Котёл для сжигания суспензионных топлив Российский патент 2025 года по МПК F22B31/00 F23C6/04 

Изобретение относится к устройствам для сжигания суспензионных топлив, в том числе водоугольного топлива (ВУТ), в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах.

Известен котёл для сжигания суспензионных топлив (РФ №2766244, F23C 3/00, 2021 г.), содержащий камеру сгорания и камеру дожигания топлива и охлаждения дымовых газов. Камера сгорания выполнена в форме параллелепипеда с куполообразной верхней границей, на противоположных боковых стенках смонтированы топливные пневматические форсунки и дутьевые сопла, в нижней части камеры сжигания установлен золоуловитель в форме воронки, ниже золоуловителя установлена камера золошлакоудаления, соединенная с камерой сгорания трубопроводом с встроенным вентилятором. Камера дожигания топлива и охлаждения дымовых газов выполнена в виде двух и более секций с экранированными стенками, расположенными последовательно одна за другой. Недостатками данного устройства являются неполное сжигание топлива в котле, нарушение режимов сжигания топлива, сложность в управлении процессом горения топлива.

Наиболее близким решением, прототипом, является устройство для сжигания суспензионных топлив (РФ №2794290, F23C 6/00, 2023 г.), которое содержит камеру сгорания топлива, выполненную в форме параллелепипеда с квадратным горизонтальным сечением, на фронтальной стенке которой установлены топливные форсунки, а на боковой и задней стенках установлены дутьевые сопла, камеру дожигания топлива и охлаждения дымовых газов, выполненную в виде двух и более секций с экранированными стенками, расположенными последовательно одна за другой, дополнительную камеру сгорания, установленную между камерой сгорания и камерой дожигания, оснащенную форсункой и дутьевым соплом, обеспечивающими необходимые расчетные значения расходов топлива и окислителя. Недостатками данного устройства являются: сложность конструкции; неполное сгорание топлива; нерациональный ввод дутьевого воздуха в камеры сгорания.

Предлагаемое техническое решение направлено на совершенствование конструкции устройства для сжигания суспензионных топлив с целью повышения качества сгорания топлива. Техническое решение позволит повысить эффективность сжигания ВУТ путем обеспечения стабильности температуры плавления золы в топке, низкого коэффициента недожога и управляемости производительностью котла.

Это достигается тем, что в предлагаемом котле камера вторичного сгорания топлива расположена внутри нижней части камеры дожигания топлива, которая переходит в камеру нагрева теплоносителя, при этом в камерах первичного и вторичного сгорания топлива форсунки и дутьевые сопла установлены, соответственно, на противоположных стенках камеры напротив друг друга на одном уровне и таким образом, что центральные оси симметрии форсунок наклонены вверх на угол от 0 до 15 градусов относительно горизонтальной плоскости сечения камеры и составляют угол (10-40) градусов с вертикальными стенками камеры в проекции на горизонтальную плоскость. Расстояние между рядом расположенными форсунками составляет от 1,1 до 1,5 диаметров факела распыла топлива. Дутьевые сопла направлены по касательной к стенке камеры сгорания топлива. В стенках камеры дожигания топлива установлены горелки. Такое расположение форсунок и дутьевых сопел в камерах сгорания топлива позволяет создать вихревое движение продуктов сгорания внутри камеры, что способствует равномерному распределению топлива (угольной массы) в объеме камер, интенсификации тепло и массообменных процессов горения топлива и, как следствие, полному сгоранию топлива в топках котла. Расположение камеры вторичного сжигания топлива внутри нижней части камеры дожигания топлива обеспечивает вывод шлака в жидком виде в золоуловитель, что исключает "зарастание" стенок камер шлаком. В промышленных котлах с холодной воронкой шлакоудаления происходит налипание шлака на стенки воронки и постепенное ее закупоривание. Это приводит к остановке процесса сжигания топлива и необходимости чистки оборудования. Воздух, подаваемый через горелки в камере дожигания, позволяет полностью окислить продукты сгорания топлива, т.е. окислить углерод до двуокиси углерода, и обеспечить необходимый тепловой режим в камере нагрева теплоносителя.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема котла для сжигания суспензионных топлив в камерах (муфельных топках) прямоугольного поперечного сечения; на фиг. 2 - схема котла для сжигания суспензионных топлив в камерах цилиндрической формы (муфельных топках).

Котёл для сжигания суспензионных топлив состоит из камеры 1 нагрева теплоносителя (вода, пар) продуктами сгорания топлива, камеры 2 первичного сгорания топлива, в которой установлены форсунки 3 и 4 для подачи топлива и дутьевые сопла 5 и 6 для ввода воздуха, камеры 7 дожигания топлива, камеры 8 вторичного сгорания топлива, в которой установлены форсунки 9 и 10 для подачи топлива и дутьевые сопла 11 и 12 для ввода воздуха, золоуловитель 13. Количество форсунок и дутьевых сопел в камерах сгорания может быть увеличено, исходя из мощности котла В камере 7 дожигания топлива расположены горелки 14 для ввода воздуха. В стенках камеры 1 нагрева теплоносителя и камеры 7 дожигания топлива установлены экраны 15 из труб отбора тепла.

Устройство работает следующим образом. В камеру 2 первичного сгорания топлива через форсунки 3 и 4 подается топливо, а через дутьевые сопла 5 и 6 вводится воздух. На вертикальных стенках камеры 2 первичного сгорания топлива, в ее верхней части, на противоположных стенках камеры напротив друг друга установлены четыре топливные форсунки 3 и 4, соответственно по две форсунки на противоположных стенках камеры 2, и четыре дутьевых сопла 5 и 6, соответственно по два сопла на противоположных стенках камеры 2, при этом центральные оси симметрии форсунок наклонены вверх на угол от 0 до 15 градусов относительно горизонтальной плоскости сечения камеры и составляют угол (10-40) градусов с вертикальными стенками камеры в проекции на горизонтальную плоскость. После разогрева стенок камеры первичного сгорания до (500-600)°С к высокореакционному топливу в малой пропорции добавляется водоугольное топливо. По мере повышения температуры внутри камеры сгорания, доля водоугольного топлива увеличивается, с выходом на режим работы котла только на водоугольном топливе. Далее разогретые продукты сгорания поступают во камеру 8 вторичного сгорания топлива. Камера 8 вторичного сгорания топлива своей верхней частью установлена внутри камеры 7 дожигания топлива в ее нижней части, что упрощает конструкцию котла, а также позволяет расширить диапазон успешной работы котла при пониженных значениях его мощности. На вертикальных стенках камеры 8 вторичного сгорания топлива, по аналогии с камерой 2, установлены попарно напротив друг друга топливные форсунки 9 и 10 и дутьевые сопла 11 и 12, через которые, соответственно, подается топливо или воздух. Через форсунки в камеру вторичного сгорания топлива подают дополнительную порцию ВУТ, а через дутьевые сопла - соответствующее количество воздуха. Расположение форсунок и сопел способствует закручиванию топливовоздушной смеси, что позволяет смеси быстро перемешиваться, прогреваться и воспламеняться. На рабочих режимах работы котла в камерах первичного и вторичного сгорания топлива поддерживается температура выше температуры плавления золы. Образующийся расплавленный шлак стекает к горловине золоуловителя 13, а горячие топочные газы поступают в камеру 7 дожигания топлива и далее в камеру 1 нагрева теплоносителя. В стенках камеры 7 установлены горелки 14, через которые подается воздух для полного окисления продуктов сгорания топлива. В случае необходимости, через горелки 14 может подаваться высоко реактивное топливо.

В силу малого времени пребывания топлива внутри камеры первичного сгорания существенно повышается температура внутри камеры, однако при этом увеличивается недожог топлива. Наличие камеры вторичного сгорания топлива позволяет поддерживать высокую температуру и увеличить время пребывания топлива в зоне высокой температуры, что приводит к минимизации недожога и дает возможность управлять производительностью котла.

Использование предлагаемого котла для сжигания суспензионных топлив обеспечивает, по сравнению с существующими устройствами, повышение качества сгорания топлива за счет вихревого движения топлива в камерах сгорания; размещение камеры вторичного сгорания топлива внутри камеры дожигания топлива упрощает конструкцию котла, что позволяет расширить диапазон эффективной работы котла при пониженных значениях его мощности. Данные изменения могут быть внесены в конструкции котлов большой и средней мощности, используемых при сжигании суспензионных топлив, в том числе водоугольных топлив.

Техническое решение относится к устройствам для сжигания суспензионных топлив, в том числе водоугольного топлива (ВУТ), в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах. Котёл для сжигания суспензионных топлив содержит камеру нагрева теплоносителя прямоугольного поперечного сечения, камеру первичного сгорания топлива и камеру вторичного сгорания топлива в виде цилиндра или многогранной призмы с количеством сторон более трех, соединенных каналом и оснащенных форсунками и дутьевыми соплами, камеру дожигания продуктов сгорания топлива, шлако- и золоуловитель. Камера вторичного сгорания топлива расположена внутри нижней части камеры дожигания топлива, которая переходит в камеру нагрева теплоносителя, при этом в камерах первичного и вторичного сгорания топлива форсунки и дутьевые сопла установлены, соответственно, на противоположных стенках камер напротив друг друга на одном уровне и таким образом, что центральные оси симметрии форсунок наклонены вверх на угол от 0 до 15 градусов относительно горизонтальной плоскости сечения камеры и составляют угол 10-40 градусов с вертикальными стенками камеры в проекции на горизонтальную плоскость. Расстояние между рядом расположенными форсунками составляет от 1,1 до 1,5 диаметров факела распыла топлива. Дутьевые сопла направлены по касательной к стенке камеры сгорания топлива. Технический результат - повышение качества сгорания топлива. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Котёл для сжигания суспензионных топлив, содержащий камеру нагрева теплоносителя прямоугольного поперечного сечения, камеру первичного сгорания топлива и камеру вторичного сгорания топлива в виде цилиндра или многогранной призмы с количеством сторон более трех, соединенных каналом и оснащенных форсунками и дутьевыми соплами, камеру дожигания продуктов сгорания топлива, шлако- и золоуловитель, отличающийся тем, что камера вторичного сгорания топлива расположена внутри нижней части камеры дожигания топлива, которая переходит в камеру нагрева теплоносителя, при этом в камерах первичного и вторичного сгорания топлива форсунки и дутьевые сопла установлены, соответственно, на противоположных стенках камер напротив друг друга на одном уровне и таким образом, что центральные оси симметрии форсунок наклонены вверх на угол от 0 до 15 градусов относительно горизонтальной плоскости сечения камеры и составляют угол 10-40 градусов с вертикальными стенками камеры в проекции на горизонтальную плоскость.

2. Котёл для сжигания суспензионных топлив по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между рядом расположенными форсунками составляет от 1,1 до 1,5 диаметров факела распыла топлива.

3. Котёл для сжигания суспензионных топлив по п. 1, отличающийся тем, что дутьевые сопла направлены по касательной к стенке камеры сгорания топлива.

4. Котёл для сжигания суспензионных топлив по п. 1, отличающийся тем, что в стенках камеры дожигания топлива установлены горелки.