ВИХРЕВАЯ ТОПКА Российский патент 2002 года по МПК F23C5/28 

Изобретение относится к устройствам для сжигания различных видов топлива, в том числе пылеугольного и высокореакционного, и может быть использовано на энергетических котлах.

Известна топка, содержащая вертикальную призматическую камеру сгорания, на одной стене которой установлены пылеугольные горелки, наклонно вниз, и нижерасположенные горелки доменного газа, а на противоположной - воздушные сопла, причем горелки и сопла установлены в одних вертикальных плоскостях /1/.

Недостатком этой топки является невозможность ее использования для сжигания сильношлакующихся углей, поскольку факел прижимается к стене, содержащей воздушные сопла, в результате чего возможно шлакование этой стены в зоне под воздушными соплами. Кроме того, мощный поток дымовых газов, направляемый воздушными струями к корню струй, вытекающих из пылеугольных горелок, выносит в вышерасположенную зону топки часть незагоревшейся угольной пыли, что приводит к повышенному мехнедожогу.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому является вихревая топка, содержащая холодную воронку, расположенную над ней вертикальную призматическую камеру сгорания, на двух противоположных стенах которой установлены горелки, наклоненные вниз, и воздушные сопла, а также нижерасположенные комбинированные сопла ввода в топку по меньшей мере одного из компонентов: сушильного агента пылесистем, воздуха, угольной пыли, высокореакционного топлива и газов рециркуляции, причем комбинированные сопла, размещенные на стенке под воздушными соплами, направлены наклонно вверх, а выходные сечения горелок, воздушных и комбинированных сопл выполнены в виде вертикальных щелей, вертикальные оси которых размещены в общих плоскостях /2/.

Недостатком этой вихревой топки остается явление выноса части незагоревшейся угольной пыли, что приводит к повышенному мехнедожогу, как и в топке /1/.

Задачей изобретения является повышение экономичности работы вихревой топки путем устранения указанного недостатка.

Поставленная техническая задача решается тем, что в вихревой топке, содержащей холодную воронку, расположенную над ней вертикальную призматическую камеру сгорания, на двух противоположных стенах которой установлены горелки, наклоненные вниз, и воздушные сопла, а также нижерасположенные комбинированные сопла ввода в топку по меньшей мере одного из компонентов: сушильного агента пылесистем, воздуха, угольной пыли, высокореакционного топлива и газов рециркуляции, причем комбинированные сопла, установленные на стенке под воздушными соплами, направлены наклонно вверх, а выходные сечения горелок, воздушных и комбинированных сопл выполнены в виде вертикальных щелей, вертикальные оси которых размещены в общих плоскостях; согласно изобретению воздушные сопла установлены не ниже уровня размещения горелок, выполнены из двух отсеков, расположенных непосредственно друг над другом и направленных в разные стороны относительно указанных вертикальных плоскостей.

В варианте исполнения вихревой топки геометрические оси отсеков воздушных сопл наклонены вниз и направлены на пересечение вертикальных осей межгорелочных простенков.

Указанные отличительные особенности конструкции воздушных сопл обеспечивают выход топочных газов вверх преимущественно вблизи вертикальных осей межгорелочных простенков и исключают жесткое ударное взаимодействие воздушных струй в смеси с топочными газами со свежими горелочными струям. Выход вверх топочных газов осуществляется в значительной степени в межструйных пространствах у стены с воздушными соплами. В результате исключается возможность выноса части незагоревшейся пыли в вышерасположенную (низкотемпературную) зону топки и появление в связи с этим мехнедожога. Кроме того, ослабление ударного взаимодействия свежих топливных и воздушных струй способствует затягиванию перемешивания реагентов по длине вихря, а следовательно, дополнительному подавлению оксидов азота в топке.

На фиг. 1 изображен вариант исполнения предлагаемой вихревой топки в продольном разрезе; на фиг.2 - то же в горизонтальном разрезе.

Вихревая топка содержит холодную воронку 1 и призматическую вертикальную камеру сгорания 2. На стенке 3 камеры 2 установлены с наклоном вниз на 60^o пылеугольные горелки. На стене 3 вблизи со стыком с холодной воронкой 1 установлены горизонтально направленные комбинированные сопла 8 ввода в топку в данном случае воздуха или газомазутного топлива. На стене 4 камеры 2 примерно на том же уровне установлены с наклоном вверх на 60^o комбинированные сопла 9 ввода в топку в данном случае сушильного агента и газов рециркуляции. На стенке 4 камеры 2 несколько выше уровня размещения горелок 5 установлены воздушные сопла в виде расположенных непосредственно друг над другом двух отсеков 6 и 7, геометрические оси которых наклонены в разные стороны относительно вертикальных плоскостей 10, проходящих через вертикальные оси выходных сечений горелок 5, воздушных 6, 7 и комбинированных 8, 9 сопл, имеющих вертикально-щелевую форму. Геометрические оси отсеков 6, 7 воздушных сопл наклонены вниз в данном случае на угол 20^o и пересекают вертикальные оси 11 межгорелочных простенков стены 3.

На пылеугольном топливе вихревая топка работает следующим образом.

Через пылеугольные горелки 5 в камеру сгорания 2 подается с высокой скоростью (25-40 м/с) пылевоздушная смесь при избытке первичного воздуха α₁ =0,25-0,35. Из-за низкого α₁ она быстро прогревается, загорается и следует вниз вместе с рециркулирующими продуктами сгорания, образуя нисходящую вдоль стенки 3 ветвь вихревого факела. Через комбинированные сопла 8 в камеру 2 подается вторичный воздух при избытке α₂ =0,3-0,35 и скорости истечения 25-40 м/с. Он взаимодействует с загоревшимся топливом и в то же время препятствует выпадению недогоревшей угольной пыли в холодную воронку 1. Набегающий на стенку 4 факел отжимается от нее струей сушильного агента с α₃≈0,25, либо газов рециркуляции, которые поступают в камеру сгорания 2 из комбинированных сопл 9 с умеренной скоростью (15-25 м/с). Окончательное смешение топлива с воздухом происходит в результате взаимодействия восходящей вдоль стены 4 ветви вихревого факела со струями четверичного воздуха, поступающего в камеру сгорания 2 из отсеков 6, 7 воздушных сопл с α₄ порядка 0,4 и высокой скоростью истечения на уровне 45-60 м/с. Благодаря более высокому, чем горелки 5, расположению и направленности геометрических осей отсеков 6, 7 воздушных сопл по разные стороны от вертикальных плоскостей 10 интенсивность вихря возрастает, т.к. уменьшаются гидравлические потери на удар струй первичного и четверичного воздуха. Хвостовые части вихревого факела, совершив в большей своей массе 1,5-2 оборота, выходят вверх в межструйных пространствах преимущественно у стен 4 и 3, не вынося незагоревшуюся угольную пыль в вышерасположенную низкотемпературную зону топки. Благодаря этому снижается мехнедожог угольной пыли.

На высокореакционном топливе (газе и мазуте) вихревая топка работает следующим образом. Газ или мазут с первичным воздухом поступает в камеру сгорания 2 из комбинированных сопл 8. В вихревой факел по ходу его движения подмешивается вторичный воздух и газы рециркуляции, поступающие в камеру 2 из комбинированных сопл 9, затем третичный воздух, поступающий из отсеков 6, 7 воздушных сопл и, наконец, из горелок 5, играющих в данном случае роль воздушных сопл, поступает четверичный воздух.

Таким образом, в вихревой топке оптимизируется низкотемпературное четырехступенчатое сжигание любого вида топлива. Это приведет к глубокому подавлению топливных и термических оксидов азота. В то же время даже при сжигании угольной пыли недожог топлива в предлагаемой вихревой топке будет близок к случаю стехиометрического ее сжигания (q₄=2-3%).

Источники информации
1. Патент 2006741, F 23 C 5/28, опубл. 30.01.94, бюл. 2.

2. Патент 2116563, F 23 C 5/28, опубл. 27.07.98, бюл. 21.

Изобретение относится к устройствам для сжигания различных видов топлива, в том числе пылеугольного и высокореакционного, и может быть использовано на энергетических котлах с получением технического результата при осуществлении изобретения, заключающегося в повышении экономичности работы топки путем снижения мехнедожога. Это достигается тем, что в вихревой топке, содержащей холодную воронку, расположенную над ней призматическую вертикальную камеру сгорания, на двух противоположных стенках которой установлены горелки, наклоненные вниз, и воздушные сопла, а также нижерасположенные комбинированные сопла ввода в топку по меньшей мере одного из компонентов: сушильного агента пылесистем, воздуха, угольной пыли, высокореакционного топлива и газов рециркуляции, причем комбинированные сопла, установленные на стенке под воздушными соплами, направлены наклонно вверх, а выходные сечения горелок, воздушных и комбинированных сопл выполнены в виде вертикальных щелей, вертикальные оси которых размещены в общих плоскостях, согласно изобретению воздушные сопла установлены не ниже уровня размещения горелок, выполнены из двух отсеков, расположенных непосредственно друг над другом и направленных в разные стороны относительно указанных вертикальных плоскостей. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Вихревая топка, содержащая холодную воронку, расположенную над ней призматическую вертикальную камеру сгорания, на двух противоположных стенах которой установлены горелки, наклоненные вниз, и воздушные сопла, а также нижерасположенные комбинированные сопла ввода в топку по меньшей мере одного из компонентов: сушильного агента пылесистем, воздуха, угольной пыли, высокореакционного топлива, и газов рециркуляции, причем комбинированные сопла, установленные на стенке под воздушными соплами, направлены наклонно вверх, а выходные сечения горелок, воздушных и комбинированных сопл выполнены в виде вертикальных щелей, вертикальные оси которых размещены в общих плоскостях, отличающаяся тем, что воздушные сопла установлены не ниже уровня размещения горелок, выполнены из двух отсеков, расположенных непосредственно друг над другом и направленных в разные стороны относительно указанных вертикальных плоскостей. 2. Вихревая топка по п. 1, отличающаяся тем, что геометрические оси отсеков воздушных сопл наклонены вниз и направлены на пересечение вертикальных осей межгорелочных простенков.