ТОПКА Российский патент 2007 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в топках котлов, работающих на углях.

Известна топка, содержащая центральную и периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускными окнами, и горелочные устройства, выходные участки которых заведены в объем периферийных камер сгорания и окружены циркуляционными трубами, перед входными торцами которых размещены сопла подачи инжектирующего агента, а на выходных торцах установлены горелочные насадки с образование кольцевого зазора между ними, причем каждая циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка, и источники пыли, соединенные с горелочными устройствами основным и байпасным пылепроводами с шиберами (патент РФ №2095684, МПК F23С 5/08, 1997).

Недостатком известной топки является сложность конструкции.

Известна топка, содержащая центральную и периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, горелочное устройство, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента, а на выходном торце установлен горелочный насадок, причем циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка с образованием кольцевого зазора между ними, и источник пыли, соединенный с горелочным устройством основным и байпасным пылепроводами с шибером, при этом байпасный пылепровод соединен с циркуляционной трубой, заведенной вовнутрь основного пылепровода, подключенного к горелочному насадку (патент РФ №2206824, МПК F23С 5/08, 6/04, 2003).

Недостатком известной топки является недостаток воздуха: одно сопло на три факела.

Известна топка, содержащая центральную и периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, горелочное устройство, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и воздуха, а на выходном торце установлен горелочный насадок, причем циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка с образованием кольцевого зазора между ними, и источник пыли, соединенный с горелочным устройством основным и байпасным пылепроводами с шибером, при этом байпасный пылепровод соединен с циркуляционной трубой, заведенной вовнутрь основного пылепровода, подключенного к горелочному насадку, причем горелочный насадок и циркуляционная труба выполнены в виде конфузоров, а байпасный пылепровод подсоединен к источнику тонкодисперсной пыли (патент РФ №2248501, МПК F23С 5/08, 6/04, 2005).

Недостатком известной топки является необходимость приготовления и тонкодисперсной и крупнодисперсной пыли, при недостатке воздуха, т.к. одно сопло используется на три факела.

Задача изобретения - повышение эффективности воспламенения.

Поставленная задача решается тем, что в топке, содержащей центральную и по меньшей мере одну периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, горелочное устройство, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры сгорания, с циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещено сопло подачи инжектирующего агента, а со стороны выходного торца установлен горелочный насадок так, что циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка с образованием кольцевого зазора между ними, источники пыли высокой концентрации, холодного высоконапорного и слабонапорного горячего воздуха, и воздушные сопла, согласно изобретению в кольцевой зазор между циркуляционной трубой и горелочным насадком спутно потоку заведены сопла высоконапорного холодного воздуха, выходные торцы которых расположены в плоскости выходного и входного торцов соответственно циркуляционной трубы и горелочного насадка, подсоединенного к источнику слабонапорного горячего воздуха.

Заведение в кольцевой зазор между циркуляционной трубой и горелочным насадком спутно потоку сопел высоконапорного холодного воздуха, выходные торцы которых расположены в плоскости выходных и входных торцов соответственно циркуляционной трубы и горелочного насадка, подсоединенного к источнику горячего слабонапорного воздуха, позволяет организовать двухкаскадное воспламенение пыли в одной горелке. Первая стадия воспламенения проходит в циркуляционной трубе, а вторая - в горелочном насадке, куда и подается воздух через указанные сопла высоконапорного холодного воздуха. Кроме того, через подачу высоконапорного холодного воздуха в циркуляционную трубу и горелочный насадок обеспечивается эжекция горячего слабонапорного воздуха из сопла, что повышает эффективность воспламенения и увеличивает дальностойкость факела. Помимо этого дробная подача воздуха позволяет корректировать оптимальное соотношение пыль/воздух на стадии воспламенения, и в случае передозировки воздуха для коррекции соотношения пыль/воздух в одно из сопел 15 высоконапорного холодного воздуха может быть подана пыль. Расположение выходных торцов сопел высоконапорного холодного воздуха в плоскости выходных и входных торцов соответственно циркуляционной трубы и горелочного насадка, подсоединенного к источнику слабонапорного горячего воздуха, позволяет подать высоконапорный холодный воздух непосредственно к выходу воспламенившейся пыли из выходного торца циркуляционной трубы для обеспечения второй стадии горения. А установка входного торца горелочного насадка в этой же плоскости обеспечивает развитие второй стадии воспламенения внутри горелочного насадка, чтобы при выходе из горелочного устройства исключить возможность отрыва факела. Спутно потоку сопла высоконапорного холодного воздуха установлены для того, чтобы увеличить скорость пыли и длину факела, который должен преодолеть периферийную камеру сгорания и выйти в центральную камеру сгорания. Сопло подачи инжектирующей среды выполнено коленообразным, со скошенным углом, к которому соосно пристыковано воздушное сопло подачи высоконапорного холодного воздуха. При этом диаметр воздушного сопла подачи высоконапорного холодного воздуха меньше, чем диаметр сопла подачи инжектирующей среды, для того, чтобы обеспечить спутную подачу пыли и воздуха с большой скоростью в циркуляционную трубу для усиления эжекции, а также для разбавления высококонцентрированной пыли воздухом до оптимальной растопочной концентрации.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность воспламенения пыли высокой концентрации за счет организации двухкаскадного воспламенения ее сначала в циркуляционной трубе, где создается оптимальное соотношение пыль/воздух, для чего подается дополнительный высоконапорный холодный воздух из сопла подачи высоконапорного холодного воздуха в сопло подачи инжектирующей среды, в которое подается пыль высокой концентрации, а затем подается воздух из сопел высоконапорного холодного воздуха в горелочный насадок, где организована вторая стадия воспламенения, для которой нужен дополнительный воздух, который также усиливает эжекцию горячего слабонапорного воздуха из соответствующего сопла в зоны воспламенения, что улучшает условия воспламенения. Все это позволяет достичь решения задачи изобретения.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемой топки.

Топка содержит центральную и по меньшей мере одну периферийную камеры 1 и 2 сгорания, разделенные экраном 3 и сообщающиеся перепускным окном 4, горелочное устройство 5, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры 2 сгорания, с циркуляционной трубой 6, перед входным торцом которой размещено сопло 7 подачи инжектирующей среды и воздушное сопло 8, пристыкованное к соплу 7, соединенные соответственно с источниками 9 и 10 пыли высокой концентрации и высоконапорного холодного воздуха. Сопло 7 подачи инжектирующей среды выполнено коленообразным, со скошенным углом, к которому соосно с соплом 7 пристыковано воздушное сопло 8, при этом диаметр воздушного сопла 8 меньше, чем диаметр сопла 7. На выходном торце циркуляционной трубы 6 установлен горелочный насадок 11 с кольцевым зазором 12 между ними, причем циркуляционная труба 6 размещена внутри горелочного насадка 11. Также циркуляционная труба образует кольцевой зазор 13 с соплом 7 подачи инжектирующей среды. Топка также содержит источник 14 слабонапорного горячего воздуха. В кольцевой зазор 12 между циркуляционной трубой 6 и горелочным насадком 11 спутно потоку заведены сопла 15 высоконапорного холодного воздуха, подключенные к источнику 10 высоконапорного холодного воздуха, выходные торцы которых размещены в плоскости выходного и входного торцов соответственно циркуляционной трубы 6 и горелочного насадка 11, соединенного с источником 14 слабонапорного горячего воздуха через сопло 16, внутрь которого через стенку 17 заведено сопло 7 подачи инжектирующей среды. Выходной торец воздушного сопла 16 выполнен в виде цилиндрической вставки 18, которая может быть легко заменена, и через стенки которой в кольцевой зазор 12 заведены указанные воздушные сопла 15 подачи холодного высоконапорного воздуха, в одно из которых при необходимости может подаваться пыль высокой концентрации от источника 9. Топка также содержит сопло 19 подачи легковоспламеняющегося топлива (газ, мазут, соляровое масло или термоуголь). Горелочное устройство 5 выполнено из термостойкой стали.

Топка работает следующим образом.

Включается сопло 19 легковоспламеняющегося топлива, факел которого поджигается с помощью запальника (не обозначен). После прогрева горелочного устройства 5 в растопчатом режиме включается подача пыли высокой концентрации в сопло 7 подачи инжектирующей среды от источника 9 пыли высокой концентрации с одновременной подачей высоконапорного холодного воздуха в воздушное сопло 8 от источника 10 высоконапорного холодного воздуха и осуществляется подача горячего слабонапорного воздуха в сопло 16 от источника 14. Включаются также сопла 15 подачи высоконапорного холодного воздуха от источника 10 в растопочном режиме. В циркуляционной трубе 6 пыль воспламеняется и выходит из горелочного устройства 5 в периферийную камеру 2 сгорания и прогревает ее. После прогрева стенок камеры 2 сгорания, которые выполнены в виде муфеля и поддерживают тепловую эмиссию при работе горелочного устройства 5 при отключенном сопле 19 подачи легковоспламеняющегося топлива, и при пульсациях питателя (не обозначен) осуществляется падача пыли высокой концентрации, что исключает обрыв факела. Подача холодного высоконапорного воздуха через сопла 8 и 15 увеличивает эжекцию в циркуляционной трубе 6 и горелочном насадке 11, так как увеличивается скорость истечения аэросмеси на выходном срезе торца сопла 7 подачи инжектирующей среды и на выходном срезе торца циркуляционной трубы 6, что позволяет подсасывать в циркуляционную трубу 6 больший объем горячего воздуха из сопла 16, что способствует воспламенению пыли. Кроме того, подача высоконапорного холодного воздуха в сопла 15 затягивает горячий воздух из сопла 14 в зону основного горения пыли и увеличивает дальнобойность факела, выходящего из горелочного устройства 5. Кроме того, пыль высокой концентрации требует значительного разбавления воздухом для воспламенения, что и достигается в предлагаемом техническом решении за счет дробной подачи воздуха как на стадии воспламенения, так и на стадии основного горения. Для коррекции соотношения пыль-воздух в одно из сопел 15 может подаваться пыль высокой концентрации, что обеспечивает двухкаскадное воспламенение пыли: первичное воспламенение происходит внутри циркуляционной трубы 6, а основное горение - при выходе из нее, для чего нужен дополнительный воздух, подаваемый из сопел 15. По выходе топки на основной режим сопло 19 подачи легковоспламеняющегося топлива отключаются, а горелочное устройство 5 может работать как штатная горелка.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность воспламенения пыли за счет организации двухкаскадного воспламенения пыли в одной горелке, первая стадия которого происходит в циркуляционной трубе, а вторая - в горелочном насадке, куда подается дополнительный воздух из сопел 15, кроме того, производится коррекция концентрации пыли как на первой стадии воспламенения за счет подачи воздуха из сопла 10, так и на второй - за счет подачи воздуха из сопел 15. При передозировке воздуха в одно из сопел 15 может подаваться пыль для создания оптимальной концентрации и соотношения пыль/воздух. Имеется также возможность увеличения эжекции в горелочное устройство 5 горячего воздуха из сопла 16 и увеличения дальнобойности факела при работе сопел 8 и 15.

Изобретение может быть использовано на тепловых электростанциях для растопки котлов и обеспечивает двухкаскадное воспламенение пыли в одном горелочном устройстве и оптимальное соотношение пыль/воздух для растопочного режима. Этот технический результат достигается тем, что в топке, содержащей центральную и периферийные камеры сгорания, горелочное устройство с циркуляционной трубой, горелочный насадок, в котором циркуляционная труба размещена с кольцевым зазором, согласно изобретению в кольцевой зазор спутно потоку заведены сопла холодного высоконапорного воздуха, а их выходные торцы расположены в плоскости выходных и входных торцов соответственно циркуляционной трубы и горелочного насадка, подсоединенного к источнику горячего слабонапорного воздуха. 1 ил.

Топка, содержащая центральную и, по меньшей мере, одну периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, горелочное устройство, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры сгорания, с циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещено сопло подачи инжектирующего агента, а со стороны выходного торца установлен горелочный насадок так, что циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка с образованием кольцевого зазора между ними, источники пыли высокой концентрации холодного высоконапорного воздуха и горячего слабонапорного воздуха, и воздушные сопла, отличающаяся тем, что сопла высоконапорного холодного воздуха размещены спутно потоку в кольцевом зазоре между циркуляционной трубой и горелочным насадком так, что их выходные торцы расположены в плоскости выходного и входного торцов, соответственно, циркуляционной трубы и горелочного насадка, подсоединенного к источнику слабонапорного горячего воздуха.