СПОСОБ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХГРАННОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТОПКИ С ЭКРАНИРОВАННЫМИ БОКОВЫМИ, ЗАДНЕЙ И НЕЭКРАНИРОВАННОЙ ФРОНТОВОЙ СТЕНАМИ Российский патент 2011 года по МПК F23C1/12 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, производственных и бытовых котельных, сжигающих природный газ в топках с подовыми щелевыми горелками, экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами.

Известен способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха через подовые горелки вдоль фронтовой, задней и боковых стен и отводом продуктов сгорания через боковое окно задней стены (Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. - М.: Энергоиздат, 1982. - с.151-160, рис.6.2, рис.6.6).

Недостаток способа - высокий уровень неравномерности температуры факела в выходном окне топки, усиливающийся при экранировании только боковых и задней стен, отводе продуктов сгорания через потолочное окно. Неравномерность приводит к перегреву труб пароперегревателей, размещаемых непосредственно за топкой. При работе котлов с такими топками вынуждены снижать их тепловую нагрузку; при работе таких топок в период растопок потребляется большой расход газа.

Известен также способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков вдоль фронтовой и задней стен через горелки, установленные на боковых стенах, причем в потоках, направляемых вдоль фронтовой стены, подают топливо с расходом больше, чем в потоках, направляемых вдоль задней стены, а продукты сгорания отводят через боковое окно задней стены (авторское свидетельство СССР № 676814, МПК F23C 5/28 от 08.02.78 г.; БИ № 28 от 1979 г.).

Недостаток способа - также высокий уровень температурной неравномерности факела при экранировании только боковых и задней стен, большой расход газа при растопках.

Наиболее близким является способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха вдоль фронтовой и задней стен через щелевые подовые горелки и отводом продуктов сгорания через потолочное окно (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968. - с.151, рис.36)

Задача изобретения - снижение неравномерности температуры факела в выходном окне топки, снижение расхода газа при растопке.

Для достижения поставленной задачи при реализации способа работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен через щелевые подовые горелки и отвода продуктов сгорания через потолочное окно расход газа в потоке реагентов, подаваемом вдоль неохлаждаемой фронтовой стены, уменьшают по сравнению с расходом газа в потоке, подаваемом вдоль охлаждаемой задней стены, до (где , - расход газа, подаваемый вдоль неохлаждаемой фронтовой стены и вдоль охлаждаемой задней стены соответственно, м³/с) при тепловой нагрузке топки меньше (где - номинальная тепловая нагрузка топки, Вт) и до при тепловой нагрузке топки , а в режиме растопки весь газ подают вдоль задней стены.

Подача вдоль неохлаждаемой фронтовой стены реагентного потока с уменьшенным расходом газа выравнивает поле температуры в выходном окне топки. При нагрузке меньше в диапазоне разность значений температуры ΔT_m на выходе из полутопки с фронтовой неохлаждаемой стеной и на выходе из полутопки с охлаждаемой задней стеной составляет (где - температура на выходе из полутопки с фронтовой неохлаждаемой стеной и на выходе из полутопки с охлаждаемой задней стеной соответственно, К). При отклонениях от обозначенного диапазона в сторону уменьшения отмеченная температурная разность ΔT_m=(40-50)К, при она равна ΔT_m=(45-60)К, то есть в обоих случаях резко, скачкообразно возрастает. При нагрузках в диапазоне параметр ΔT_m=(10-25)К. Отклонения от указанного диапазона вызывают скачкообразное увеличение параметра ∆T_m. Как только параметр ΔT_m=(50-70)К, а как только параметр ΔT_m=(60-80)К. Максимум неравномерности с ΔT_m=(100-150)К наблюдается при равномерной загрузке газом потоков реагентов, подаваемых вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен. При равномерной загрузке топливом растопочных потоков расход газа и время растопки максимальны. При подаче растопочного потока только вдоль задней охлаждаемой стены достигается снижение времени растопки и расхода газа вдвое. Заявляемые диапазоны расходов газа являются оптимальными.

Предлагаемый способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез топки и схема подачи реагентных потоков вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен через подовые щелевые горелки; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Четырехгранная вертикальная топка на фиг.1, 2 имеет боковые стены 1, 2, заднюю стену 3 и фронтовую стену 4, под 5 с щелевыми горелками 6, 7, примыкающими соответственно к задней и фронтовой стенам 3, 4, а также потолочное окно 8, трубные экраны 9, 10, 11, выложенные вдоль боковых стен 1, 2 и задней стены 3.

При реализации предлагаемого способа работы четырехгранной вертикальной топки с экранами 9, 10, 11 на боковых и задней стенах 1, 2, 3 реагентные потоки газа и воздуха 12, 13 подают через подовые щелевые горелки 6, 7 вдоль задней охлаждаемой и фронтовой неохлаждаемой стен 3, 4 соответственно. В стационарных режимах работы топки расход газа в потоке реагентов 13, подаваемом вдоль неохлаждаемой фронтовой стены 4, уменьшают по сравнению с расходом газа в потоке 12, подаваемом вдоль охлаждаемой экраном 11 задней стены 3. При тепловой нагрузке топки (где Q_T - тепловая нагрузка топки, Вт, и В_р - низшая теплота сгорания и расход топлива соответственно, Дж/м³ и м³/с), расход газа При тепловой нагрузке топки расход газа В режимах растопки весь газ подают вдоль задней стены 3 с экраном 11. Образующиеся в процессе химического реагирования продукты сгорания 14 выводятся в потолочное окно 8. Значения температуры продуктов сгорания в выходном окне 8 в полутопке 15 с неохлаждаемой фронтовой стеной 4 и в полутопке 15 с неохлаждаемой фронтовой стеной 4 и в полутопке 16 с охлаждаемой экраном 11 стеной 3 практически равны между собой При равномерной загрузке горелок 6, 7 топливом температурные уровни в полутопках 15, 16 сильно отличаются, образуя разность доходящую до (где - температура на выходе из полутопки с фронтовой неохлаждаемой стеной при равномерной загрузке горелок и на выходе из полутопки с охлаждаемой задней стеной при равномерной загрузке горелок соответственно, К), опасную для поверхностей нагрева за выходным окном топки (на фиг.1,2 они не показаны), вызывающую перегревы труб, необходимость их замены с остановами котла.

Опыты на котлах Бабкок-Вилькокс Челябинской ГРЭС с топками, имеющими соотношение сторон A_m/B_m=4 (где A_m, B_m - ширина и глубина топки, м) и установочные размеры горелок С^фр/B_m=0,15 (где С^фр - расстояние от фронтовой стены до оси горелки, м), С^задн/B_m=0,15 (где С^задн - расстояние от задней стены до оси горелки, м), фиг.1, 2, показывают оптимальность заявленных диапазонов расхода газа. При отклонениях от обозначенного диапазона в сторону уменьшения отмеченная температурная разность ΔT_m=(40-50)К, при она равна ΔT_m=(45-60)К, то есть в обоих случаях резко, скачкообразно возрастает. При нагрузках в диапазоне параметр ΔT_m=(10-25)К. Отклонения от указанного диапазона вызывают скачкообразное увеличение параметра ΔT_m. Как только параметр ΔT_m=(50-70)К, а как только параметр ΔT_m=(60-80)К. Максимум неравномерности с ΔT_m=(100-150)К наблюдается при равномерной загрузке газом потоков реагентов, подаваемых вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен. При равномерной загрузке топливом растопочных потоков расход газа и время растопки максимальны. При подаче растопочного потока только вдоль задней охлаждаемой стены достигается снижение времени растопки и расхода газа вдвое. Заявляемые диапазоны расходов газа являются оптимальными.

Практическая ценность способа связана с организацией режимов растопки и загрузки горелок на котлах Бабкок-Вилькокс и ТКЗ-120 Челябинской ГРЭС, других ТЭС, промышленных и бытовых котельных, котлы которых были оснащены изначально топками с цепными механическими решетками для сжигания твердого топлива в продуваемом воздухом слое. При переводе на газ эти топки оснащаются щелевыми подовыми горелками, их фронтовые стены остаются неохлаждаемыми. Предлагаемый способ охватывает весь класс этих топочных устройств.

Аналогичные результаты получены на котлах ТКЗ-120 с топками, имеющими соотношения сторон A_m/B_m=2, установочные размеры горелок С^фр/B_m,=0,30, С^задн/=0,30,

Изменения конструктивных соотношений в диапазонах A_m/B_m,=2-4, С^фр/B_m=0,15-0,30, С^задн/B_m,=0,15-0,30 не оказывают принципиального влияния на достигаемое снижение температурной неравномерности факела и расход растопочного газа. Заявленные диапазоны расходов газа, связанные с нагрузкой топок, являются оптимальными для большого класса котлов и типоразмеров топок.

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано на котлах тепловых электростанций, производственных и бытовых котельных, сжигающих природный газ в топках с подовыми щелевыми горелками, экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами и позволяет при его использовании снизить неравномерности температуры факела в выходном окне топки и расход газа при растопке. Указанный технический результат достигается в способе работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен через щелевые подовые горелки и отвода продуктов сгорания через потолочное окно, причем расход газа в потоке реагентов, подаваемом вдоль неохлаждаемой фронтовой стены, уменьшают по сравнению с расходом газа в потоке, подаваемом вдоль охлаждаемой задней стены, до при тепловой нагрузке топки меньше и до при тепловой нагрузке топки а в режиме растопки весь газ подают вдоль задней стены, где - расход газа, подаваемый вдоль неохлаждаемой фронтовой стены и вдоль охлаждаемой задней стены, соответственно, м³/с; - номинальная тепловая нагрузка топки, Вт. 2 ил.

Способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен через щелевые подовые горелки и отвода продуктов сгорания через потолочное окно, отличающийся тем, что расход газа в потоке реагентов, подаваемом вдоль неохлаждаемой фронтовой стены уменьшают по сравнению с расходом газа в потоке, подаваемом вдоль охлаждаемой задней стены до при тепловой нагрузке топки меньше и до при тепловой нагрузке топки а в режиме растопки весь газ подают вдоль задней стены,
где - расход газа, подаваемый вдоль неохлаждаемой фронтовой стены и вдоль охлаждаемой задней стены, соответственно м³/с;
- номинальная тепловая нагрузка топки, Вт.