Топка Советский патент 1991 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях.

Известны топки, содержащие вертикальную призматическую камеру сгорания, на двух больших стенках которой, по крайней мере в одном ярусе, установлены расположенные одна против другой и соосно направленные горелки.

Недостатками таких топок являются позднее зажигание топлива и неустойчивое положение ядра факела, а также значительное образование окислов азота.

Частично эти недостатки устранены в топке-прототипе, содержащей вертикальную прямоугольную камеру сгорания с горелками, размещенными на одной из больших ее стенок в два яруса одна над другой, наклонно вниз и тангенциально к условным вертикальным телам вращения, и воздушными соплами, установленными в двух ярусах на противоположной большой стенке камеры против горелок и тангенциально направленными к тем же телам вращения аналогично горелкам.

За счет взаимодействия тангенциально направленных струй и воздуха положение ядра факела стало более стабильным. Благодаря движению догорающих потоком топочных газов в верхнюю часть топочного обьема через межструйные пространства обеспечен интенсивный тепломассообмен между топочными Тазами и свежими струями, что особенно важно для эффективного прогрева и раннего зажигания топливных струй. Уменьшение избытка воздуха в корне топливных струй до а 0,85 (ступенчатое сжигание) привело к снижению образования окислов азота в топке.

Недостатком топки-прототипа является невысокая ее экономичность, что выражается в повышенном критическом избытке воздуха на выходе из топки и, как следствие. недостаточно глубоком подавлении образования окислов азота. Эти недостатки связаны с несовершенством перемешивания

сл

С

м о

го

8

,N3

вторичного воздуха с догорающим топливом и с неравномерностью загрузки соседних межструйных пространств выходящими вверх продуктами горения.

Целью изобретения является повышение экономичности и снижение содержания окислов азота в продуктах сгорания.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемая топка, как и прототип, содержит вертикальную прямоугольную камеру сгорания с горелками, размещенными на одной из больших ее стенок в два яруса одна над другой, наклонно вниз и тангенциально к условным вертикальным телам вращения, и воздушными соплами, установленными против горелок верхнего яруса аналогично последним.

В отличие от топки-прототипа камера сгорания снабжена дополнительными горелками, размещенными под воздушными соплами против горелок нижнего яруса и аналогино последним, горелки и воздушные сопла в своих ярусах установлены с одинаковым углом наклона горизонтальной IJDO- екции их осей к большим стенкам, на которых они расположены, причем угол наклона горизонтальной проекции осей горелок нижнего яруса меньше аналогичного угла наклона горелок и сопл верхнее о яруса.

Для достижения наибольшего эффекта горелки нижнего яруса установлены с углом наклона горизонтальной проекции их осей к большим стенкам, на которых они расположены, равным. 90 - arctg , a i орелки верхнего яруса и воздушные сопла установлены наклонно вниз с углом равным (arctg2L/B)- larcg(tg о + 21/в)°, где В - расстояние между большими стенками камеры сгорания; S - расстояние между горелками и соплами в ярусах; L - расстояние между ярусами горелок; а- угол наклона вниз горелок нижнего яруса по отношению к горизонтальной плоскости.

Благодаря указанным отличительным признакам аэродинамика факела в предлагаемой топке оптимизируется по сравнению с топкой-прототипом, что приводит к указанному эффекту,

На фиг. 1 изображена топка, продольный разрез; :ia фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Топка содержит вертикальную прямоугольную камеру 1 сгорания с горелками 2 нижнего яруса и горелками 3 верхнего яруса, размещенными на большой стенке 4 камеры 1 сгорания одна над другой, наклонно вниз и тангенциально к условным вертикальным телам вращения, и воздушными соплами 5, устаноа-прнными против горелок

3верхнего яруса, аналогично последним, на стенке 6 камеры 1 сгорания. На этой же стенке 6 под воздушными соплами 5 установлены дополнительные горелки 7 против

горелок 2 нижнего яруса стенки 4. (орелки 2 и 7 нижнего яруса установлены с одинаковым углом у наклона горизонтальных проекций их осей к большим стенкам соответственно 4 и 6, на которых они расположены. Горелки 3 и воздушные сопла 5 верхнего яруса установлены с одинаковым углом уЗ наклона горизонтальных проекций их осей к тем же стенкам 4 и б. Угол наклона у горизонтальных проекций

осей горелок 2 и горелок 7 нижнего яруса соответственно к стенке 4 и стенке б камеры 1 сгорания выбран меньшим, чем угол наклона / горизонтальных проекций осей горелок 3 верхнего яруса и воздушных сопл 5

соответственно к стенке 4 и стенде 6 камеры 1 сгорания. Как это видно из фиг. 3, угол наклона у составляет (90-arctgs/2B)°. где В - расстояние между большими стенками

4и С камеры 1 сгорания; S - расстояние между горелками 2, 3, 7 и воздушными со

плами 5 в пределах яруса. Угол о наклона вниз осей горелок 3 веохнего яруса и воздушных сопл 5 относительно горизонтальной плоскости, как видно из фиг. 1, больше

arctg2l /B и меньше (tg a + 2L/B), где L - расстояние между горелками 2 нижнего яруса и горелками 3 верхнего яруса, а а - угол наклона осей горелок 2 нижнего яруса к горизонтальной плоскости. Например, для

топки, имеющей глубину (пг осям труЬ) В - 5440 мм, горизонтальный шаг S размещения горелок и воздушных сопл в пределах 2100-2200 мм, расстояние между ярусами горелок L -j 2500 мм и угол наклона горелок

нижнего яруса а 15°, углы у,/3 по целесообразна выбирать равными 79, ОЬ и 45° соответственно,

Топка работает следующим образом. Топливно-воздушная смесь подается в

камеру 1 сгорания через горелки 2, 3 и 7 и загорается с избытком воздуха в корне струйных факелов а 0.85 от стзхиомет- рического количества. Недостающий до полного выгорания топлива воздух подается в камеру 1 сгорания через воздушные сопла 5. В топочном объеме камеры 1 сгорания этот воздух перемешивается с недогоревшим в струйных факелах топливом, в результате чего происходит его дожигание

в центральной зоне объема камеры 1 сгорания и в межструйных пространствах.

Особенность механизма перемешивания реагентов и дожигания топлива в предлагаемой топке заключается в следующем.

Благодаря предложенному размещению горелок 7 нижнего яруса на стенке 6 под воздушными соплами 5 напротив горелок 2 стенки 4, а также меньшему углу у наклона горизонтальных проекций осей юрелок 2 и 7 нижнего яруса к стенкам 4 и 6 по сравнению с аналогичным углом /3 наклона горелок 3 и воздушных сопл 5 верхнего яруса в топке обеспечивается дзаик.одей.лвие систем вихрей с избытком и недостатком кислорода. В верхних вихрях, генерируемых тангенциально направленными струями горелок 3 и воздушных сопл 5. продукты горения содержат избыток кислорода и имеют из-за большей плотности тока более высокую вертикальную составляющую скорости по сравнению с вихрями нижней системы, генерируемыми тангенциачьио направленными струями горелок 2 и 7, имеющими недостаток кислорода. Благодаря указанному взаимодействию избыточный кислород равномерно подмешивается к топливовоздушным струям, выносящим его в межструйные пространства к стенкам 4 и 6. На этом пути перемешивания происходит догорание топлива, которое заканчивается в восходящем в межструйных пространствах потоке продуктов горения в результате турбулизации их свежими струями горелок 2, 3, 7 и воздушных сопл 5.

Угол у наклона горизонтальных проекций осей горелок 2 и 7 нижнего яруса к стенкам 4 и 6 равен (90 - arctg S/2B)°. что позволяет усилить эффект равномерного распределения реагентов по фронту камеры 1 сгорания благодаря одинаковым расстояниям между осями любых двух еегедних струй в плоскости ее симметрии.

Угол 6 наклона вниз осей горелок 3 и воздушных сопл 5, установленных в верхнем ярусе, выбран в зависимости от расстояния L между ярусами и угла о наклона аниэ осей горелок 2 и 7 нижнего яруса в пределах (arctg2L/B)°- arctg(tg о 2L/B )°. Это усиливает эффект взаимодействия указанных систем вихрей благодаря тому, что, во-первых, верхние вихри успевают до момента указанного взаимодействия с нижними вихрями сформироваться, а во-вторых, те и другие образуются на достаточно близ ком расстоянии один от другого.

Как показали испытания, предложенная конструкция топки позволяет по сравнению с прототипом более чем на 0,3% повысить экономичность с одновременным смижеии ем выброса окислов азота (примерно на Ш- 15%).

Формула изобретения

1.Топка, содержащая вертикальную прямоугольную камеру сгорания с гор-элками, размещенными на одной из больших ее стенок в два яруса друг над другом наклонно вниз и тангенциально к условным вертикальным телам вращения, и воздушными со

плами, установленными против горелок верхнего яруса аналогично последним о т ичающаяся тем, что, с цепью псвышент экономичности и снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, кзмерз

сгорания снабжена дополнительными го релками, размещенными под воздушными соплами против горелок нижнего яруса и аналогично последним, горелки в своих чру сах и воздушные сопла установлены с одпнаковым углом наклона горизонтальной проекции их осей к большим стенкам, на которых они расположены, причем угол поклона горизонтальной проекции осей горелок нижнего яруса меньше аналогичного уг лэ

наклона горелок и сопл верхнего яруса.

2.Топка по п. 1,отличающаяся тем, что горелки нижнего яруса установлены с углом наклона горизонтальной проекции их осей к бодьшим стенкам, на которых они

расположены, равным 90 - arctg , з горелки верхнего яруса и воздушные соппа установлены наклонно вниз с углом, равным arctg 2L/e...arctg(tg a + 2L/e). где В - расстояние между большими стенкл- ми камеры сгорания;

S - расстояние между горелками или соплами в ярусах;

L - расстояние между ярусами горелок; а -угол наклона вниз орелок нижнего яруса.

Jf

I

t

s

Jfi

&

r

±8070

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, может быть использовано на тепловых электростанциях к по зволяет повысить экономичность и снизить содержание окислов азота в продуктах сгорания. Это достигается тем, чтс камеры сгорания снабжены дополнительными горелками, размещенными под воэлушны- ми соплами против горелок нижнего яруса и аналогично последним, горелки и воздушные сопла в своих ярусах установлены с одинаковым углом наклона горизонтальной проекции их осей к большим стенкам, на которых они расположены, причем уоп наклона горизонтальной проекции осей горелок нижнего яруса меньше аналогичного угла наклона горелок и сопл верхнего яруса. 1 з п. ф-лы, 3 ил.

4§3

Фиг. 1

AzA

&

г

фиг.З