Топка для сжигания газомазутного топлива Российский патент 2021 года по МПК F23C5/08 

Описание патента на изобретение RU2760611C1

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, и в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок.

Известна топка парового котла, нижняя часть которой выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, а верхняя - в форме четырехгранной усеченной пирамиды, в нижней части встроены во фронтальную и заднюю стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса газомазутные горелки (RU 2613539, кл. F23C 3/00, 2017).

Недостатком данной топки является неравномерное распределение тепловых потоков по высоте стен и температур по объему факела, связанное с горизонтально расположенными газомазутными горелками.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению относится топка парового котла, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней - в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (RU 2714983, кл. F23C 5/08, 2019.08).

Недостатком данной топки является неравномерное распределение температур по газовому объему факела и тепловых потоков по экранным поверхностям стен. В нижней объемной зоне, составляющей третью часть топки, выделяется 60% мощности факела. В центре данной объемной зоны температуры факела составляет 1750°С. Напротив объемной зоны факела с максимальной температурой максимальные тепловые потоки на экранные поверхности стен составляют 510 кВт/м2. На следующую по высоте одну третью часть топки приходится 25% топлива, в верхней одной третьей части топки догорает 15% топлива и выделяется 15% мощности факела. Напротив изотермы 1300°С тепловые потоки на вертикальной оси окрашенных поверхностей фронтальной и боковых стен минимальны и составляют 180кВт/м2. Максимальные тепловые потоки падающие на экранные поверхности от факела на фронтальные и боковые поверхности стен по вертикальной оси симметрии в нижней части в 2,83 раза больше минимальных тепловых потоков, падающих от факела на эти же экранные поверхности в верхней их части. Аналогичное неравномерное распределение тепловых потоков излечения оси факела наблюдается на периферии фронтальной и боковых стен. Неравномерное распределение потоков излучения факела по высоте и периметру экранных поверхностей вызывает аналогичную неравномерность парообразования и отложений в трубах. Повышенные тепловые нагрузки в нижней части стен приводят к повышению температуры экранных труб и способствуют развитию в них высокотемпературной коррозии. Высокая температура в нижней объемной зоне, составляющая 1750°С, способствует увеличению выхода оксидов азота из топки, так как из теории горения Я.Б. Зельдовича и накопленного опыта эксплуатации топок паровых котлов известно следующее: чем больше температура в зоне горения топлива, тем больше образуется оксидов азота.

Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции топки для сжигания газомазутного топлива, позволяющей снизить максимальную температуру факела и выровнять плотности тепловых потоков излучений факела на экранные поверхности и парообразование по высоте и периметру стен, увеличить период между кислотными промывками котла, снизить выход оксидов азота из топки.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и срока службы экранных труб топки, снижение выбросов оксидов азота и загрязнения атмосферного воздуха.

Поставленная проблема и технический результат достигается тем, что топка для сжигания газомазутного топлива, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая свод, под, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. Согласно изобретению, второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.

Расположение второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости снижает концентрацию сгоревшего топлива в высокотемпературной газовой объемной зоне, уменьшает максимальную температуру с 1750°С до 1700°С, так как первый ярус горелок направлен вниз под углом 15-18° относительно горизонтальной плоскости и второй ярус горелок направлен вверх под углом 15-18° относительно горизонтальной плоскости.

В результате распределенного сгорания топлива в нижней части топки температура высокотемпературной объемной зоны снижается с 1750°С до 1700°С, тепловые потоки на экранные поверхности нагрева, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются, а на расположенные выше высокотемпературной зоны увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям нагрева в нижней части топки. Вследствие уменьшения максимальной температуры высокотемпературной газовой объемной зоны с 1750°С до 1700°С выход оксидов азота снижается.

При расположении второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом, меньшим 15-18° к горизонтальной плоскости, высокотемпературное ядро горения топлива второго яруса горелок будет соприкасаться с высокотемпературным ядром горения топлива первого яруса горелок и температура высокотемпературной объемной зоны достигнет 1750°С, тепловые потоки на экранные поверхности нагрева напротив высокотемпературной объемной зоны увеличатся, рост внутритрубных отложений и выход оксидов азота увеличатся.

При расположении второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом, большим 15-18° к горизонтальной плоскости, факелы второго яруса горелок приблизятся к экранным поверхностям фронтальной и задней стен, тепловые нагрузки на экранные поверхности труб возрастут, что приводит к интенсивному парообразованию и росту внутритрубных отложений в нижней части стен напротив факелов второго яруса горелок. Повышение тепловых нагрузок на экранные поверхности фронтальной и задней стен увеличивает температуру металла труб стен и способствует возникновению и развитию высокотемпературной коррозии экранных труб.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку (разрез) предлагаемой топки котла и распределение изотерм по объему факела; на фиг. 2 представлен вид сверху в разрезе А-А; на фиг. 3 распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен топки устройства - прототипа (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стены; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен); на фиг. 4 - распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей предлагаемой топки, второй ярус горелок которой расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стен; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен).

Топка состоит из пода 1, свода 2, стен 3, экранов 4, повторяющих внутреннюю поверхность топки. Топка выполнена в нижней части 5 в форме прямоугольного параллелепипеда, в средней части 6 и в верхней части 7 в форме четырехгранной усеченной пирамиды. В стены 3 встроены в два яруса встречно расположенные горелки 8. Первый ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, вниз под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Второй ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, вверх под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Первый и второй ярусы горелок 8 создают вертикальный факел 11 заполняющий верхний объем нижней части 5, среднюю 6 и верхнюю 7 части топки. Топка работает следующим образом.

В горелки 8, расположенные в два яруса на противоположных фронтальной и задней стенах 3, подают топливо, газ или мазут, и воздух для создания горючей смеси. В процессе сгорания топливно-воздушной смеси в горелках 8 образуются факелы 10 первого яруса, направленные под углом 15-18° к горизонтальной плоскости вниз, и факелы 10 второго яруса,. направленные под углом 15-18° к горизонтальной плоскости вверх. Для уменьшения максимальной температуры высокотемпературной зоны с 1750°С до 1700°С, второй ярус горелок 8 расположен в стенах 3 с наклоном осей 9 вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. В нижней зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, в зоне горелок 8 первого и второго ярусов и выше горелок, сгорает более половины поступающего в топку топлива. Остальная часть несгоревшего топлива с помощью дутьевого вентилятора поступает в среднюю часть 6 и верхнюю часть 7 топки, где сгорает, образуя вертикальный факел 11.

При расположении второго яруса горелок 8 с наклоном их осей 9 вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, объем зоны, находящейся между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 увеличивается, концентрация сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 уменьшается, температура газового объема уменьшается. При снижение концентрации сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8, максимальная температура высокотемпературной зоны снижается с 1750°С до 1700°С, тепловые потоки на экраны 4 стен 3 топки, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются с 510 до 480 кВт/м2, а на экранные поверхности, расположенные в нижней части средней зоны топки 6, увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен 3 в нижней 5 и средней 6 частях топки. Снижение тепловых потоков на поверхности стен 3, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшает температуру экранов 4 и количество отложений в трубах, способствует замедлению их высокотемпературной коррозии, что повысит надежность экранных поверхностей нагрева, увеличится срок их службы и период между кислотными промывками котла. При снижении температуры высокотемпературного газового объема, ограниченного изотермой, с 1750°С до 1700°С выход оксидов азота из топки и загрязнение атмосферного воздуха уменьшаются.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.

Похожие патенты RU2760611C1

название год авторы номер документа
ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2019
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Павлова Юлия Михайловна
  • Крупнов Андрей Владимирович
RU2714983C1
Топка для сжигания газомазутного топлива 2016
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Галичева Мария Константиновна
  • Кузнецов Алексей Владимирович
RU2613539C1
ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2014
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Неверов Филипп Николаевич
  • Кузнецов Алексей Владимирович
RU2547675C1
ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2005
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Воропаев Виктор Викторович
  • Кривнев Евгений Иванович
RU2285200C1
ВИХРЕВАЯ ТОПКА 2013
  • Пузырёв Евгений Михайлович
  • Голубев Вадим Алексеевич
  • Пузырев Михаил Евгеньевич
RU2582722C2
ПРИЗМАТИЧЕСКАЯ ЭКРАНИРОВАННАЯ ТОПКА 1992
  • Срывков С.В.
  • Процайло М.Я.
  • Дектерев А.А.
  • Козлов С.Г.
  • Пронин М.С.
  • Ковалевский А.М.
  • Попов В.П.
RU2032853C1
ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2009
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Шевченко Максим Николаевич
RU2400668C1
Топка 1990
  • Срывков Сергей Васильевич
  • Маршак Юрий Леонидович
  • Шишканов Олег Георгиевич
  • Верзаков Валерий Николаевич
  • Сотников Иван Алексеевич
  • Козлов Сергей Георгиевич
  • Немировский Николай Федорович
  • Мещеряков Виктор Григорьевич
SU1710938A1
Котел с камерной топкой 2015
  • Пузырёв Евгений Михайлович
  • Голубев Вадим Алексеевич
  • Пузырёв Михаил Евгеньевич
RU2648314C2
ТОПКА ПАРОГЕНЕРАТОРА 2016
  • Рогалев Андрей Николаевич
  • Комаров Иван Игоревич
  • Гаранин Иван Владимирович
  • Вегера Андрей Николаевич
  • Ростова Дарья Михайловна
RU2625887C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 760 611 C1

Реферат патента 2021 года Топка для сжигания газомазутного топлива

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива выполнена в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды и включает свод, под, стены, экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. Второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. Технический результат - повышение надежности и срока службы экранных труб топки, снижение выбросов оксидов азота и загрязнения атмосферного воздуха. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 760 611 C1

Топка для сжигания газомазутного топлива, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2760611C1

ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2019
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Павлова Юлия Михайловна
  • Крупнов Андрей Владимирович
RU2714983C1
Топка для сжигания газомазутного топлива 2016
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Галичева Мария Константиновна
  • Кузнецов Алексей Владимирович
RU2613539C1
ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2009
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Шевченко Максим Николаевич
RU2400668C1
ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА 2005
  • Макаров Анатолий Николаевич
  • Воропаев Виктор Викторович
  • Кривнев Евгений Иванович
RU2285200C1
Топка 1989
  • Архипов Александр Михайлович
  • Андреев Юрий Павлович
  • Волков Эдуард Петрович
  • Дубов Анатолий Александрович
  • Липов Юрий Михайлович
  • Соловьев Николай Иванович
  • Судаков Владимир Павлович
  • Юсупов Равиль Усманович
SU1702092A1
Способ работы призматической топки парогенератора 1987
  • Абрамов Александр Анатольевич
  • Саидахмедов Рустам Анварович
  • Зайцев Виктор Иванович
  • Афанасенко Андрей Андреевич
SU1477976A1

RU 2 760 611 C1

Авторы

Макаров Анатолий Николаевич

Крупнов Андрей Владимирович

Даты

2021-11-29Публикация

2021-03-16Подача