ТОПКА С ФОНТАНИРУЮЩИМ СЛОЕМ Российский патент 2005 года по МПК F23C10/00 

Изобретение относится к сжиганию твердого топлива в топках с фонтанирующим слоем и может быть использовано в теплоэнергетике.

Известна топка с фонтанирующим слоем, включающая цилиндроконическую камеру сгорания, камеру воспламенения с осевым патрубком для подвода воздуха и средством для подачи измельченного топлива, патрубок для вывода продуктов сгорания и стабилизатор-отбойник, расположенный в верхней части камеры сгорания ниже патрубка для вывода продуктов сгорания (см. патент РФ №1015183, кл. F 23 C 11/02, опубл. 30.04.83 г.).

Недостатком указанной конструкции топки является то, что она предназначена для сжигания высокозольных топлив - горячих мелкодисперсных остатков пиролиза с температурой 400-450°, содержанием золы более 90% вес. и теплотой сгорания 400-500 ккал/кг.

Соответственно геометрические размеры камеры сгорания отвечают задаче циркуляции крупных частиц, нисходящих по конической поверхности камеры сгорания и подхватываемых фонтанирующим потоком, поступающим по оси из разгонной камеры или разгонно-транспортного участка. При этом конструкция камеры сгорания не обеспечивает эффективную циркуляцию полидисперсных частиц топлива (с размерами 0-5 мм) в фонтанирующем слое, что приводит к недожогу и потерям. При колебаниях режима (дутья), а также при остановке сжигания в топке в камере сгорания произойдет накопление частиц, которые выпадут в бункер, находящийся под топкой. Кроме того, отсутствие теплообменных поверхностей для съема тепла не позволяет организовать работу камеры сгорания на топливах с теплотой сгорания более 2000 ккал/кг без ошлакования.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является топка с фонтанирующим слоем, включающая камеру сгорания, камеру воспламенения с осевым патрубком для подвода воздуха и средством для ввода измельченного топлива, расположенную под камерой сгорания и соосно с ней соединенную, патрубок для вывода продуктов сгорания, стабилизатор-отбойник, расположенный в верхней части камеры сгорания ниже патрубка для вывода продуктов сгорания. Камера сгорания снабжена теплообменными элементами, расположенными в кольцевом пространстве внутренней поверхности, и системой возврата несгоревших частиц топлива (см. патент РФ №2072474, кл. F 23 C 11/02, опубл. 27.01.97 г.).

К недостаткам конструкции указанной топки можно отнести наличие вертикальной транспортной трубы, в которой после камеры воспламенения происходит неполное горение полидисперсных частиц в восходящем потоке. Из кольцевого пространства несгоревшие частицы снова подмешиваются к подаваемому горячему дисперсному топливу, подаваемому в камеру воспламенения. Конструкция камеры сгорания не обеспечивает саморегулирующего горения частиц топлива различных размеров. Такая циркуляция частиц требует дополнительных затрат энергии и не гарантирует полноту сгорания крупных частиц. Мелкие частицы, пролетающие с большой скоростью камеру сгорания, могут также оказаться несгоревшими. Использование топлив с теплотой сгорания более 500 ккал/кг приводит к высокому недожогу и соответствующим потерям.

В основу изобретения положена задача создания конструкции топки с фонтанирующим слоем, обеспечивающей эффективное сжигание полидисперсного топлива с различной теплотой сгорания за счет классификации топливных частиц по размерам при их перемещении вверх по мере выгорания.

Поставленная задача решается тем, что топка с фонтанирующим слоем содержит цилиндроконическую камеру сгорания, расположенную под ней и соосно соединенную камеру воспламенения с тангенциальными патрубками для подвода воздуха и дымовых газов и с форсункой для поджога измельченного топлива, патрубок для вывода продуктов сгорания, стабилизатор-отбойник, размещенный в верхней части камеры сгорания ниже патрубка для вывода продуктов сгорания, средство для ввода измельченного топлива, расположенное в цилиндрической или верхней конической части камеры сгорания ниже стабилизатора-отбойника, теплообменные экраны, установленные на внутренней поверхности камеры сгорания, систему возврата несгоревшей твердой фазы, содержащую высокотемпературный циклон, расположенный вне камеры сгорания и подключенный входом к патрубку для вывода продуктов сгорания, а выводом уловленной твердой фазы - к нижней конической части камеры сгорания, причем камера сгорания выполнена с высотой цилиндрической части, составляющей 10-15% высоты конической части, углом наклона стенки конической части от вертикали, равном 10-20°, и высотой конической части, составляющей 3-5 ее средних внутренних диаметров.

Стабилизатор-отбойник выполнен в виде радиального жалюзи с возможностью перемещения в вертикальном направлении до нижней границы, перекрывающей сечение конической части и находящейся на расстоянии, равном 1/10 высоты цилиндрической части.

На чертеже представлена конструкция топки с фонтанирующим слоем.

Топка содержит цилиндроконическую камеру сгорания 1, камеру воспламенения 2, расположенную под ней и соосно соединенную. Камера воспламенения 2 снабжена патрубками 3 и 4 для тангенциального подвода воздуха и возвратного дымового газа соответственно. Камера сгорания 1 снабжена патрубком 5 со средством 6 для подвода измельченного топлива, расположенных в ее цилиндрической или верхней конической части, патрубком 7 для вывода продуктов сгорания. В верхней части камеры сгорания 1 ниже патрубка 7 для вывода продуктов сгорания расположен стабилизатор-отбойник 8, выполненный в виде радиального жалюзи с возможностью перемещения в вертикальном направлении до нижней границы, перекрывающей сечение конической части, находящейся на расстоянии и равном 1/10 ее высоты цилиндрической части.

Средство 6 для подвода измельченного топлива, например шнек с герметизирующей пробкой, установлено в верхней конической или цилиндрической части камеры сгорания 1 ниже стабилизатора-отбойника 8. Система возврата несгоревшей твердой фазы содержит высокотемпературный циклон 9, расположенный вне камеры сгорания 1 и подключенный входом к патрубку 7 для вывода продуктов сгорания, и выводом уловленной твердой фазы 10 - к нижней конической части камеры сгорания 1. На внутренней поверхности камеры сгорания 1 установлены теплообменные экраны 11 для подогрева воды и снятия тепла для избежания ошлакования. В камере воспламенения 2 установлена форсунка 12 для поджога измельченного топлива с помощью жидкого резервного топлива. Камера воспламенения 2 соединена с бункером провала 13.

Топка работает следующим образом.

Перед подачей топлива осуществляют розжиг топки. Для этого через форсунку 12 подают жидкое топливо, а через патрубки 3 и 4 вводят воздух и возвратный дымовой газ соответственно. После нагрева топки до 400-600° включают подачу измельченного топлива и воду в теплообменные экраны 11. Ввиду того, что скорости газового потока по высоте камеры сгорания 1 различны, то частицы топлива в зависимости от их размеров располагаются в конической части в соответствии со значениями скоростей ожижения и витания и, сгорая, уменьшают свои размеры, “парусность” и вес послойно. Частицы топлива по мере выгорания перемещаются в более высокий слой, определяемый расширяющимся конусом. Размеры конической части камеры сгорания 1 и угол образующей конуса обеспечивают безотрывное движение частиц топлива вверх, достигая стабилизатора-отбойника 8. При этом часть из них, более крупные отражаются от него и опускается вниз. Прошедшие через стабилизатор-отбойник 8 частицы топлива вместе с дымовыми газами выносятся из камеры сгорания 1 через патрубок 7 для вывода продуктов сгорания в циклон 9. Из него уловленная твердая фаза возвращается в нижнюю коническую часть камеры сгорания 1. Регулировку времени пребывания полидисперсных частиц топлива осуществляют перемещением стабилизатора-отбойника 8 в вертикальном направлении. Очищенные в циклоне 9 дымовые газы и подогретая в теплообменных экранах 11 вода поступают в котел (не показан). Образующиеся в процессе сжигания зольные частицы попадают в бункер провала 13, откуда их направляют в золоотвалы.

Таким образом, за счет оптимально выбранных конструктивных соотношений топки в условиях фонтанирующего слоя достигается эффективность сжигания полидисперсного топлива с различной теплотой сгорания, снижается проблема недожога и повышается экономичность сжигания.

Изобретение относится к топке с фонтанирующим слоем и может быть использовано в теплоэнергетике. Топка с фонтанирующим слоем содержит цилиндрическую камеру сгорания, выполненную с высотой цилиндрической части, составляющей 10-20% высоты конической части, углом наклона стенки конической части от вертикали, равном 10-20°, и высотой конической части, составляющей 3-5 ее средних внутренних диаметров. Под камерой сгорания расположена камера воспламенения с тангенциальными патрубками для подвода воздуха и дымовых газов и с форсункой для предварительного поджога измельченного топлива. Ввиду того, что скорости газового потока по высоте камеры сгорания различны, то частицы топлива в зависимости от их размеров располагаются в конической части в соответствии со значениями скоростей сжижения и витания. Частицы топлива, сгорая, достигают стабилизатора - отбойника, выполненного в виде радиального жалюзи. При этом часть из них отражается от него и возвращается в коническую часть. Прошедшие через стабилизатор-отбойник частицы вместе с дымовыми газами выносятся в высокотемпературный циклон, расположенный вне камеры сгорания. Уловленная твердая фаза возвращается в нижнюю коническую часть камеры сгорания. Регулировку времени пребывания полидисперсных частиц топлива осуществляют перемещением стабилизатора-отбойника в вертикальном направлении. Конструкция обеспечивает эффективное сжигание полидисперсного топлива с различной теплотой сгорания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Топка с фонтанирующим слоем, содержащая камеру сгорания, камеру воспламенения с патрубком для подвода воздуха, расположенную под камерой сгорания и соосно с ней соединенную, средство для ввода измельченного топлива, патрубок для вывода продуктов сгорания, стабилизатор-отбойник, расположенный в верхней части камеры сгорания ниже патрубка для вывода продуктов сгорания, систему возврата несгоревшей твердой фазы и теплообменные экраны, установленные на внутренней поверхности камеры сгорания, отличающаяся тем, что камера сгорания выполнена цилиндрической с высотой цилиндрической части, составляющей 10-15% высоты конической части, углом наклона стенки конической части от вертикали, равным 10-20°, и с высотой конической части, составляющей 3-5 ее средних внутренних диаметров, система возврата несгоревшей твердой фазы содержит высокотемпературный циклон, расположенный вне камеры сгорания и подключенный входом к патрубку для вывода продуктов сгорания, а выводом уловленной твердой фазы - к нижней конической части камеры сгорания, средство для ввода измельченного топлива установлено в цилиндрической или верхней конической части камеры сгорания ниже стабилизатора-отбойника, а камера воспламенения снабжена форсункой для поджога измельченного топлива и патрубком для подвода дымовых газов.2. Топка с фонтанирующим слоем по п.1, отличающаяся тем, что стабилизатор-отбойник выполнен в виде радиального жалюзи с возможностью перемещения в вертикальном направлении до нижней границы, перекрывающей сечение конической части и находящейся на расстоянии, равном 1/10 высоты цилиндрической части.3. Топка с фонтанирующим слоем по п.1, отличающаяся тем, что патрубки для подвода воздуха и дымовых газов выполнены тангенциальными.