Топка водогрейного котла Советский патент 1992 года по МПК F23C5/08 

Изобретение относится к устройствам для сжигания газомазутного топлива и может быть использовано на водогрейных котлах.

Известны топки водогрейных котлов, содержащие на двух противоположных вертикальных стенках горизонтально направленные горелки, стены пода и настенные тепловоспринимающие трубы. Недостатками таких топок являются повышенное образование оксидов азота (до 0,3-0,35 г/м в топочном обьеме из-за высокого его теплонапряжения и ненадежная работа конвективных поверхностей нагрева вследствие недостаточной располагаемой длины для выгорания факела (особенно при сжигании мазута)./ ;

Частично эти недостатки устранены в топке водогрейного котла,содержащего установленные на двух противоположных вертикальных стенках наклоненные вниз горелки, стены пода, HacteHHbie тепловоспринимающие трубы, которые в центральной части пода своими расфестонйрованными участками подсоединены к двум коллекторам, расположенным по всей ширине топки параллельно вертикальным стенам t с горелками и установленном с зазором между собой, а также размещенную гтод коллекторами камеру, соединенную со стенами пода своими боковыми стенками и сообщающуюся с топочным объемом по всей ширине Топки. Благодаря наклону горелок вниз увеличивается располагаемая длина для выгорания факела, повышается охлаждающее влияние на факел тепловосприн|1мающих труб стен пода и нижней части вертикальных стен, что снижает температуру газов на выходе из топки, т.е. повышает надежность работы конвективных поверхностей нагрева. Кроме того, примерно на 10% уменьшается содержание оксидов азота в продуктах горения.

Недостатком ТОГ1КИ водогрейного котла является ненадежная работа коллекторов, камеры и обмуровки стенк в центральной части пода из-за высокого уровня теплоизлучения из ядра факела. Приходится принимать меры для затенения этих элементов, например за счет установки змеевикового экрана, включенного в гидравлическую схему котла, что снижает надежность ее работы. Остается: подверженной большому теплоизлучению обмуровка стен пода под расфестониробанными участками тепловоспринимающих труб. Кроме того, остается высоким для этого типа котлов содержание оксидов азота в продуктах горения.

Целью изобретения является повышение надежности работы топки и снижение образования оксидов азота в ее объеме. Поставленная цель достигается тем, что

в топке водогрейного котла, содержащей установленные на двух противоположных вертикальных стенах -наклоненные вниз горелки, cfeHbi пода, настенные тепловрспринимающие трубы, которые в центральной

0 части пода своими расфестонйрованными участками по,с|,соединены к двум коллекторам, расположенным по всей ширине топки параллельно стенкам с горелками и установленным с зазором между собой, а также

5 .размещенную под коллекторами камеру, соединенную со стенами пода своими боковыми стенками и сообщающуюся с топочным объемом по всей ширине топки, топка снабжена устройством ввода вторичного воздуха, которое выполнено в виде системы рассредоточенных по ширине топки отверстий в стенках камеры и подключенных к ним узлов подачи и регулирования расхода вторичного воздуха, причем расстояние

5 между боковыми стенками камеры в её верхней части выполнено равным расстоянию между .внешними границами расфестонированных участков тепловоспринимающих труб .,

0 Для достижения наибольшего эффекта центры отверстий размещены в вертикальных плоскостях, проходящих через оси горелок. Поступающий в камеру из отверстий вторичный воздух вводится затем в топку по

5 всей ее щирине через зазор между коллекторами, а также через каналы между расфестонйрованнымиучасткамитепловоспринимающих труб. В результате этого над наиболее теплонапряжеЛной центральной частью пода по всей ширине топки создается подушка вторичного воздуха. Движущегося вверх с относительно небольшой начальной скоростью (не более 0,2 от скорости первичного воздуха на выходе из

5 горелок вторичный вОздух охлаждает конструктивн 1е элементы центральной части пода, в связи с чем отпадает необходимость в выполнении змеевикового экрана. Кроме того, подушки вторичного воздуха является эжехтируемой средой для струйных факелов отдельных горелок, движущихся над подом, в результате чего происходит постепенное подмешивание вторичного воздуха к догорающему факелу и дожигание топлива. ; . ,

Этот процесс осуществляется в пристенной зоне, вблизи тёпловоспрйнимаю5 щих труб, т.е. при относительно низкой температуре. Это определяет высокую эффективность работы топки с учетом того, что в центральной части топки вторичный воздух не может проникнуть в высокотемпературную зону факела вследствие сплошного по ширине топки характера его ввода и малой начальной скорости. Этому способствует рассредоточенное по ширине топки выполнение системы отверстий ввода вторичного воздуха в стенках камеры, а Т1акже выполнение расстояния между боковыми стенками камеры в ее верхней части равным расстоянию между внешними границами расфестонированных участков тепловоспринимающих труб. Благодаря последнему вторичный воздух из камеры свободно подводится снизу к каналам между расфестонированными участками тепловоспри нимающих труб, что способствует охлаждению обмуровки под ними. Размещение центров отверстий на стенках камеры в вертикальных плоскостях, проходящих через оси горелок способствует осуществлению преимущественного ввода вторичного воздуха в топку под струйными факелами, движущимися над центральной частью подэ. Это позволяет увеличить долю вторичного воздуха без ухудшения экономичности сжигания, т.е. опти1у1изировать процесс подавления образования оксидов азота. образом, повышаетсянадежностьработыпредложенной топки водогрейного кОтла и снижается образование оксидов азота в ее объеме. На фиг. 1 изображена топка водогрейного котла, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1: Топка водогрейного котла содержит установленные на двух противоположных вертикальных стенах 1 наклоненные вниз горелки 2 и настенные тепловоспринимающие трубы 3. Последние своими расфестонированными участками 4 подсоединены к двум коллекторам 5, расположенным по всей ширине топки параллельно вертикальным стенам 1 с горелками 2. Под коллекторами 5 размещена камера б, соединенная со стенами пода 7 боковыми стенками 8, Камера б сообщается с топочным объемом по всей ширине топки через зазор между коллекторами 5 и через каналы между расфестонированными участками 4 настенных тепловоспринимающих труб 3. Топка снабжена устройством ввода вторичного воздуха, которое вы-полнено в виде системы рассредоточенных по ширине топки отверстий 9 в стенках камеры 6 (в данном случае в боковых ее стенках 8). К отверстиям 9 подключены узлы 10 подачи вторичного воздуха с регулирующими шиберами 11. В данном варианте топки вторичный воздух поступает в отверстия 9 через узлы 10 из атмосферы за счет самотяги в топке. Возможен вариант топки, в котором вторичный воздух поступает в отверстия 9 из напорных.коробок, расположенных за дутьевыми вентиляторами. Возможен также вариант топки с подачей вторичного воздуха как из атмосферы, так и из напорных коробов за дутьевыми вентиляторами за счет соответствующего переключения шиберов. Расстояние I между боковыми стенками 8 камеры 6 соответствует расстоянию между внешними границами расфестонированных участков 4 настенных тепловоспринимающих труб 3. В данном варианте топки центры отверстий 9 в боковых стенках 8 камеры 6 размещены в вертикальных плоскостях, проходящих через оси горелок 2. Топка водогрейного котла работает следующим образом. Топлйвовоздушная смесь подается в топочный объем с наклоном вниз через горелки 2 и загорается в нем с избытком воздуха в корне струйных факелов ctnepe 0,7-0,8 от стехиометрического количества. Это способствует подавлению образования оксидов азота в высокотемпературной центральной зоне топочного объема. Недостающий до полного выгорания топлива вторичный воздух поступает в топочный объем из камеры 6 через зазор между коллекторами 5 и каналы между ресфестонироваинымиучастками4тепловоспринимающих труб 3 по всей ширине топки. В камеру 6 вторичный воздух поступает из атмосферы за счет самотяги в топке через систему рассредоточенных по ширине топки отверстий 9 и через узлы подачи вторичного воздуха 10 при открытых регулирующих шиберах 11. Над центральной частью пода топки создается подушка вторичного воздуха движущегося вверх с относительно небольшой начальной скоростью (не более 0,2 о.т скорости первичного воздуха на выходе из горелок 2). Такая небольшая с.корость обеспечивается принятием соответствующей площади проходного сечения для ввода вторичного воздуха в топочный объем. Этому способствует то, что расстояние между боковыми стенками камеры 6 в ее верхней части принято равным расстоянию между внешнимИ границами расфестонированных участков 4 тепловоспринимающих труб 3, чем обеспечивается свободный проход вторичного воздуха в топку через каналы между расфестонированными участками 4 соседних тепловоспринимающих труб 3. Кроме

того, пространство над коллекторами 5 оставлено свободным для прохода вторичного воздуха, хотя малая скорость вторичнЬго воздуха обеспечивается даже при вводе его только через каналы между расфестонированными участками 4 труб 3.

Вторичный воздух охлаждает коллекторы.5, обмуровку под расфестонированными участками 4 тепловоспринимающих труб 3 и футерованные изнутри стенки камеры 6. Вторичный воздух из подушки эжектируется струйными факелами горелок 2, движущимися над центральной частью пода топки. В результате этого происходит саморегулирующийся процесс постепенного подмешивания вторичного воздуха к догорающему факелу и дожигание топлива. Если будет отключена любая горелка 2 с остановом индивидуального вентилятора, то вторичный воздух из подушки зжектируется струйными факелами оставшихся в работе горелок 2 даже без соответствующей регулировки расхода воздуха по ширине топки с помощью шиберов 11.

Процесс дожигания топлива идет в пристенной зоне, вблизи тепловоспринимающих труб 3 стен пода 7 вертикальных стен 1, где температура среды на 150-200° меньше температуры в центральной части топки (в ядре факела). Таким образом, вторая ступень горения располагается в зоне относительно низкой температурой, что, с учетом экспоненциальной зависимости скорости образования оксидов азота от температуры, обеспечивает эффективное подавление образования оксидов азота в этой зоне. Коэффициент избытка воздуха высокотемпературной зоны топки не превышает 0,85, т.е. образованию оксидов азота в этой зоне препятствует недостаток кислорода. Этому способствует характер ввода вторичного воздуха, который поступает в топку из-камеры 6с относительно низкой начальной скоростью, сплошным по ширине топки потоком. В результате над центральной частью пода топки образуется экранирующая под подушка вторичного воздуха без проникновения отдельных его струй в ядро факела.

Подниманэщиеся вдоль вертикальных стен 1 пото1 и догорающих топочных газов выходят через пространства между топливо-воздушными струями гopeлoк 2 в верхнюю часть топки. При этом, с одной стороны, происходит турбулизация хвостовых частей факела свежими струями горелок

2, способствуя дожиганию топлива. С другой стороны, обеспечивается значительная внутренняя рециркуляция инертных и частично охлажденных продуктов сгорания в

свежие струи, что уменьшает локальную концентрацию окислителя и температуру в факеле, а следователь о, приводит к дополнительному эффекту подавления образования оксидов азота.

Так как центры отверстий 9 в стенках камеры 6 размещены в вертикальных плоскостях, проходящих через оси горелок 2, возможное увеличение начальной скорости ввода вторичного воздуха в локальных зонах над отверстиями 9 не вызывает ухудшения экономичности сжигания даже при малой доле первичного воздуха ( «перв 0,7). Это обусловлено тем, что струйные факелы над центральной частью пода движутся с

максимальной скоростью и имеют максимум недогревшего топлива в вертикальных плоскостях.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить надежность работы топки и снизить образование оксидов азота при горении.

Формула изобретения Топка водогрейного котла, содержащая

вертикальную призматическую камеру сгорания со стенками и.подом, экранированными тепловоспринимающими трубами, и горелки с воздуховодами, установленными наклонно вниз на двух противоположных

стенках камеры сгорания, причем под камв- ры сгорания выполнен с окном, расположенным вдоль всей его длины и параллельно стенкам, снабженным горелками, и снабжен коробом, примыкающим снизу к окну, а тепловоспринимающие трубы пода в зоне окна разведены в фестон и подключены к дЬум горизонтальным коллекторам, установленным с зазором относительно друг друга параллельно стенкам камеры сгорания, снабженным горелками, отличающаяся тем, что. с целью повышения надежности и снижения оксидов азота, стенки короба пода, параллельные стенкам камеры сгорания, снабженных горелками, дополнительно снабжены соплами ввода вторичного воздуха, подключенными к дополнительным воздуховодам, снабженным шиберами. л Фиг.2

Изобретение относится к сжиганию топлива и позволяет повысить надежность и снизить образование окислов азота. Это до^ стигается тем. что вторичный воздух вводится через короб, подсоединенный к окну днища, при этом огранизуется эффективное двухступенчатое сжигание и охлаждается низ топки. 2 ил.<«/&/Ё45^ ГОNO1^ >&