горелки заведены в полость топки и скреплены своими выходными участками с трубами внутреннего экрана [3]
Недостатком топки котла является обгорание горелочных устройств.

Известна топка, содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами в нижней части и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер, причем трубы внутреннего экрана разведены в фестон в нижней и верхней части, выходной участок каждого горелочного устройства заведен в объемы камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента, а на выходном ее торце установлены горелочный насадок, мазутные форсунки и перепускные окна [4]
Недостатком известной топки является возможность обгорания участков горелочных устройств, заведенных внутрь камеры сгорания, так как они не экранированы.

Задачей изобретения является улучшение условий воспламенения аэросмеси и стабилизации ее горения и повышение надежности горелочных устройств.

Задача решается тем, что в топке, содержащей призматическую камеру сгорания с многоярусными горелочными устройствами в нижней части и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийной камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана разведены в фестон в нижней и верхней части, в местах совмещения с трубами внешнего экрана, выходной участок каждого горелочного устройства заведен в объем камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента, а на выходном ее торце размещены сопла подачи инжектирующего агента, а на выходном ее торце установлен горелочный насадок, воздушные сопла и растопочные горелки, согласно изобретению внешний трубный экран выполнен в виде восьмигранной призмы с охватом внутреннего четырехгранного экрана по периметру последнего со стыком углов внутренней призмы с серединой граней наружной призмы, в местах стыка которых на уровне горелок установлены сопла третичного дутья, при этом горелочный насадок и циркуляционная труба выполнены конусообразными и размещены последняя внутри первого путем разводки труб внутреннего экрана с образованием кольцевого зазора между ними, причем между входными торцами горелочного насадка и циркуляционной трубы и внешним экраном имеется зазор, внешний экран установлен в горелочном поясе камеры сгорания, экраны являются продолжением внутренних экранов и расположены на уровне их, а растопочные горелки установлены на байпасных пылепроводах, установленных на оси горелочных устройств, на входе которых установлены завихрители, а на выходе охлаждаемые хомуты, подключенные к источнику тока низкого напряжения, при этом участок пылепровода между хомутами выполнен из термостойкой стали.

Выполнение внешнего трубного газоплотного экрана в виде восьмигранной призмы с охватом внутреннего экрана, выполненного в виде четырехгранной призмы с серединой граней наружной призмы, в местах стыка которых на уровне горелок установлены сопла третичного дутья, при этом внешний экран установлен в горелочном поясе камеры сгорания, экраны которой являются продолжением внутренних экранов и расположены на уровне их, позволяет организовать рециркуляцию горячих топочных газов из центральной камеры сгорания в периферийные и обратно, что облегчает воспламенение аэросмеси и стабилизирует горение, так как в корень факела подаются горячие топочные газы. Восьмигранная призма позволяет обнажить углы центральной камеры сгорания для установки в них сопл третичного дутья, необходимых для полного сжигания пыли при ступенчатой подаче воздуха. Кроме того, установка сопл в углах центральной камеры сгорания исключает застойные угловые зоны. Установка внешних экранов в горелочном поясе камеры сгорания позволяет избежать застойных зон в периферийных камерах сгорания, так как горелки являются эжекторами газов, засасываемых в них. Если бы наружные экраны были установлены вне зоны горелок, то организовать просос газов через периферийные камеры сгорания оказалось бы затруднительным. Внутренние экраны являются двухсветными и снимают часть тепла с уходящих газов, что снижает их температуру на выходе и благоприятно влияет на безшлаковую работу топки.

Выполнение горелочного насадка и циркуляционной трубы конусообразными и размещение последней внутри первого путем разводки труб внутреннего экрана с образованием кольцевого зазора между ними, причем между входными торцами горелочного насадка и циркуляционной трубы и внешним экраном выполнен зазор позволяет организовать рециркуляцию горячих топочных газов между горелочным насадком и циркуляционной трубой из центральной камеры сгорания в корень факела и вторую рециркуляцию через верхние и нижние окна из центральной камеры сгорания внутрь циркуляционной трубы, где оба потока смешиваются с горящей пылью, поступающей из выходного участка горелочного устройства. Двойная рециркуляция позволяет прососать горячие газы через периферийные камеры сгорания и подать также горячие топочные газы через периферийные камеры сгорания и подать также горячие топочные газы прямо из камеры сгорания в корень факела, что облегчает воспламенение и стабилизирует горение при падении нагрузки.

Установка растопочных горелок на байпасных пылепроводах, расположенных по оси горелочных устройств, на входе снабженных завихрителями, а на выходе охлаждаемыми хомутами, установленными вокруг пылепровода и скрепленными с ним, подключенными к источнику низкого напряжения /вторичной обмотке трансформатора/, при этом участок пылепровода между хомутами выполнен из термостойкой стали /нихрома/, позволяет обеспечить нагрев выходного участка пылепровода до 700-800^oC и воспламенение пыли от его стенок, у которых за счет завихрителя создается повышенная концентрация пыли, если даже на входе в растопочную горелку концентрация ее ниже растопочной.

Установка растопочных горелок на байпасных пылепроводах позволяет организовать воспламенение за счет меньшей траты электроэнергии на нагрев, так как байпасный пылепровод может составлять лишь часть от пылепровода, идущего на горелки. С помощью поджога части пыли обеспечивается воспламенение всей пыли при слиянии основного и байпасного пылепроводов на входе в горелку. Разогрев выходного участка трубы с помощью тока низкого напряжения /около 2 В/ исключает опасность поражения током для персонала и является наиболее простым и надежным способом нагрева, например, от сварочного трансформатора, при этом не требуется тщательная изоляция нагреваемого участка от остального пылепровода. Это значительно упрощает конструкцию.

На фиг.1 изображен продольный разрез топки; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 продольный разрез горелочного устройства.

Топка содержит призматическую камеру 1 сгорания, внутренний и внешний газоплотные трубные экраны 2 и 3, при этом внутренний экран 2 снабжен верхним и нижним фестонами 4 и 5, холодную воронку 6, центральную и периферийные камеры 7 и 8 сгорания с перепускными окнами 9 и 10, выполненными в фестонах 4 и 5, многоярусные горелочные устройства 11, выходные участки которых окружены циркуляционными трубами 12, перед входным торцом которых размещены сопла 13 для подачи инжектирующего агента, растопочные горелки 14, размещенные на входных участках горелочных устройств 1, и горелочные насадки 15, примыкающие к выходным торцам циркуляционных труб 12.

Внутренний газоплотный трубный экран 2 выполнен в виде четырехгранной призмы, совмещенной своими углами с внешним газоплотным экраном 3 по середине граней его восьмигранной призмы, выполненной в горелочном поясе камеры 1 сгорания, при этом в местах стыка внутреннего и внешнего экранов 2 и 3 в углах центральной камеры 7 сгорания установлены тангенциально сопла 16 третичного дутья.

Центральная камера 7 сгорания является продолжением камеры 1 сгорания и расположена на ее уровне. Входные участки горелочных устройств 11 размещены на гранях внешних экранов 3, а выходные участки горелочных устройств 11 на гранях внутренних экранов 2. Циркуляционная труба 12 и горелочный насадок 15 выполнены конусообразными и размещены первая внутри последнего путем разводки внутренних экранов 2 в сторону входных участков горелочных устройств 11, при этом между входными торцами горелочного насадка 15 и циркуляционной трубы 12 и внешним экраном 3 установлен зазор. Растопочные горелки 14 установлены на байпасных пылепроводах 17, установленных по оси горелочных устройств 11. На входе в горелки 14 размещены завихрители 18, а на выходе охлаждаемые хомуты 19, установленные в плотном контакте с пылепроводами 17, подключенные к источнику низкого напряжения, например вторичной обмотке сварочного трансформатора, при этом участок пылепровода 17 между хомутами 19 выполнен из термостойкого токопроводящего материала, например нихрома.

Сопла 13 для подачи инжектирующего агента подключены к воздушному коробу, диаметр их меньше диаметра циркуляционных труб 12. Основной пылепровод 20 подсоединен к каждому горелочному устройству на входе, при этом байпасный пылепровод 17 заведен на выходе внутрь основного пылепровода 20 с образованием кольцевого зазора.

Горелочные устройства 11 установлены тангенциально к условной окружности, размещенной в центральной камере 7 сгорания, и между ними установлены вертикальные экраны 21, перпендикулярные внутренним и внешним экранам 2 и 3. Охлаждение хомутов 19 может быть воздушным путем пропускания воздуха через внутренние полости. Между циркуляционными трубами 12 и горелочным насадком 15 на внутреннем экране 2 выполнены перепускные окна 22 путем фестонирования труб экрана 2.

Запальное устройство 23 между хомутами 19 выполнено на фланцах 24 с асбестовыми прокладками 25, скрепленными болтами, изолированными от фланцев. Для обеспечения регулирования скорости потока в байпасной пылепроводе 17 на входе в него установлен шибер 26. Запальное устройство 23 может быть легко заменено путем установки нового во фланцы 24. Расстояние между экранами 2 и 3 должно обеспечить возможность для ремонта и обдувки экранов.

Топка работает следующим образом.

Включается резисторное запальное устройство и прогревается байпасный пылепровод 17 между хомутами 19 до 700^oC. Затем подается аэросмесь. Шибером 26 регулируется преимущественная ее подача в пылепровод 17. Проходя через завихритель 18, аэросмесь закручивается и пылевое кольцо отжимается к стенкам пылепровода и воспламеняется. В месте соединения с основным пылепроводом 20 происходит воспламенение всей аэросмеси, поступающей в горелочное устройство 11. Горящая аэросмесь, проходя внутри конусов 12 и 15 циркуляционной трубы и горелочного насадка, засасывает горячие топочные газы через окна 9,10 и 22 к корню факела, что исключает отрыв факела и обеспечивает смешение горящей пыли с высокотемпературными газами. Это ускоряет выгорание пыли.

Догорание пыли происходит в струях третичного дутья, подаваемого из сопл 16. В результате того, что пыль постоянно циркулирует между камерами 7 и 8 сгорания через перепускные окна 9,10 и 22, происходит полное выгорание пыли в горелочной зоне топки. При этом чем больше горелок установлено на гранях экрана 3, тем интенсивнее рециркуляция, так как просасывание горячих газов с пылью происходит за счет эжекции при работе горелочных устройств 11. После растопки котла запальное устройство 23 отключается и воспламенение пыли происходит от инерции раскаленных стенок пылепровода 17. При необходимости через байпасный пылепровод 17 может подаваться центральный воздух, при этом шибером 26 вход пыли в него перекрывается.

Таким образом, в предлагаемой топке организуется постоянная рециркуляция горящей пыли между камерами 7 и 8 сгорания через окна 9,10 и 22 и амбразуры горелочных устройств 11, что обеспечивает полное выгорание пыли в горелочном поясе топке. Этому способствует наличие сопл 16 третичного дутья. Дополнительный наружный экран 3, установленный по периметру топки, отнимает тепло от газов, что исключает подачу газов рециркуляции внутрь топки. Это экономит работу дымососов. Рециркуляция газов в горелочном поясе усредняет температуры по сечению топки и увеличивает теплосъем с экранов, так как к экранам подходят все новые горячие газы, затягиваемые в перепускные окна. Улучшается воспламенение топлива и стабилизируется его горение. Предлагаемое резисторное запальное устройство является наиболее простым из существующих конструкций и безопасным. В отличие от высоковольтных запальников, требующих тщательной изоляции от корпуса, предлагаемое устройство работает даже без всякой изоляции.

Использование: на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: топка содержит призматическую камеру 1, в горелочном поясе которой установлены внутренний и внешний экраны 2 и 3, выполненные в форме четырехгранной и восьмигранной призм, состыкованных углами внутренней и серединами граней внешней призм, при этом в местах стыковки установлены сопла 16 третичного дутья. Входные торцы горелочных устройств 11 пристыкованы к наружному экрану 3, а выходные участки горелок образованы разводкой внутреннего экрана 2 в виде двух коаксиальных конусов 12 и 15, образующих рециркуляционную трубу и горелочный насадок. В верхней и нижней частях внутреннего экрана 2, в местах его соединения с внешним экраном 3, образованы перепускные окна 9 и 10 путем разводки в фестоны 4 и 5 труб экрана 2. 3 ил.

Топка, содержащая призматическую камеру сгорания с многоярусными горелочными устройстами в нижней части и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные экраны из труб, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, причем трубы внутреннего экрана разведены в фестон в верхней и нижней частях, в местах совмещения с трубами внешнего экрана, выходной участок каждого горелочного устройства заведен в объем камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента, а на выходном ее торце установлен горелочный насадок, воздушные сопла и растопочные горелки, отличающаяся тем, что внешний трубный экран выполнен в виде восьмигранной призмы с охватом внутреннего четырехгранного экрана по периметру последнего со стыком углов внутренней призмы с серединами граней наружной призмы, в местах стыка которых на уровне горелок установлены сопла третичного дутья, при этом горелочный насадок и циркуляционная труба выполнены конусообразными и размещены последняя внутри первого путем разводки труб внутреннего экрана с образованием кольцевого зазора между ними, причем между входными торцами горелочного насадка и циркуляционной трубы и внешним экраном имеется зазор, внешний экран установлен в горелочном поясе камеры сгорания, экраны которой являются продолжением внутренних экранов и расположены на уровне их, а растопочные горелки установлены на байпасных пылепроводах, установленных по оси горелочных устройств, на входе которых установлены завихрители, а на выходе охлаждаемые хомуты в плотном контакте с байпасными пылепроводами, подключенные к источнику низкого напряжения, при этом участок пылепровода между хомутами выполнен из термостойкой стали.