СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В КОТЛЕ С ОХЛАЖДАЕМЫМИ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ И ДЫМОГАРНЫМИ ТРУБАМИ Российский патент 2003 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано в котлах с дымогарными трубами для высокоэффективного нагрева воды и выработки пара при низком выходе в атмосферу оксидов азота.

Известен способ сжигания топлива в котле с камерой сгорания и охлаждения дымовых газов в дымогарных трубах (см. кн. К.Ф. Роддатис, Э.И. Ромм, Н.А. Семененко и др. Котельные установки. Т. 2. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1946, с. 9-19, фиг. 5, 9). Тепло сжигаемого топлива передается воде в дымогарных трубах для ее нагрева. Недостаток способа - большая степень недожога, потерь тепла и значительный выход оксидов азота в атмосферу.

Известен способ ступенчатого сжигания топлива в котле с охлаждаемой камерой сгорания путем экзотермического взаимодействия с кислородом первичной порции воздуха в камере сгорания с охлаждаемыми настенными экранами и последующего доокисления образующихся продуктов неполного сгорания потоками вторичного воздуха (журнал "Электрические станции", 11, 1991 г., Осинцев В. В. , Джундубаев А. К., Гигин В.Я., др. Перевод котла БКЗ-220 на технологию ступенчатого сжигания топлива. С. 17-22). Способ обеспечивает более высокую степень выгорания топлива и снижение потерь тепла и концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания. Однако он не дает эффекта на котлах с дымогарными трубами.

Известен способ ступенчатого сжигания топлива в котле с охлаждаемой камерой сгорания путем экзотермического взаимодействия с кислородом первичной порции воздуха в камере сгорания и последующим доокислением образующихся продуктов сгорания вторичным воздухом, вводимым параллельными струями в виде воздушной завесы продуктам сгорания, покидающим топку через выходное окно (см. авторское свидетельство СССР 1627781, МПК Р 23 С 11/01; опубл. В БИ 6, 1991). Воздушная завеса при реализации известного способа в отсутствие дымогарной секции повышает эффективность процесса сжигания. Недостаток способа - высокая неравномерность протекания вторичных экзотермических реакций в сечении выходного окна, влекущая перегревы и разрывы дымогарных труб, а также высокие потери тепла, недожог топлива и выход оксидов азота - проявляется при подключении дымогарной секции к выходящему окну камеры сгорания.

В задачу настоящего изобретения входит снижение недожога, потерь тепла и выхода оксидов азота в атмосферу с продуктами сгорания, покидающими котел с охлажденными камерой сгорания и дымогарными трубами.

Для этого при ступенчатом сжигании топлива в котле с охлаждаемыми камерой сгорания и дымогарными трубами путем экзотермического взаимодействия с кислородом первичной порции воздуха в камере сгорания, доокисления образующихся продуктов неполного сгорания струями вторичной порции воздуха в выходном окне камеры сгорания и охлаждения дымовых газов в системе водоохлаждаемых отводящих дымогарных труб, согласно изобретению вторичное экзотермическое реагирование осуществляют в отводящих дымогарных трубах, а воздушные струи с кислородом для протекания вторичных реакций вводят тангенциально к окружности в центре входного сечения системы дымогарных труб.

Тангенциальный ввод струй вторичного воздуха обеспечивает равномерность поля концентраций реагирующей системы, однородность окисления продуктов неполного сгорания и снижение недожога топлива, а вторичное реагирование непосредственно в охлаждаемых дымогарных трубах увеличивает эффективность нагрева воды, снижает потери тепла и концентрацию оксидов азота в отводимых продуктах сгорания.

На фиг.1-5 представлены установки, реализующие разработанный способ ступенчатого сжигания топлива. На фиг.1 - схема котла с боковым отводом дымовых газов через дымогарные трубы; на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1; на фиг.3 - схема котла с вертикальным отводом дымовых газов через дымогарные трубы; на фиг.4 - разрез Б-Б по фиг.3; на фиг.5 - разрез В-В по фиг.3.

Установка на фиг.1, 2 реализует предлагаемый способ при работе на твердом топливе: дровах и угле, содержит камеру сгорания 1 с охлаждаемыми водой экранами 2, систему подачи первичного воздуха с соплами 3, установленную в подовой части камеры 1, систему ввода топлива 4, систему тангенциального ввода вторичного воздуха с соплами 5, водоохлаждаемую секцию 6 с дымогарными трубами 7. Вывод охлажденных после секции 6 газов в атмосферу (или в дымовую трубу) - через патрубок 8.

Способ реализуется путем ввода топлива (угля, дров) через устройство 4 на дутьевую решетку с соплами первичного воздуха 3 и подачи под эту же решетку 3 первичной порции воздуха, которой достаточно только для частичного окисления с образованием продуктов неполного сгорания. Эти продукты по результатам экзотермического воздействия реагентов нагреваются и отдают часть своего тепла радиацией экранам 2, по которым подается вода. Нагретая в камере сгорания вода отводится в системы теплоснабжения, отопления на другие нужды. Зола через решетку 3 попадает в зольник, откуда периодически удаляется в процессе работы котла. Охлаждаемые в камере 1 продукты неполного сгорания направляются на вход в дымогарные трубы 7 (к выходному окну 9 камеры 1, куда подключена секция 6), туда же вводят вторичную порцию воздуха через тангенциальные сопла 5. Воздушные струи через сопла 5 вводят по касательной к окружности 11 в центре входного сечения 12 системы 6 дымогарных труб 7, совпадающего с выходным окном 9 камеры 1. В дымогарных трубах 7 продолжаются процессы горения и теплоотдачи от газов к воде. Дымовые газы из труб 7 попадают в сборный патрубок 8, откуда в дымовую трубу (не показана) либо напрямую в атмосферу через систему дополнительной очистки (не показана). Нагреваемая в секции 6 вода направляется на производственные или отопительные нужды. Тангенциальный ввод воздушных струй через сопла 5 обеспечивает высокую степень перемешивания продуктов неполного сгорания и окислителя, наиболее полное и глубокое протекание вторичных экзотермических реакций, а одновременное охлаждение реагентов позволяет снизить потери тепла с отводимыми продуктами сгорания. Ступенчатостью сжигания топлива и охлаждения продуктов сгорания достигается низкотемпературное протекание процесса горения и замедление процесса окисление азота воздуха и топлива с уменьшенным выходом концентрации оксидов азота в атмосферу.

На фиг.3, 4, 5 приведена схема установки для реализации способа при сжигании природного газа и вертикальном отводе дымовых газов. Здесь введены те же обозначения, что и на фиг. 1, 2. Газ через систему подачи топлива 4 (коллекторы с перфорацией) вводится в камеру 1, а первичный воздух подается туда же через систему подачи с соплами 3. Секция 6 с трубами 7 установлена вертикально, ее входное сечение 12 совмещено с выходным окном камеры 1.

Реализация способа на установке по фиг.3, 4, 5 - аналогична приведенному выше описанию для установки по фиг.1, 2.

Соотношение расходов первичного и вторичного воздуха, диаметра окружности 11, углов наклона, размеров и места установки в окне 9 сопл 5 может быть оптимизировано дополнительно по параметрам протекающих процессов и конечному результату (потерь тепла, концентрации оксидов азота, степени выгорания топлива) в процессе наладки.

Форма камеры 1 и секции 6 с трубами 7 может быть круглой (на поясняющих чертежах не приводится). В качестве топливной системы 4 могут быть использованы форсунки для ввода жидкого распыленного топлива, тарелки для испарения капель, др. устройства.

Способ может применяться в котлах энергокомпаний, энергосистемах металлургии, стройпредприятий.

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано в отопительных, теплокумулятивных и паросиловых системах для высокоэффективного нагрева воды и выработки пара при низком выходе в атмосферу оксидов азота. Совершенствуется способ ступенчатого сжигания топлива в котле с охлаждаемыми камерой сгорания и дымогарными трубами путем его экзотермического взаимодействия с кислородом первичной порции воздуха в камере сгорания, доокисления образующихся продуктов неполного сгорания струями вторичной порции воздуха в выходном окне камеры сгорания и охлаждения дымовых газов в системе водоохлаждаемых дымогарных труб. При реализации способа процесс экзотермического реагирования осуществляют в дымогарных трубах, а воздушные струи с кислородом для протекания вторичных тепловых реакций вводят тангенциально к окружности в центре входного сечения системы дымогарных труб. 5 ил.

Способ ступенчатого сжигания топлива в котле с охлаждаемыми камерой сгорания и дымогарными трубами путем его экзотермического взаимодействия с кислородом первичной порции воздуха в камере сгорания, доокисления образующихся продуктов неполного сгорания струями вторичной порции воздуха в выходном окне камеры сгорания и охлаждения дымовых газов в системе воздухоохлаждаемых отводящих дымогарных труб, отличающийся тем, что процесс вторичного экзотермического реагирования осуществляют в дымогарных трубах, а воздушные струи с кислородом для протекания вторичных реакций вводят тангенциально к окружности в центре входного сечения системы дымогарных труб.