СПОСОБ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПРИЗМАТИЧЕСКОЙ ТОПКИ Российский патент 2008 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в топках паровых котлов тепловых электрических станций при сжигании шлакующих бурых углей.

Известен способ работы парогенератора (А.с. СССР №901731, кл. F23С 5/00, 1980) с расположенными многоярусными горелками, в котором для устранения температурных неравномерностей расход топлива через горелки каждого яруса увеличивают от яруса к ярусу в направлении сверху вниз. Такой способ позволяет снизить только тепловую неравномерность по высоте, когда максимум температуры газов, зафиксированный в области верхнего яруса горелок, уменьшается за счет увеличения теплового напряжения в нижних ярусах, после соответствующего перераспределения топлива. Однако температурная неравномерность, вызванная отключением части горелок каждого яруса сохраняется, что вызывает шлакование и снижает надежность эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ работы вертикальной призматической топки квадратного сечения с многоярусным блочным угловым расположением горелок с направлением тангенциально условной окружности, в котором для устранения температурных неравномерностей, возникающих при отключении горелочного блока, количество газов рециркуляции, распределяемых в каждый горелочный блок, определяется в зависимости от местоположения отключенного блока (А.с. СССР №1703913, кл. F23С 9/08, 1992). Недостатком такого способа является то, что такое распределение приводит к повышенной локальной подаче газов рециркуляции (например, количество газов рециркуляции, подаваемых в четвертый горелочный блок, начиная с отключенного по ходу движения топочных газов, превышает 25% от общего их расхода). Это вызывает балластирование факела этой горелки низкотемпературными продуктами сгорания и приводит к нарушениям процесса горения топлива и увеличению потерь теплоты с механическим недожогом. Кроме того, в этом способе не устраняется нарушение тангенциальной аэродинамики горелочных струй, вызванное отключением блока горелок, а именно то, что горелочные струи отклоняются от заданных траекторий движения, причем одни располагаются в опасной близости от топочных экранов, а другие, наоборот, отклоняются к центру топки. Причем местоположение наиболее и наименее теплонапряженных участков в объеме и на поверхности стен топочной камеры зависит от расположения отключенного блока горелок. Смещение высокотемпературного ядра горения вследствие указанного отключения приводит к тому, что одни экранные поверхности нагрева шлакуются (в сторону которых сместился факел), а в других экранах уменьшается тепловосприятие (от которых факел удалился к центру топочной камеры).

В основу изобретения положена задача повышения качества сжигания и эксплуатационной надежности путем устранения температурной неравномерности в зоне активного горения для предотвращения шлакования и повышения тепловосприятия экранных поверхностей нагрева при отключении блока горелок.

Достигается это тем, что в способе работы вертикальной призматической топки с угловым многоярусным блочным расположением горелок путем направления последних тангенциально условной окружности при отключении горелочного блока (под отключением блока горелок понимается прекращение подачи топливно-воздушной смеси через этот блок в топку) горелки в работающих блоках направляют тангенциально условным окружностям, диаметры которых устанавливают в соответствии с зависимостью:

d_n=(0,257-0,0825·n)·a_m,

где d_n - диаметр условной окружности, тангенциально которой направлен n-й работающий горелочный блок;

n - номер горелочного блока, начиная счет со следующего от отключенного по ходу движения газов;

а_m - глубина топочной камеры.

В ходе проведенных экспериментальных исследований удалось установить, что отличительной особенностью работы вертикальной призматической топки с угловым многоярусным блочным расположением горелок путем направления последних тангенциально условной окружности является отклонение горелочных струй от геометрической оси, направленной по касательной к условной окружности с диаметром равным 0,1a_m, где а_m - глубина топки. При отключении горелок одного блока высокотемпературное ядро факела смещается от центра топки в сторону неработающего блока, что представлено на фиг.1, где показан горизонтальный разрез вертикальной призматической топки в плане. Такое смещение дает вдвойне отрицательный эффект. Во-первых, приближение факела к экранам способствует их интенсивному шлакованию, и, во-вторых, удаление факела от противоположных экранов снижает их тепловосприятие. Кроме того, результаты экспериментов показали, что при любых углах поворота горелок α≥52° вращательное движение неустойчиво, в результате чего возникает вторичный эффект - прецессия оси вращения ядра потока вокруг геометрической оси вертикального канала. С другой стороны, установление угла поворота горелок α<45° для топок квадратного сечения с угловой тангенциальной компоновкой горелок может привести к нарушению вращательного движения вследствие возможного удара смежных горелочных струй.

Таким образом, оптимум угла поворота горелок тангенциально условной окружности лежит в пределах 45°<α≤52°. Изменение угла поворота горелок вызывает соответствующее изменение диаметра условной окружности, тангенциально которой направлены горелки. Следовательно, меняя угол поворота каждого работающего блока горелок в зависимости от места положения отключенного блока, что соответствует их направлению по касательной к окружностям разного диаметра, удается уменьшить последствия отклонения горелочных струй от заданных траекторий и снизить температурную неравномерность в сечениях топки.

На фиг.2 изображен котел с вертикальной экранированной призматической топкой, в которой осуществляется предлагаемый способ; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.

Паровой котел содержит вертикальную призматическую топку 1 с установленными в каждом ее углу поярусно блочно горелками 2, которые ориентированы тангенциально к условной окружности.

Способ работы вертикальной призматической топки осуществляется следующим образом. При работе всех горелочных блоков топливно-воздушную смесь подают через них в топку. При отключении блока горелок в одном из углов топочной камеры (под отключением блока горелок понимается прекращение подачи топливно-воздушной смеси через этот блок в топку) горелки в работающих блоках направляют тангенциально условным окружностям, диаметры которых устанавливают в соответствии с зависимостью

d_n=(0,257-0,0825·n)·a_m,

где d_n - диаметр условной окружности, тангенциально которой направлен n-й работающий горелочный блок;

n - номер горелочного блока, начиная счет со следующего от отключенного по ходу движения газов;

a_m - глубина топочной камеры.

При отключении блока горелок общий расход топлива и воздуха подаваемого в топку сохраняется тем же, как и в случае работы всех блоков горелок и распределяется в равных количествах по работающим блокам. Указанное изменение направление горелок разных блоков, при отключении одного из них позволяет выровнять перепад температур в сечениях топочной камеры. Так разность в значениях плотности падающего радиационного потока на одном по высоте уровне в центре экранов составляет не более 10 кВт/м². Аналогичную величину получают при работе всех горелочных блоков.

Примером конкретного выполнения предлагаемого способа работы призматической топки, оборудованной тангенциальным угловым блочным многоярусным расположением горелок, может служить топочная камера котла Е-500 Красноярской ТЭЦ-2.

При работе всех горелочных блоков они направлены тангенциально условной окружности с диаметром равным 1,1 м (глубина топки составляет 11 м). При отключении одного горелочного блока изменяют направление работающих блоков согласно представленной зависимости.

Горелки первого блока, считая от отключенного по ходу движения топочных газов, направляют тангенциально условной окружности с диаметром 1,9 м.

Горелки второго блока, считая от отключенного по ходу движения топочных газов, направляют тангенциально условной окружности с диаметром 1,0 м.

Горелки третьего блока, считая от отключенного по ходу движения топочных газов, направляют тангенциально условной окружности с диаметром 0,1 м.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь задачи изобретения повысить качество сжигания и эксплуатационную надежность путем устранения температурных неравномерностей в объеме топочной камеры, тем самым снизить интенсивность шлакования и повысить тепловосприятие экранных поверхностей в местах соответствующего приближения и удаления факела, при этом удается сократить число остановов котла на расшлаковку.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в топках паровых котлов тепловых электрических станций при сжигании шлакующих бурых углей. В основу изобретения положена задача повышения качества сжигания и эксплуатационной надежности путем устранения температурной неравномерности в зоне активного горения для предотвращения шлакования и повышения тепловосприятия экранных поверхностей нагрева при отключении блока горелок. При реализации способа в случае работы всех горелочных блоков последние направляются тангенциально условной окружности. Топливно-воздушная смесь подается через горелки 2 в топку 1. При отключении горелок 2 в одном из углов топки 1 горелки работающих блоков направляют тангенциально условным окружностям, диаметры которых устанавливают в соответствии с зависимостью d_n=(0,257-0,0825·n)·a_m, d_n - диаметр условной окружности, тангенциально которой направлен n-й работающий горелочный блок; n - номер горелочного блока, начиная счет со следующего от отключенного по ходу движения газов; a_m - глубина топочной камеры. 3 ил.

Способ работы вертикальной призматической топки с угловым многоярусным блочным расположением горелок путем направления последних тангенциально условной окружности, отличающийся тем, что при отключении блока горелок горелки в работающих блоках направляют тангенциально условным окружностям, диаметры которых устанавливают в соответствии с зависимостью

d_n=(0,257-0,0825·n)·a_m,

где d_n - диаметр условной окружности, тангенциально которой направлен n-й работающий горелочный блок;

n - номер горелочного блока, начиная счет со следующего от отключенного по ходу движения газов;

a_m - глубина топочной камеры.