ТОПКА ПАРОГЕНЕРАТОРА Российский патент 2010 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к топочным устройствам парогенераторов с пылевым сжиганием углей и может быть использовано в теплоэнергетике.

Известна топка, выполненная в виде вертикальных призм, грани которой представляют собой экранированные стенки. В нижней части этих стенок установлены пылеугольные горелки и сопла для подачи газов рециркуляции. Горелки и сопла установлены тангенциально в плоскости поперечного сечения топки (SU №819499, МКИ F23C 5/10, 1978 г.).

Недостатком этой топки является низкая устойчивость воспламенения сжигаемого пылеугольного топлива и его неполное сгорание.

Ближайшим аналогом является призматическая топка, выполненная в виде вертикальных призм, грани которой представляют собой экранированные стенки. В нижней части этих стенок установлены ярусами прямоточные щелевые пылеугольные горелки. Продольные оси горелок направлены тангенциально к условной окружности в центре топки. Расстояние между ярусами горелок в 2-3 раза превышает ширину горелки (SU №922425, МКИ F23C 5/12, 1975 г.).

Недостатком этой призматической топки является низкая устойчивость воспламенения сжигаемого пылеугольного топлива и его неполное сгорание.

Сущность изобретения заключается в том, что в топке парогенератора, выполненной в виде вертикальной призмы, грани которой представляют собой экранированные стенки, в нижней части этих стенок установлены ярусами горелки, продольные оси которых направлены по касательным к условной окружности в центре топки. Новым согласно изобретению является выполнение призмы из шести или восьми граней, в средней части экранированных стенок установлены пылеугольные вихревые горелки с параметром крутки 1÷3, их продольные оси направлены к условной окружности с относительным диаметром

0<d_y<0,15,

где d_y - относительный диаметр,

d - диаметр условной окружности;

D - диаметр окружности, условно вписанной в призму камеры сгорания.

Задачей изобретения является повышение устойчивости воспламенения пылеугольного топлива и полноты его сгорания.

Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно утверждать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез шестигранной топки парогенератора, на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - вертикальный разрез восьмигранной топки парогенератора; на фиг.4 - разрез по Б-Б; на фиг.5 - разрез по В-В.

Топка парогенератора 1 выполнена в виде вертикальной многогранной призмы, грани которой представляют собой экранированные стенки 2. В нижней части этих стенок 2 и в их средней части установлены ярусами вихревые пылеугольные горелки 3. Их продольные оси направлены по касательным к условной окружности в центре топки 1. Горелки 3 имеют топливный канал 4 и один или несколько воздушных каналов 5 для подачи, соответственно, пылеугольной смеси и вторичного воздуха. В горелках 3 установлены регулируемые завихрители воздуха 6. Над верхним ярусом горелок 3 и в средней части стенок 2 выполнен ярус воздушных сопл 7, продольные оси которых направлены навстречу вращению топочных газов. Количество экранированных стенок 1 (граней) в топке парогенератора составляет шесть или восемь и зависит от ее мощности и физико-химических свойств сжигаемого угольного топлива. Диаметр условной окружности, к которой направлены продольные оси горелок 3, определяется

0<d_y<0,15,

где d_у - относительный диаметр, ;

d - диаметр условной окружности с центром в центре топки;

D - диаметр окружности, условно вписанной в призму топки.

Топка парогенератора работает следующим образом.

Топку 1 разогревают посредством сжигания в ней мазута или газа. Затем в нее через каналы 4 и 5 горелки 3 подают, соответственно, пылевоздушную смесь и вторичный воздух. Под действием высокой температуры топливо загорается в топке 1 и в ней создается устойчивый вихревой факел. Затем аналогичным образом зажигается подаваемая в топку 1 через горелки 3 верхнего яруса пылевоздушную смесь. Она воспламеняется под действием высокой температуры вихревого топочного факела нижнего яруса. Горячие топочные газы, образующиеся при сгорании топлива, поднимаются в топке 1 по спирали вверх, отдавая тепло ее экранированным стенкам 2. В результате температура топочных газов снижается. Через воздушные сопла 7 навстречу движению топочных газов дополнительно подается воздух. Этим обеспечивается дожигание топлива, снижение выбросов окисей азота NO_x, гашение остаточной крутки отходящих топочных газов и, как следствие, равномерное омывание поверхностей нагрева, расположенных в газоходе (не показан).

Увеличение числа стенок 2 (граней) в топке позволяет приблизиться к «круглому» сечению топки, что уменьшает неэффективную площадь сгорания топлива. Оптимальное число экранированных стенок 2 в предлагаемой топке 1 парогенератора равно шести или восьми. При числе стенок 2 топки менее шести в ней возникают малопроточные угловые зоны с малым тепловосприятием. При числе стенок 2 более восьми конструкция топки становится не технологичной в изготовлении. При числе стенок семь конструкция топки 1 также технологически сложна в изготовлении.

Завихрители воздуха 6, расположенные в каналах 6 горелок 3, позволяют регулировать параметр крутки струй горящего топлива. При параметре крутки струй n=0 горелки становятся прямоточными. Для таких горелок характерны низкая устойчивость воспламенения и неполное сгорание топлива. При параметре крутки n>3 струи горящего топлива сильно раскручиваются, они стелятся на экранированные стенки 2, что приводит к их шлакованию. При этом происходит сепарация угольных частиц на стенки 2 топки и в холодную воронку (не показана).

Параметр крутки струи, выходящей из горелки и состоящей из нескольких кольцевых струй, закрученных в одном направлении, определяется по формуле:

где n_i - параметр крутки струи выходящей из i-го канала горелки, который рассчитывается по конструктивным характеристикам завихрения;

Р - число соосных кольцевых струй;

- диаметр круга, площадь которого равна выходному сечению кольцевого канала i-й струи;

- диаметр круга, площадь которого равна выходному сечению горелки;

p_i - плотность воздуха;

ω_i - скорость воздуха;

F_i - сечение канала.

Например:

для аксиального лопаточного завихрителя (наиболее часто применяемого) параметр крутки может быть рассчитан по формуле:

где d - внутренний диаметр канала;

D - наружный диаметр канала;

β_л - угол наклона выходной части лопатки относительно продольной оси канала.

Параметр крутки для тангенциального лопаточного завихрителя может быть рассчитан по формуле:

где D_рв - диаметр круга, площадь которого равна сечению канала;

в_л - ширина лопатки;

Z_л - количество лопаток;

β_л - угол наклона лопаток относительно ее радиальной проекции.

Параметр крутки для улиточного завихрителя может быть рассчитан по формуле:

где А - расстояние от оси канала до продольной оси входного патрубка улитки;

D_рв - диаметр круга, площадь которого равна цилиндрическому сечению канала;

L_п - длина входного патрубка улитки;

В_п - ширина входного патрубка улитки.

Установка горелок в средней части стенок 2 топки 1 позволяет максимально увеличить параметр крутки струй горящего топлива без их контакта со стенками 2.

Степень вихревого движение факела в топке 1 зависит от величины относительного диаметра d_y окружности в центре топки 1, по касательной к которой направлены продольные оси всех горелок 3. При d_y=0 в топке 1 отсутствует вихревое движение факела с вертикальной осью вращения, что ухудшает тепловосприятие топки 1 и выгорание топлива и увеличивает выбросы окисей азота NO_x в атмосферу. При d_y>0,15 вихревой факел с вертикальной осью вращения и максимальной температурой сильно приближается к экранированным стенкам топки 2, что вызывает их шлакование и высокотемпературную коррозию металла труб. При 0<d_y<0,15 обеспечивается устойчивость вихревого движения факела в топке без наброса факела на стенки топки 2. При этом обеспечивается устойчивость воспламенения сжигаемого топлива.

Предлагаемая топка парогенератора позволяет за счет своей конструкции повысить устойчивость воспламенения топлива, полноту его сгорания, снизить образование окисей азота NO_x и уменьшить их выброс в атмосферу. Кроме того, изобретение позволяет уменьшить шлакование экранированных стенок топки.

Изобретение относится к топочным устройствам парогенераторов с пылевым сжиганием углей, может быть использовано в теплоэнергетике и позволяет повысить устойчивость воспламенения топлива, полноту его сгорания, снизить образование окисей азота NO_x и уменьшить их выброс в атмосферу. Кроме того, изобретение позволяет уменьшить шлакование экранированных стенок топки. Указанный технический результат достигается в топке парогенератора, выполненной в виде вертикальной многогранной призмы, грани которой представляют собой экранированные стенки, в нижней части этих стенок установлены ярусами горелки, продольные оси которых направлены по касательным к условной окружности в центре топки, причем призма выполнена из шести или восьми граней, в средней части экранированных стенок установлены пылеугольные вихревые горелки с параметром крутки 1÷3, их продольные оси направлены к условной окружности с относительным диаметром 0<d_у<0,15, где d_у - относительный диаметр, d - диаметр условной окружности; D - диаметр окружности, условно вписанной в призму камеры сгорания. 5 ил.

Топка парогенератора, выполненная в виде вертикальной многогранной призмы, грани которой представляют экранированные стенки, в нижней части этих стенок установлены ярусами горелки, продольные оси которых направлены по касательным к условной окружности в центре топки, отличающаяся тем, что призма выполнена из шести или восьми граней, в средней части экранированных стенок установлены пылеугольные вихревые горелки с параметром крутки 1÷3, их продольные оси направлены по касательной к условной окружности с относительным диаметром 0<d_у<0,15,
где d_у - относительный диаметр,
d - диаметр условной окружности;
D - диаметр окружности, условно вписанной в призму камеры сгорания.