ТОПКА Российский патент 2008 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях в топках котлов с жидким шлакоудалением.

Известна 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 и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и воздуха, а на выходном торце установлен горелочный насадок с образованием кольцевого зазора между ними, причем циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка, источники пыли и воздуха, соединенные с горелочным устройством патрубками подачи пыли и воздуха (патент РФ №2095684, МПК F23C 5/08, 1997).

Недостатком известной топки является фиксированное положение горелочного устройства, не позволяющее его использовать для коррекции факела в центральной камере сгорания.

Известна 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 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, источники пыли и воздуха, соединенные с горелочным устройством патрубками подачи пыли и воздуха (патент РФ №2206824, МПК F23C 5/08, 6/04, 2003).

Недостатком известной топки является фиксированное положение горелочного устройства, не позволяющее его использовать для коррекции факела центральной камеры сгорания

Известна топка, содержащая центральную и, по меньшей мере, одну периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, горелочное устройство, заведенное в объем периферийной камеры сгорания, с циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и воздуха, соединенные с источниками пыли и воздуха, а на выходном торце установлен горелочный насадок, причем циркуляционная труба размещена внутри горелочного насадка с образованием кольцевого зазора между ними, источники пыли и воздуха, соединенные с горелочным устройством патрубками подачи пыли и воздуха, при этом горелочный насадок выполнен в виде конфузора (патент РФ №2248501, МПК F23C 5/08, 6/04, 2005 г.).

Недостатком известной топки является фиксированное положение горелочного устройства, что не позволяет его использовать для коррекции факела в центральной камере сгорания, в частности в ее надподовом пространстве.

В основу изобретения положена задача повышения экономичности работы топки котла с жидким шлакоудалением за счет увеличения эффективности эвакуации жидкого шлака из центральной камеры сгорания.

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, заведенное в объем периферийной камеры сгорания, с циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещено сопло подачи инжектирующего агента, соединенное с патрубком подачи пыли от источника пыли, а на выходном торце циркуляционной трубы установлен горелочный насадок, с образованием кольцевого зазора между ними, соединенный с соплом подачи воздуха от источника воздуха через патрубок подачи воздуха, причем циркуляционная труба образует также кольцевые зазоры с соплами подачи инжектирующего агента и воздуха, при этом центральная камера сгорания содержит под и летку для выхода жидкого шлака, размещенные ниже пода периферийной камеры сгорания, выполненной в виде муфеля с противоположными стенками, согласно изобретению, через указанные стенки внутрь периферийной камеры сгорания с противоположных сторон заведены своими входными участками сопла подачи инжектирующего агента и воздуха, выполненные на входных и выходных участках соосными и имеющие возможность осевого поворота вместе с горелочным устройством относительно стационарно установленных патрубков подачи пыли и воздуха, размещенных вне периферийной камеры сгорания, причем входные торцы сопел подачи инжектирующего агента и воздуха выполнены с расширениями, образующими поворотные узлы, размещенные за наружными стенками периферийной камеры сгорания, в холодной зоне, внутрь которых заведены с кольцевыми зазорами патрубки подачи пыли и воздуха, при этом сопла подачи инжектирующего агента и воздуха между входными и выходными участками выполнены с поворотом на 90 градусов так, что сопло подачи инжектирующего агента входит внутрь воздушного сопла с образованием общей осевой линии, соосной с осями циркуляционной трубы и горелочного насадка и перпендикулярной к лежащей в одной плоскости с ней осевой линии входных участков сопел подачи инжектирующего агента и воздуха, выходные участки которых образуют между собой кольцевой зазор, внутри которого размещена циркуляционная труба.

Заведение сопел подачи инжектирующего агента и воздуха через боковые стенки периферийной камеры сгорания своими входными участками внутрь периферийной камеры сгорания с противоположных сторон и выполнение их на входных и выходных участках соосными позволяет осуществить возможность их осевого поворота вместе с горелочным устройством относительно стационарно установленных патрубков подачи пыли и воздуха, размещенных вне периферийной камеры сгорания, причем входные торцы сопел подачи инжектирующего агента и воздуха выполнены с расширениями, образующими поворотные узлы, размещенные за наружными стенками периферийной камеры сгорания, в холодной зоне, внутрь которых заведены с кольцевыми зазорами патрубки подачи пыли и воздуха. Вынесение поворотных узлов за наружные стенки периферийной камеры сгорания в холодную зону позволяет осуществить поворот при нормальной температуре работы поворотных узлов, с возможностью установки в них роликовых подшипников для обеспечения легкости поворота.

Выполнение сопел подачи инжектирующего агента и воздуха между входными и выходными участками с разворотом их на 90 градусов так, что сопло подачи инжектирующего агента входит внутрь воздушного сопла с образованием общей осевой линии, соосной с осями циркуляционной трубы и горелочного насадка и перпендикулярной к лежащей в одной плоскости с ней осевой линии входных участков сопел подачи инжектирующего агента и воздуха, выходные участки которых образуют между собой кольцевой зазор, внутри которого размещена циркуляционная труба, позволяет осуществить поворот потока аэросмеси и воздуха на 90 градусов по отношению к поступающему потоку из патрубков подачи пыли и воздуха, для подачи его в центральную камеру сгорания, при этом эффективность смешения пыли и воздуха в циркуляционной трубе обеспечивается размещением ее внутри воздушного сопла, воздух из которого, за счет эжекции при работе сопла подачи инжектирующей среды, втягивается внутрь циркуляционной трубы и смешивается с пылью высокой концентрации, разбавляя ее до оптимального растопочного соотношения пыль/воздух, так как при других соотношениях воспламенение будет затруднено. Внутри циркуляционной трубы возникает сильная турбулизация аэросмеси, которая обеспечивает эффективное смешение пыли высокой концентрации и воздуха.

На фиг.1 изображен горизонтальный разрез, а на фиг.2 - вертикальный разрез 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, заведенное в объем периферийной камеры 2 сгорания, с циркуляционной трубой 6, перед входным торцом которой размещено сопло 7 подачи инжектирующего агента и воздушное сопло 8, соединенное с горелочным насадком 9, установленным на выходном торце циркуляционной трубы 6 с образованием кольцевого зазора 10 между ними. Циркуляционная труба 6 образует также кольцевой зазор 11 с соплом 8 подачи воздуха. Топка содержит также источники 12 и 13 соответственно пыли высокой концентрации и воздуха, соединенные через патрубки 14 и 15 подачи пыли высокой концентрации и воздуха с соплами 7 и 8 подачи инжектирующего агента и воздуха соответственно. Периферийная камера 2 сгорания выполнена в виде муфеля с боковыми противоположными стенками 16 и 17, через которые внутрь периферийной камеры сгорания заведены с противоположных сторон входные участки сопел 7 и 8 подачи инжектирующего агента и воздуха, выполненные соосными и имеющими возможность осевого поворота вместе с горелочным устройством 5 относительно стационарно установленных неподвижных патрубков 14 и 15 подачи пыли высокой концентрации и воздуха, размещенных вне периферийной камеры 2 сгорания, причем входные торцы 18 и 19 сопел 7 и 8 выполнены с расширениями, образующими поворотные узлы, внутрь которых заведены патрубки 14 и 15 с образованием кольцевых зазоров для установки роликовых подшипников (не обозначены). Поворотные узлы размещены вне периферийной камеры 2 сгорания, за ее наружными стенками, в холодной зоне. Топка также содержит мазутную форсунку 20, установленную перед выходным торцом горелочного устройства 5, размещенным перед перепускным окном 4, а сопла 7 и 8 подачи инжектирующего агента и воздуха расположены в верхней части периферийной камеры 2 сгорания, для обеспечения поворота горелочного устройства 5 из горизонтального положения (при растопке котла) вниз (после его растопки), с направлением его факела через перепускное окно 4 в надподовое пространство центральной камеры 1 сгорания, для прогрева жидкого шлака с целью его эффективной эвакуации. Между соплом 7 подачи инжектирующего агента и циркуляционной трубой 6 образован кольцевой зазор 21 для прохода воздуха из воздушного сопла 8 внутрь циркуляционной трубы 6 и эффективного его смешения с пылью высокой концентрации для обеспечения растопочной концентрации аэросмеси с оптимальным соотношением пыль/воздух. Выходные участки сопел 7 и 8 подачи инжектирующего агента и воздуха перед входом в горелочное устройство 5 выполнены между входными и выходными участками сопел с поворотом на 90 градусов так, что сопло 7 входит внутрь сопла 8 с образованием общей осевой линии, совпадающей с осями циркуляционной трубы 6 и горелочного насадка 9 и перпендикулярной к лежащей в одной плоскости с ней осевой линии входных участков с входными торцами 18 и 19 сопел 7 и 8, выходные участки которых образуют между собой кольцевой зазор 22, внутри которого размещена циркуляционная труба 6. При работе патрубки 14 и 15 подачи пыли и воздуха за счет эжекции создают внутри входных торцов 18 и 19 сопел 7 и 8 разрежение, исключающее выброс из них пыли и воздуха в окружающее пространство, что не требует их герметизации. Поворот горелочного устройства 5 осуществляется с помощью рычага 23, закрепленного в хомуте 24, охватывающем входной торец 18 сопла 7 подачи инжектирующего агента, и имеющего механический или электромеханический привод с дистанционным управлением (не обозначен).

Центральная камера 1 сгорания имеет под 25 с леткой 26 для удаления шлака, расположенные ниже пода 27 периферийной камеры 2 сгорания. В боковых стенках 16 и 17 выполнены сквозные круглые отверстия для возможности поворота (внутри их) входных участков сопел 7 и 8 вместе с горелочным устройством 5 с образованием кольцевых зазоров 28 между стенками отверстий и соплами 7 и 8.

Возможность поворота горелочного устройства 5 после растопки котла, вниз (на 30 градусов: - установлена опытным путем), позволяет прогреть через перепускное окно 4 надподовое пространство центральной камеры 1 сгорания, предотвращая застывание жидкого шлака и способствуя его удалению из топки, чем и достигается решение задачи изобретения - повышение экономичности работы котла.

Топка работает следующим образом.

Включается мазутная форсунка 20 с помощью запального устройства (не обозначено) и прогревается вся периферийная камера 2 сгорания вместе с горелочным устройством 5. После прогрева, в растопочном режиме включается подача пыли высокой концентрации и воздуха от источников 12 и 13 пыли и воздуха. Через патрубки 14 и 15 подачи пыль и воздух поступают в сопла 7 и 8 подачи инжектирующего агента и воздуха, через которые транспортируются внутрь горелочного устройства 5 с одновременным поворотом потока на 90 градусов, осуществляемого между входными и выходными участками сопел 7 и 8. Первичное смешение пыли высокой концентрации и воздуха для создания оптимальной растопочной концентрации для воспламенения пыли при установившемся режиме работы горелочного устройства 5 происходит в циркуляционной трубе 6, в которую при работе сопла 7 затягивается воздух из сопла 8, с сильной турбулизацией аэросмеси внутри циркуляционной трубы 6, что обеспечивает равномерность распределения пыли в воздушном потоке, а вторичное смешение с воздухом, обеспечивающее горение пыли, происходит в горелочном насадке 9 при поступлении воздуха из сопла 8 последовательно через зазоры 22, 11 и 10. При выходе пыли из горелочного устройства 5 она попадает в факел мазутной форсунки 20 и воспламеняется, после чего через перепускное окно 4 поступает в центральную камеру 1 сгорания, где воспламеняет пыль, выходящую из горелок, расположенных в центральной камере 1 сгорания выше перепускного окна 4. После выхода топки на рабочий режим мазутная форсунка 20 отключается, а горелочное устройство 5 продолжает работать как штатная горелка, путем поворота его (на 30 градусов) вниз и направления факела через перепускное окно 4 в надподовое пространство центральной камеры 1 сгорания с помощью рычага 23, для прогрева пода 25 и эффективной эвакуации шлака из летки 26.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет использовать растопочное горелочное устройство, размещенное внутри периферийной камеры сгорания, не только для растопки котла, но и для коррекции факела центральной камеры сгорания в его нижней части, в надподовом пространстве, к которому оно наиболее близко расположено, путем поворота горелочного устройства (на 30 градусов) вниз для прогрева пода центральной камеры сгорания за счет направления факела через перепускное окно, для эффективной эвакуации жидкого шлака из летки. Поворотные узлы при этом обеспечивают легкость поворота горелочного устройства, так как они находятся вне горелочного устройства, за пределами периферийной камеры сгорания, в холодной зоне, что исключает термическую деформацию поворотного механизма, затрудняющую его работу. Все это повышает экономичность работы топки котла, так как горелочное устройство используется во время всей работы котла, что позволяет достичь реализации задачи изобретения. Исполнение предлагаемого технического решения не требует значительных материальных затрат, так как вся арматура, используемая для его осуществления, является стандартной и имеется на каждой тепловой электрической станции.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях для растопки котлов и прогрева факелом растопочного горелочного устройства надподового пространства с целью эффективной эвакуации жидкого шлака в котлах с жидким шлакоудалением. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить экономичность работы топки котла за счет использования растопочного горелочного устройства, размещенного внутри периферийной камеры сгорания, не только для растопки котла, но и для коррекции факела в центральной камере сгорания, в ее надподовом пространстве. При этом за счет его прогрева возможна эффективная эвакуация жидкого шлака в котлах с жидким шлакоудалением, путем осевого поворота горелочного устройства в вертикальной плоскости (в пределах 30 градусов) вниз, при этом поворотные узлы размещены в холодной зоне вне периферийной камеры сгорания, что обеспечивает их надежную работу. 2 ил.

Топка, содержащая центральную и, по меньшей мере, одну периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, горелочное устройство, заведенное в объем периферийной камеры сгорания с циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещено сопло подачи инжектирующего агента, соединенное с патрубком подачи пыли от источника пыли, а на выходном торце установлен горелочный насадок с образованием кольцевого зазора между ними, соединенный с соплом подачи воздуха от источника воздуха через патрубок подачи воздуха, причем циркуляционная труба образует кольцевые зазоры также с соплами подачи инжектирующего агента и воздуха, при этом центральная камера сгорания содержит под и летку для выхода жидкого шлака, размещенные ниже пода периферийной камеры сгорания, выполненной в виде муфеля с противоположными стенками, отличающаяся тем, что через указанные стенки внутрь периферийной камеры сгорания с противоположных сторон заведены своими входными участками сопла подачи инжектирующего агента и воздуха, выполненные на входных и выходных участках соосными и имеющие возможность осевого поворота вместе с горелочным устройством относительно стационарно установленных патрубков подачи пыли высокой концентрации и воздуха, размещенных вне периферийной камеры сгорания, причем входные торцы сопел подачи инжектирующего агента и воздуха выполнены с расширениями, образующими поворотные узлы, размещенные за наружными стенками периферийной камеры сгорания, в холодной зоне, внутрь которых заведены с кольцевыми зазорами патрубки подачи пыли и воздуха, при этом сопла подачи инжектирующего агента и воздуха, между входными и выходными участками, выполнены с поворотом на 90° так, что сопло подачи инжектирующего агента входит внутрь воздушного сопла с образованием общей осевой линии, соосной с осями циркуляционной трубы и горелочного насадка и перпендикулярной к лежащей в одной плоскости с ней соосной осевой линии входных торцов сопел подачи инжектирующего агента и воздуха, выходные торцы которых образуют между собой кольцевой зазор, внутри которого размещена указанная циркуляционная труба.