Топка Советский патент 1992 года по МПК F23C5/24 

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть исполь-. зовано на котлах тепловых электростанций и отопительных котельных.

Известны топки, содержащие вертикальные стенки с установленными напротив друг друга и наклоненными вниз горелками, а также стенки нижнего ограждения.

Недостатком таких топок при сжигании твердого топлива является неустойчивое воспламенение пыли, поскольку ее быстрому прогреву препятствует подача всего воздуха в корень факела. При сжигании газа и особенно мазута в таких топках снижается надежность работы нижнего ограждения (преимущественно в ее центральной зоне). Общим недостатком таких топок при сжигании всех указанных видов топлива является высокий уровень образования в топке оксидов азота вследствие стехиометрического сжигания с подачей всего потребного воздуха через горелки, т. е. в корень факела.

Частично эти недостатки устранены в топке, которая содержит установленные на противоположных вертикальных стенках наклоненные горелки, расположенные попарно в вертикальных плоскостях, и щелевые сопла вторичного воздуха, располо- женные на наклонном поде, в его центральной части. В результате использования принципа ступенчатого сжигания в топке значительно снижается образование оксидов азота и повышается надежность зажигания топлива.

Недостатком топки при сжигании газа и особенно мазута является ненадежная работа выступающих в топочный объем стенок воздушных сопл, находящихся в наиболее теплонапряженной части топки. В пылеу- гольных топках использование воздушных сопл с центральным и нижним расположением затруднено ввиду возможности забивания их курками шлака. При ремонтных работах и обмывках поверхностей нагрева топки в сопла и подводящие воздуховоды попадают обрезки металла, строительный мусор, вода, куски шлака, зола и т. п. Это создает неудобство в эксплуатации топки и снижает ее надежность в части стабильно- сти обеспечения оптимального ступенчатого режима сжигания. Например, если в большей степени забьется шлаком левая половина сопл, то в правую часть топки будет поступать больше воздуха. В результате произойдет увеличение локального образования оксидов азота в топке и снизится экономичность сжигания.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и сниже- ния локального образования оксидов азота в объеме топки.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемая топка содержит установленные на противоположных вертикальных сте- нах наклоненные горелки, расположенные попарно в вертикальных плоскостях, и щелевые сопла вторичного воздуха, расположенные на наклонном поде. В отличие от прототипа выходные участки сопл вторич- ного воздуха расположены вертикально вдоль стен, на которых размещены наклонные горелки, причем большая ось симметрии выходного отверстия каждого сопла расположена в вертикальной плоскости, проходящей через оси соответствующих горелок, а его поперечный размер выполнен по меньшей мере не увеличивающимся с удалением от прилегающей стены с горелками.

Благодаря указанным признакам работа сопл вторичного воздуха становится более надежной ввиду их расположения на периферии топки, где они испытывают меньшую тепловую нагрузку. Более аысо- кое расположение сопл по сравнению с прототипом обеспечивает менее интенсивное засорение их шлаком, строительным мусором и продуктами обмывок, что способствует стабильности ведения оптимального режима ступенчатого сжигания. Выполнение поперечного размера выходного отверстия щелевых сопл по крайней мере не увеличивающимся с удалением от прилегающих стен с горелками, способствует

уменьшению аэродинамического сопротивления потоку ре циркулирующих под свежими горелочными струями продуктов горения, т. е. увеличению доли внутренней рециркуляции газов в корень факела. Все это, в свою очередь, способствует исключению повышенного локального образования оксидов азота в топке и более экономичной ее работе.

На фиг. 1 изображена схема топки, продольный разрез; на фиг. 2, 3 - горизонтальные разрезы А-А на фиг. 1 выше горелок с вариантами выполнения сопл вторичного воздуха.

Топка содержит установленные на противоположных вертикальных стенах 1 наклонные вниз горелки 2, расположенные попарно в вертикальных плоскостях, и расположенные на наклонном поде 3 щелевые сопла 4 вторичного воздуха (входные участки сопл 4 расположены вертикально вдоль стен 1, на которых размещены наклонные горелки. Большая ось симметрии выходного отверстия каждого сопла 4 расположена в вертикальной плоскости, проходящей через оси соответствующих горелок 2.

Поперечный размер выходного отверстия каждого сопла 4 с удалением от прилегающей стены 1 с горелками 2 уменьшается, когда выходное отверстие выполнено в виде равнобедренного треугольника (фиг. 2) и остается неизменным, когда оно выполнено прямоугольным (фиг. 3). Размер I выходного отверстия сопла 4 по большой оси симметрии не превышает 1/3 расстояния В между вертикальными стенками 1 с горелками 2. Воздух в сопла 4 подводится с помощью воздуховодов 5, снабженных шиберами 6 из напорных коробов 7 дутьевых вентиляторов при закрытых шиберах 8. Кроме того, в сопла 4 может быть подведен атмосферный воздух за счет самотяги в топке с помощью воздуховодов 9, снабженных шиберами 8 и воздухозаборными окнами 10 при закрытых шиберах 6.

Топка работает следующим образом.

Топливовоздушная смесь подается в топочный объем через горелки 2 и загорается в нем с избытком воздуха в корне струйных факелов а. 0,85 от стехиомет- рического количества, что способствует подавлению образования оксидов азота в высокотемпературной центральной зоне топочного объема. Недостающий до полного выгорания топлива воздух поступает в топочный объем через сопла 4 вторичного воздуха. Струйные факелы с недогоревшим топливом опускаются, в центральной зоне топки и затем вдоль стен наклонного пода 3 следует .к вертикальным стенкам 1, Здесь

они встречаются со струями, направленными вертикально вверх вдоль вертикальных стен 1 из сопл 4 вторичного воздуха. Струи вторичного воздуха имеют в выходном сечении сопл 4 удлиненную вдоль вертикальных плоскостей, проходящих через оси парных горелок 2, конфигурацию, благодаря чему относительно свежий догорающий факел охватывает с боков эти струи с наименьшими потерями кинетической энергии, особен- но при исполнении выходного отверстия сопла 4 в виде удлиненного равнобедренного треугольника (фиг. 2), и движется с ней затем вверх. При этом осуществляется процесс перемешивания вторичного воз- духа с недогоревшим топливом и дожигание последнего (вторая ступень горения). Этот процесс дожигания топлива происходит в пристенной зоне, на энергетических и водогрейных котлах вблизи тепловосп- ринимающих экранных труб, т. е. при относительно низком температурном уровне газов, что также способствует подавлению образования оксидов азота. Догорающий факел вместе с недоиспользованным вто- ричным воздухом турбулизируется свежими струями, выходящими из горелок 2. В результате их взаимодействия происходит перемешение и дожигание топлива, а также значительная принудительная внутрен- няя рециркуляция догорающих топочных газов в корень движущегося с наклоном вниз факела, который возвращает их снова в нижнюю часть топки. Поэтому выходящие в верхнюю часть топки через межструйные пространства горелок 2 топочные газы оказываются в высокой степени догоревшими, что особенно важно в условиях относительно невысоких топок, например на водогрейных котлах,

Для исключения значительной деформации свежих топливовоздушных струй набегающими на них снизу струями вторичного воздуха выходные сечения сопл 4 целесообразно выполнять такими, чтобы при доле вторичного воздуха 20-30% его начальная скорость была по крайней мере в 1,5-2 раза меньше, чем начальная скорость топливовоздушных струй. Однако при этом должны соблюдаться указанные условия. Во-первых, это принцип удлиненности выходных отверстий сопл 4 вдоль вертикальных плоскостей, проходящих через оси парных горелок 2. Во-вторых, это принцип создания наименьшего аэродинамическо- го сопротивления движению догорающего факела струями вторичного воздуха. Соблюдение этих принципов увеличивает периметр перемешивания вторичного воздуха с потоком догорающих газов и в то

же время обеспечивает в наибольшей степени скользящий контакт между ними и тепло- воспринимающими экранными трубами в межструйных пространствах. Оба указанных условия органично соблюдаются при выполнении выходного сечения сопла 4 в виде удлиненного прямоугольника (фиг. 3). В-третьих, желательно обеспечить условие ввода превалирующей доли вторичного воздуха вблизи вертикальных стен 1 и исключить попадание больших его количеств в наиболее высокотемпературную центральную часть топки, что оптимизирует процесс подавления образования оксидов азота. Этому, а также вторичному условиям отвечает выполнение выходного отверстия сопла 4 в виде удлиненного равнобедренного треугольника, основание которого примыкает к вертикальной стенке 1 с горелками 2 (фиг. 2).Во всех случаях выполнения выходного отверстия сопла 4 его размер I по большой оси симметрии целесообразно принимать не больше 1/3 расстояния В между вертикальными стенками 1 с горелками 2 (см. фиг. 1 - 3), что также отвечает третьему указанному условию.

Для экономии электроэнергии на дутье на водогрейных котлах, работающих без подогрева воздуха, целесообразно сопла 4 вторичного воздуха снабжать автономно как воздухом от напорных коробов 7 дутьевых вентиляторов, так и атмосферным воздухом с помощью воздуховодов 9 и воздухозаборных окон 10 - в последнем случае за счет использования самотяги топки (см. фиг. 1). Например, на сниженной нагрузке котла, когда расход вторичного воздуха и сопротивление его тракта относительно небольшие, можно открыть шиберы 8, закрыть шиберы 6 и подать воздух к соплам 4 из атмосферы. На повышенных нагрузках котла, когда сопротивление тракта вторичного воздуха возрастает, можно, открыв шиберы 6 и закрыв шиберы 8, подключить сопла 4 к напорным коробам 7 дутьевых вентиляторов.

Формула изобретения 1. Топка, содержащая установленные на противоположных вертикальных стенах наклонные горелки, расположенные попарно в вертикальных плоскостях, и щелевые сопла вторичного воздуха, расположенные на наклонном поде, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и снижения локального образования оксидов азота в объеме топки, выходные участки сопел вторичного воздуха расположены вертикально вдоль стен.

на которых размещены наклонные горелки,

оси соответствующих горелок, а его попепричем большая ось симметрии выходногоречный размер выполнен по меньшей мере

отверстия каждого сопла расположена вне увеличивающимся с удалением от прилевертикальной плоскости, проходящей черезгающей стены с горелками.

5

оси соответствующих горелок, а его попе

Изобретение относится к устройствам для сжигания Топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях и отопительных котельных. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и снижение локального образования оксидов азота з объеме топки. Топка содержит установленные на противоположных вертикальных стенах наклонные горелки и щелевые сопла вторичного воздуха, расположенные на наклонном поде, вертикально вдоль стен с горелками, причем большая ось симметрии выходного отверстия каждого сопла расположена в вертикальной плоскости установки горелок, а его поперечный размер выполнен по меньшей мере не увеличивающимся с удалением от прилегающей стены с горелками. 3 ил. (Л С

Фиг. 1