СЛОЕВАЯ ТОПКА С ВИХРЕВЫМ ДОЖИГОМ Российский патент 2009 года по МПК F23B30/00 F23H3/00 

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для сжигания твердого мелкофракционного и пылевидного топлива, преимущественно низкой зольности, в топках паровых и водогрейных котлов, в том числе мобильных в модульном исполнении.

Известна слоевая топка с вихревым дожигом и нижней центральной подачей твердого топлива, принятая в качестве прототипа и содержащая цилиндрическую топочную камеру, размещенную в ней колосниковую решетку в виде усеченного конуса с обращенным кверху меньшим основанием, центральным загрузочным окном для нижней подачи топлива и отверстиями для подачи первичного воздуха, шлакозолосборную ленту, примыкающую к решетке, зольник, помещенный под лентой, и сопла для подачи вторичного воздуха в надслоевое пространство, причем отверстия в решетке и выходные отверстия сопел расположены по касательным к соответствующим окружностям и направлены в одну сторону. При работе топки такой конструкции основной процесс сжигания топлива происходит на поверхности колосниковой решетки при постепенном перемещении слоя топлива от верхней части конуса к его нижней части, а для повышения полноты сгорания топлива необходимо обеспечить условия для повышения времени пребывания недогоревших частиц топлива в топочной камере. С этой целью догорание несгоревших частиц происходит в искусственном вихре вторичного воздуха, подаваемого тангенциально, по всей высоте цилиндрической топочной камеры через сопла (см. патент СССР №212864, МПК F23B 7/00, 1968 г.).

Недостатком известной топки является недостаточная технологичность конструкции, обусловленная необходимостью выполнять в цилиндрической стенке топочной камеры по всей ее высоте сопла, обеспечивающие тангенциальный ввод вторичного воздуха, а за стенкой - каналы для подвода вторичного воздуха к соплам с целью образования искусственного вихря. С другой стороны, поставленная задача интенсификации процесса горения и уменьшения потерь с механическим недожогом в данной конструкции топки решается не в полной мере, т.к. недогоревшая частица может совершать перемещение в пределах топочной камеры по спиралеобразной траектории только поступательно в направлении снизу вверх без возможности возвратного перемещения сверху вниз. Это могло бы продлить время пребывания частицы в топочной камере, а значит, повысить полноту сгорания топлива.

Задачей настоящего изобретения является повышение технологичности конструкции, интенсификация процесса горения, повышение полноты сгорания топлива и обеспечение возможности аэрозолоудаления за пределы топочной камеры.

Поставленная задача решается за счет того, что слоевая топка с вихревым дожигом, содержащая цилиндрическую топочную камеру и размещенную в ней колосниковую решетку с центральным загрузочным окном для нижней подачи топлива, согласно изобретению снабжена кольцевым завихрителем, установленным в нижней части цилиндрической топочной камеры коаксиально колосниковой решетке, и пережимным кольцом, расположенным в верхней части топочной камеры, а колосниковая решетка выполнена в виде усеченной пирамиды, обращенной кверху меньшим основанием, причем грани решетки выполнены сборными из отдельных элементов углового Г-образного профиля с отверстиями для подачи струй первичного воздуха в слой топлива навстречу друг другу.

Поставленная задача решается также за счет того, что отверстия элементов граней решетки могут быть выполнены с осями, пересекающимися под углом 90°.

Поставленная задача решается также за счет того, что кольцевой завихритель может быть выполнен в форме турбинного колеса с отогнутыми под углом 3-5° к горизонтали и расположенными по всему периметру лопатками.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой топки.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 - вид I (увеличено) на фиг.1.

На фиг.4 - вид II (увеличено) на фиг.1.

Предлагаемая слоевая топка содержит цилиндрическую топочную камеру 1 (фиг.1), размещенную в ней колосниковую решетку 2 с центральным загрузочным окном 3 для нижней подачи топлива на решетку 2 посредством шнекового питателя 4, кольцевой завихритель 5, установленный в нижней части цилиндрической топочной камеры 1 коаксиально колосниковой решетке 2, и расположенное в верхней части топочной камеры 1 пережимное кольцо 6 из огнеупорного материала, образующее горловину, препятствующую свободному выносу недогоревших частиц из топки, и служащее формированию обратных газовых токов по периферии топочной камеры 1 в направлении колосниковой решетки 2. Колосниковая решетка 2 (фиг.2) выполнена в виде усеченной пирамиды, обращенной кверху меньшим основанием, причем грани решетки 2 (фиг.3) выполнены сборными из отдельных элементов 7 углового Г-образного профиля с отверстиями 8 для подачи струй первичного воздуха в слой топлива навстречу друг другу. Отверстия 8 элементов граней решетки 2 могут быть выполнены с осями, пересекающимися под углом 90°. К кольцевому завихрителю 5 через каналы 9 подводится вторичный воздух. Для создания искусственного вихря кольцевой завихритель 5 (фиг.4) может быть выполнен в форме турбинного колеса с отогнутыми под углом 3-5° к горизонтали и расположенными по всему периметру лопатками 10.

Предлагаемая топка работает следующим образом.

Мелкофракционное топливо шнековым питателем 4 через центральное загрузочное окно 3 подается в верхнюю часть колосниковой решетки 2. При взаимодействии с потоком первичного воздуха, подаваемым в слой топлива в виде струй через отверстия 8 в элементах 7, топливо сгорает, постепенно перемещаясь сверху вниз под действием собственного веса и веса новых порций подаваемого свежего топлива. Выполнение граней решетки 2 сборными из отдельных элементов 7 углового Г-образного профиля, которые при их взаимном соединении на каждой ступени решетки образуют отдельные кольцевые микрозоны горения, обеспечивает оптимальную по условиям топочного процесса скорость перемещения топлива по поверхности решетки 2. Струи первичного воздуха, проходя через отверстия 8 в элементах 7 навстречу друг другу, пересекаются. В результате встречного столкновения струй происходит дополнительная турбулизация потока первичного воздуха, за счет чего взрыхляется слой топлива, тем самым способствуя лучшему распределению первичного воздуха между частицами топлива, повышая реакционную способность окислителя и интенсифицируя процесс горения в каждой кольцевой микрозоне. Для повышения полноты сгорания топлива через каналы 9 подается поток вторичного воздуха, который, пройдя через лопатки 10 кольцевого завихрителя 5, образует искусственный вихрь, который подхватывает снизу колосниковой решетки 2 частицы золы и несгоревшего топлива и перемещает их вверх по спиралеобразной траектории. В процессе витания продолжается догорание частиц топлива. При этом под действием центробежной силы наиболее массивные частицы движутся по виткам спирали в непосредственной близости у стенки цилиндрической топочной камеры 1 и, встречая на своем пути препятствие в виде пережимного кольца 6, возвращаются обратно вниз к колосниковой решетке 2, совершая повторный виток. Таким образом, повышается время удержания частиц в топочной камере 1, что способствует повышению полноты сгорания топлива. В центральной части вихревого потока, как следует из законов газовой динамики, имеет место область пониженного давления, в которой концентрируются частицы золы, образующие шнуровидный газопылевой поток, перемещающийся снизу вверх по оси топочной камеры 1 и выносимый из нее наружу через горловину, образованную пережимным кольцом 6. Таким образом, в топке обеспечивается возможность аэрозолоудаления. Полная очистка потока топочных газов от пылевидных частиц золы происходит за пределами топки в обычном циклоне (не показан).

Повышение технологичности топки предлагаемой конструкции обеспечивается тем, что для создания вихревого потока вторичного воздуха отпадает необходимость выполнять на разной высоте ряд отдельных сопел в стенке топочной камеры и соответствующих каналов для подвода к ним воздуха. В предлагаемой топке для создания вихревого потока используется одна деталь, независимая от топочной камеры 1, - кольцевой завихритель 5. Это существенно упрощает технологию изготовления наиболее габаритного элемента топки - топочной камеры. Кроме того, для упрощения монтажа колосниковой решетки 2 ее грани выполнены сборными из отдельных унифицированных по форме и размеру элементов углового Г-образного профиля.

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для сжигания твердого мелкофракционного и пылевидного топлива, преимущественно низкой зольности, в топках паровых и водогрейных котлов, в том числе мобильных в модульном исполнении. Топка содержит цилиндрическую топочную камеру, размещенную в ней колосниковую решетку с центральным загрузочным окном для нижней подачи топлива, кольцевой завихритель, установленный в нижней части цилиндрической топочной камеры коаксиально колосниковой решетке, и пережимное кольцо, расположенное в верхней части топочной камеры. Колосниковая решетка выполнена в виде усеченной пирамиды, обращенной кверху меньшим основанием. Грани решетки выполнены сборными из отдельных элементов углового Г-образного профиля с отверстиями для подачи струй первичного воздуха в слой топлива навстречу друг другу. Изобретение позволяет повысить технологичность конструкции, интенсификацию процесса горения, полноту сгорания топлива. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Слоевая топка с вихревым дожигом, содержащая цилиндрическую топочную камеру и размещенную в ней колосниковую решетку с центральным загрузочным окном для нижней подачи топлива, отличающаяся тем, что она снабжена кольцевым завихрителем, установленным в нижней части цилиндрической топочной камеры коаксиально колосниковой решетке, и пережимным кольцом, расположенным в верхней части топочной камеры, а колосниковая решетка выполнена в виде усеченной пирамиды, обращенной кверху меньшим основанием, причем грани решетки выполнены сборными из отдельных элементов углового Г-образного профиля с отверстиями для подачи струй первичного воздуха в слой топлива навстречу друг другу.2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия элементов граней решетки выполнены с осями, пересекающимися под углом 90°.3. Топка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что кольцевой завихритель выполнен в форме турбинного колеса с отогнутыми под углом 3-5° к горизонтали и расположенными по всему периметру лопатками.