ВИХРЕВАЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТОПКА Российский патент 2005 года по МПК F23C5/24 

Изобретение относится к организации камерного сжигания топлива и может использоваться в промышленных и энергетических котлах при их реконструкции и разработке нового котельно-топочного оборудования.

Известна применяемая в энергетике камерная топка с угловым расположением пылеугольных или газомазутных горелок [1, фиг.10, 11]. При этом могут использоваться простые по конструкции щелевые горелки. В топке создается вихрь с вертикальной осью вращения, обеспечивающий хорошее выжигание горючих и устойчивое воспламенение.

Недостатками такой топки являются:

- сложная система разводки трактов подачи топлива и дутья, так как их нужно раздавать с резервированием трактов по всему периметру топки;

- неэффективное использование нижней части экранов топки, так как факелы горелок расположены в верхней ее части, то, соответственно, для обеспечения требуемого уровня температур на выходе из топки требуется увеличение ее размеров.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является вихревая низкотемпературная топка [2, рис.22], содержащая расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране прямоточные горелки и установленные встречно под гибом заднего экрана сопла нижнего дутья. Струи горелок и нижнего дутья направлены тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения и, действуя в паре, создают вихрь, заполняющий холодную воронку топки. При этом нижняя часть экранов топки включается в активный теплообмен, температура топочного процесса и эмиссия вредных оксидов азота, возгонка золы и шлакование топочных экранов снижаются.

Недостатком прототипа является низкая экономичность, связанная с механическим недожогом топлива в провале и уносе, так как в топке не организовано удержание и дожигание уноса и провала, а так же повышенными избытками воздуха, так как при введении дутья не обеспечивается равномерное перераспределение топлива и воздуха.

Пониженная экономичность из-за уноса и повышенного избытка воздуха связана с особенностями аэродинамики топки. Топливовоздушная смесь в прототипе истекает из горелок, проходит через топочный объем, натекает на задний экран и разделяется на два потока. Поток, [2, рис.22], устремляющийся в вниз, в холодную воронку, имеет повышенное время пребывания и хорошие условия для выгорания топлива. Однако поднимающийся вверх поток топливовоздушной смеси, не задерживаясь, покидает топку и не успевает выгореть даже при повышенных избытках воздуха. Именно уходящий вверх поток требует повышенных избытков воздуха, создает повышенный недожог топлива и снижает экономичность топки.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности топки. Задача достигается тем, что в вихревой низкотемпературной топке, содержащей расположенные на фронтовом экране с наклоном вниз горелки и сопла нижнего дутья, направленные тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения, по предлагаемому изобретению сопла нижнего дутья установлены под нижним гибом фронтового экрана, а на заднем экране расположены сопла верхнего дутья.

Дополнительно сопла верхнего дутья могут быть разбиты группами по числу горелок и в плане ориентированы на соответствующие горелки.

Также сопла нижнего дутья могут быть выполнены в виде эжекторов и установлены в бункерах, сформированных с помощью обмуровки и/или экранов в холодной воронке топки. Кроме того, в холодной воронке для дожигания и вывода провала может быть расположена, по крайней мере, одна охлаждаемая водой механизированная колосниковая решетка с шурующей планкой.

В предлагаемой топке по сравнению с прототипом изменяется направление вращения вихря. Топливовоздушная смесь, причем весь поток движется сначала вниз, направляется нижним дутьем вверх, поднимается вдоль заднего экрана и отклоняется верхним дутьем в сторону горелок, формируясь в вихрь. Это увеличивает путь, время пребывания и эффективность выгорания топлива при пониженных избытках воздуха.

Нижнее дутье поддерживает в потоке крупные частицы, а верхнее дутье удерживает унос. Последовательное перемешивание топливовоздушной смеси с нижним и верхним дутьем создает равномерное перераспределение топлива и воздуха. Механический недожог с провалом снижается за счет сбора в бункерах и возврата крупных частиц провала в топку эжекторами нижнего дутья или дожиганием провала на механизированной колосниковой решетке. Таким образом, в предлагаемой топке, причем с минимальным избытком воздуха, обеспечивается дожигание провала, а также удержание и дожигание уноса.

На фиг.1 показано вертикальное А-А сечение предлагаемой вихревой низкотемпературной топки, а на фиг.2 - горизонтальное сечение Б-Б выполнения согласованной ориентации групп сопел верхнего дутья с горелками.

Низкотемпературная вихревая топка 1 образована фронтовым 2, задним 3 и боковыми 4 экранами котла. На фронтовом экране 2 с наклоном вниз расположены горелки 5, а под его нижним гибом - сопла 6 нижнего дутья. На заднем экране 3 расположены сопла 7 верхнего дутья, которые разбиты на группы (по числу горелок 5) и в плане (фиг.2) сопла 7 верхнего дутья в каждой группе ориентированы на соответствующие горелки 5.

Горелки 5 подключены питателями топлива 8 к бункеру топлива 9. Воздуховодами 10 сопла 6, 7 и горелки 5 подключены к вентилятору 11. Все сопла и горелки направлены тангенциально к условному телу 12 с горизонтальной осью вращения. Этим в топке 1 обеспечивается вихревое движение горящего потока, отклонение уходящего из топки потока к фронтовому 2 экрану, равномерное, последовательное перераспределение и перемешивание горящих частиц с воздухом нижнего и верхнего дутья, дожигание уноса и выгорание топлива с минимальным избытком воздуха.

Сопла нижнего дутья 6 могут быть выполнены в виде эжекторов 13, установленных в сформированных с помощью обмуровки и/или экранов 2-4 в холодной воронке топки 1 бункерах 14. Кроме того, в холодной воронке может быть расположена, по крайней мере, одна охлаждаемая водой колосниковая решетка 15 с шурующей планкой 16, подключенная к системе 17 удаления золы и воздуховодом 10 к вентилятору 11. За счет сбора в бункерах 14 и возврата крупных частиц провала в топку 1 эжекторами 13 и/или дожиганием провала на механизированной колосниковой решетке 15 обеспечивается устранение механического недожога с провалом топлива.

Помимо экранов топка может включать поверхности 18 нагрева теплоносителя, дымосос и другие необходимые элементы.

Предлагаемая вихревая низкотемпературная топка работает следующим образом. Уголь из бункера 9 питателями 8 дозируется в горелки 5 и с первичным воздухом подается в топку 1. В топке 1 он воспламеняется, смешивается с потоками нижнего и верхнего дутья, нагнетаемыми через сопла 6, 7 по воздуховодам 10 вентилятором 11 и выгорает. Продукты сгорания отдают тепло экранам 2, 3, 4 и поверхностям 75 нагрева теплоносителя и после охлаждения выводятся из установки.

За счет того, что сопла 6, 7 и горелки 5 направлены тангенциально к условному телу 12 с горизонтальной осью вращения, в топке 1 формируется вихревое движение горящего потока. Этим обеспечивается равномерное, последовательное перераспределение и перемешивание горящих частиц с воздухом нижнего и верхнего дутья, дожигание уноса и выгорание топлива с минимальным избытком воздуха. Сопла 7 верхнего дутья отклоняют поднимающийся вдоль заднего экрана 3 горящий поток газов и уноса к фронтовому экрану 2 и горелкам 5, поддерживая воспламенение свежего топлива в горелках 5, заполнение и вовлечение верхнего угла на фронте топки 1 в активный топочный процесс. Группирование сопел 7 и подача верхнего дутья и горящего потока непосредственно на соответствующие горелки 5 усиливает воспламенение свежего топлива, удержание и дожигание уноса.

Вихревой поток и заполнение топки горящим потоком обеспечивают повышенную эффективность отвода тепла к экранам 2-4 и низкотемпературный топочный процесс.

В предлагаемой топке, как и в прототипе [2, рис.22], может быть организовано сжигание не только пыли, но и дробленого топлива, с удержанием крупных частиц в вихре за счет нижнего дутья. Выполнение сопел 6 в виде эжекторов 13, установленных в бункерах 14 обеспечивает улавливание, выброс и удержание крупных частиц в топке при меньших расходах нижнего дутья. Кроме того, дожигание провала производится на механизированной колосниковой решетке 15 с удалением очаговых остатков в систему 17 удаления золы шурующей планкой 16. При этом обеспечивается устранение механического недожога с провалом топлива. Охлаждение водой колосниковой решетки 15 поддерживает ее надежную работу.

Использование предлагаемой вихревой низкотемпературной топки позволяет повысить экономичность по сравнению с прототипом [2, рис.22]. В прототипе [2, п.4.5] из-за прямого выноса части пылевоздушного потока вдоль заднего экрана требуются повышенные избытки воздуха и сжигание топлива сопровождается значительным механическим недожогом.

Литература

1. Котлы большой мощности. Каталог-справочник. - М.:НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1970, фиг.10, 11.

2. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, рис.22.

Изобретение относится к организации камерного сжигания топлива и может использоваться в промышленных и энергетических котлах при их реконструкции и разработке нового котельно-топочного оборудования. Вихревая низкотемпературная топка содержит расположенные на фронтовом экране с наклоном вниз горелки и сопла нижнего дутья, направленные тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения, сопла нижнего дутья установлены под нижним гибом фронтового экрана, а на заднем экране расположены сопла верхнего дутья, также направленные тангенциально к условному телу вращения. Сопла верхнего дутья сгруппированы и в плане ориентированы на соответствующие горелки. Сопла нижнего дутья выполнены в виде эжекторов и установлены в бункерах, сформированных с помощью обмуровки и/или экранов в холодной воронке топки. В холодной воронке расположена, по крайней мере, одна охлаждаемая водой колосниковая решетка с шурующей планкой. Изобретение позволяет повысить экономичность топки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вихревая низкотемпературная топка, содержащая расположенные на фронтовом экране с наклоном вниз горелки и сопла нижнего дутья, направленные тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения, отличающаяся тем, что сопла нижнего дутья установлены под нижним гибом фронтового экрана, а на заднем экране расположены сопла верхнего дутья, также направленные тангенциально к условному телу вращения.2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что сопла верхнего дутья сгруппированы и в плане ориентированы на соответствующие горелки.3. Топка по п.1, отличающаяся тем, что сопла нижнего дутья выполнены в виде эжекторов и установлены в бункерах, сформированных с помощью обмуровки и/или экранов в холодной воронке топки.4. Топка по п.1, отличающаяся тем, что в холодной воронке расположена, по крайней мере, одна охлаждаемая водой колосниковая решетка с шурующей планкой.