ВИХРЕВАЯ ТОПКА Российский патент 1999 года по МПК F23B1/38 

Изобретение относится к организации сжигания твердого топлива, преимущественно фрезерного торфа, древесных и растительных отходов, и может использоваться в промышленных котлах.

Известна вихревая топка ЦКТИ системы Шершнева [1], содержащая вихревую камеру сгорания с горизонтальной осью вихря и имеющую тангенциальные сопла дутья, дожигательную решетку и расположенное по всей длине вихревой камеры боковое газовыпускное окно. Топка предназначена для сжигания во взвешенном состоянии в вихревом потоке фрезерного торфа и древесных опилок под котлами с паропроизводительностью 2,5 - 25 тонн пара в час.

Недостатками этой топки являются:
- сложная и ненадежная конструкция перекрытий верхней части топки и над дожигательной решеткой, выполняемых кирпичной кладкой;
- большие потери с выносом мелких частиц топлива.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является вихревая топка [2] , содержащая вихревую камеру сгорания с тангенциальными соплами дутья и горизонтальным цилиндрическим участком, который содержит опускную шахту для подвода топлива, дожигательную решетку и переходит в подъемный, расположенный под углом 40 - 60^o цилиндрический участок с газовыпускным окном. Диаметр газовыпускного окна равен 0,5 - 0,7 диаметра вихревой камеры, и этим обеспечивается хорошее удержание в топке мелких частиц топлива и выжигание из них горючих в потоке воздуха, который поступает через тангенциальные сопла дутья.

Недостатками этой топки являются:
- сложность и ненадежность конструкции, так как технически трудно выполнить и обеспечить надежность работы арочного перекрытия цилиндрической камеры сгорания с горизонтальным и подъемным участками:
- большие габариты топки, состоящей из двух указанных участков.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности, снижение габаритов, упрощение конструкции и обеспечение технической возможности создания вихревой топки.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревой топке, содержащей вихревую камеру сгорания с газовыпускным окном, тангенциальными соплами и дожигательной решеткой или золовыпускным отверстием, по предлагаемому изобретению вихревая камера сгорания установлена вертикально, ее дно выполнено с наклоном под углом 10 - 50^o к дожигательной решетке, над которой в нижнем участке вихревой камеры расположено по крайней мере одно тангенциальное сопло.

Предлагаемая вихревая камера при изготовлении, например, из кирпичной кладки благодаря наличию вертикальных стенок надежна по конструкции и технически просто выполнима. Ее габариты уменьшаются, так как для обеспечения требуемого удержания частиц в вертикальной топке за счет действия сил гравитации требуется наименьший продольный размер по сравнению с топками другой ориентации.

Дополнительно газовыпускное окно может быть образовано укладкой ряда охлаждаемых труб на верхний торец вихревой камеры сгорания. Это также упрощает конструкцию газовыпускного окна и соответственно топки, и ее надежность повышается.

Увеличение над поднятой стороной дна пережима газовыпускного окна и/или установка отбойного выступа позволяет дополнительно уменьшить высоту вихревой топки за счет лучшего удержания в ней частиц топлива.

Известные вертикальные циклонные топки и предтопки [1, рис. 8-24; 8-23] с восходящим или нисходящим вихревым потоком дымовых газов работают в режиме жидкого шлакоудаления. В этих топках сжигается высококалорийное топливо, причем его частицы сепарируются и горят в стекающей пленке расплавленного шлака. Здесь нет необходимости в создании взвешенного вихревого потока частиц топлива, так как при столь высоких температурах (1700-1800^oC) частицы угля полностью выгорают даже в стекающей пленке шлака. Однако этот способ не пригоден при сжигании низкокалорийных топлив, а тем более торфа и растительных отходов.

Эти топки не могут рассматриваться в качестве аналогов и по той причине, что пленку жидкого шлака, которая легко растворяет и расплавляет обмуровку, можно удержать лишь выполняя камеру сгорания с водоохлаждаемыми трубами. Естественно, что для образованной водоохлаждаемыми трубами топки ориентация не играет принципиальной роли с точки зрения упрощения конструкции или повышения ее надежности.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез предлагаемой вихревой топки с увеличенным пережимом и отбойным выступом над поднятой стороной дна, а на фиг. 2 в варианте с перекрытием вихревой камеры сгорания рядом труб сверху.

Вихревая топка содержит вихревую камеру сгорания, ограниченную с боков вертикальными стенками 2 с тангенциальными соплами 3, 4 дутья, снизу дном 7, установленным под углом 10 - 50^o к дожигательной решетке 5 или золовыпускному отверстию 6, сверху пережимом 8 с газовыпускным окном 9. Вертикальные стенки 2 выполняются, например, из кирпичной кладки. При этом вихревая топка технически легко выполнима, проста по конструкции и надежна в работе.

Конструкция вихревой топки дополнительно упрощается, а ее надежность повышается, если вихревая камера 1 сверху под пережимом 8 перекрывается рядом труб 10, например, котла, под которым установлена топка.

Следует отметить, что пережим 8 в этом случае может и не выполняться, так как набегающие частицы будут отражаться трубами 10 внутрь топки.

Пережим 8 над поднятой стороной дна 5 может быть увеличен, как показано на фиг. 1 и/или здесь под ним устанавливается дополнительно отбойный выступ 11. В совокупности с вертикальным расположением вихревой камеры 1, обеспечивающим максимальное воздействие сил гравитации на осаждение частиц, это обеспечивает эффективное удержание частиц в топке при малой высоте вихревой камеры 1, и, соответственно, снижаются габариты топки.

Наклон дна 7 под углом 10 - 50^o обеспечивает скатывание частиц золы и топлива на дожигательную решетку 5 или к золовыпускному отверстию 6, а расположение над дожигательной решеткой 5 или золовыпускным отверстием 6 по крайней мере одного тангенциального сопла 4 позволяет создать устойчивое вихревое движение частиц в топке, в том числе и крупных.

Кроме указанных элементов вихревая топка содержит необходимые для ее работы тягодутьевые машины, системы растопки, топливоподачи и др.

Предлагаемая вихревая топка работает следующим образом.

За счет подачи дутья через тангенциальные сопла 3, 4 в вихревой камере 1, ограниченной стенками 2, дном 7 и пережимом 8, организуется удержание и высокоэффективное сжигание частиц топлива, например, фрезерного торфа, древесных отходов во взвешенном состоянии в вихревом потоке. При этом пережим 8, ряды труб 10 и отбойный выступ 11 способствует удержанию частиц в вихревой камере 1 за счет их сепарации из потока дымовых газов, выходящих через газовыпускное окно 9. Наиболее крупные куски топлива дожигаются на дожигательной решетке 5.

Устойчивое вихревое движение частиц золы и топлива обеспечивается за счет их скатывания по установленному с наклоном 10-50^o дну 7 к расположенному в нижем участке вихревой камеры 1 тангенциальному соплу 4. Нижнее значение угла наклона принято на основании того, что за счет аэродинамического воздействия вихревого потока можно обеспечить надежное скатывание частиц при углах наклона дна не менее 10^o. При меньших углах наклона, как показали холодные продувки, необходимо по крайней мере два - три тангенциальных сопла 4, расположенных внизу для вращения частиц в вихревом потоке, а это усложняет конструкцию топки.

С другой стороны, при углах наклона более 40 - 50^o любые частицы горящего топлива и золы сами ссыпаются к тангенциальному соплу 4 даже без аэродинамического воздействия, т.е. дальнейшее увеличение угла наклона не повышает устойчивость вихревого движения частиц.

Отмечая, что восходящий по дну вихревой поток стремится по инерции выбросить частицы в газовыпускное окно 9 и для их удержания с ростом угла наклона дна 7 требуется большая высота вертикального участка топки, т.е. габариты топки возрастают. Поэтому значение угла наклона в 50^o следует принять в качестве верхнего предела.

При переполнении топки зола и наиболее крупные куски недогоревшего топлива выводятся из вихревой камеры 1 через золовыпускное отверстие 6 или через открывающуюся секцию дожигательного колосника 5.

Использование предлагаемой вихревой топки по сравнению с прототипом [2] позволяет упростить конструкцию, облегчить техническую выполнимость и повысить надежность топки при одновременном снижении габаритов (продольного размера) вихревой камеры не менее, чем в два раза.

Использованная литература
1. Сидельковский Л. Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1978, рис. 8-25, с. 116.

2. Патент РФ N 2015450, F 23 B 1/38, 30.06.94.

Изобретение относится к организации сжигания твердого топлива, преимущественно фрезерного торфа, древесных и растительных отходов и может использоваться в промышленных котлах. Вихревая топка содержит вихревую камеру сгорания с газовыпускным окном, тангенциальные сопла, дополнительную решетку или золовыпускное отверстие, причем вихревая камера сгорания установлена вертикально, ее дно выполнено с наклоном под углом 10 - 50^o к дожигательной решетке, над которой в нижнем участке вихревой камеры сгорания расположено по крайней мере одно тангенциальное сопло. Дополнительно газовыпускное окно образовано рядом охлаждаемых труб, уложенных на верхний торец вихревой камеры сгорания, а над поднятой стороной дна пережим газовыпускного окна увеличен и/или под ним установлен отбойный выступ. Технический результат: упрощение конструкции, облегчение технической выполнимости и повышение надежности топки при снижении габаритов вихревой камеры не менее чем в 2 раза. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вихревая топка, содержащая вихревую камеру сгорания с газовыпускным окном, тангенциальными соплами, дожигательной решеткой или золотовыпускным отверстием, отличающаяся тем, что вихревая камера сгорания установлена вертикально, ее дно выполнено с наклоном под углом 10-50^o к дожигательной решетке, над которой в нижнем участке вихревой камеры сгорания расположено по крайней мере одно тангенциальное сопло. 2. Топка по п. 1, отличающаяся тем, что газовыпускное окно образовано рядом охлаждаемых труб, уложенных на верхний торец вихревой камеры сгорания. 3. Топка по п.1, отличающаяся тем, что над поднятой стороной дна пережим газовыпускного окна увеличен и/или под ним установлен отбойный выступ.