Вертикальная призматическая топка Советский патент 1992 года по МПК F23C5/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах ТЭЦ, сжигающих газообразное и жидкое топливо,

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая камеру сгорания, горелки с каналами для ввода воздуха с встроенными в них форсунками для ввода мазута ft газовыми соплами для ввода газовых струй, причем Горелки ориентированы тангенциально к условной окружности в центре камеры сгорания. , Недостатком этой топки является высокий уровень окислов азота в отводимых продуктах сгорания.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является вертикальная призматическая-топка, содержащая камеру сгорания, в углах которой установлены воздушные сопла прямоугольного сечения, а на стенах перпендикулярно плоскости соответствующей стены размещены газовые сопла и мазутные форсунки, причем форсунки, газовые и воздушные сопла направлены тангенциально к условной окружности в центре топки.

Недостатком известного топочного устройства является высокий уровень концентрации окислов азота, а также окиси углерода (последнее снижает экономичность процесса горения, обуславливая низкую степень выгорания при высокой степени химического недожога топлива) при одновременном сжигании мазута и газа.

Цель изобретения - снижение окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальная призматическая топка, содержащая камеру сгорания, в углах которой установлены воздушные сопла прямоугольного сечения, а на стенах перпендикулярно плоскости соответствующей стены размещены газовые сопла и ма- зутные форсунки, причем форсунки, газовые и воздушные сопла направлены тангенциальнр к условной окружности в центре топки, при выполнении топки прямоугольного поперечного сечения с соотношением сторон 1,0:{1,1-1,6), мазутные форсунки размещены на стенах с меньшей длиной, а газовые сопла - на стенках с большей длиной, при этом оси мазутных форсунок смещены вверх относительно нижнего среза воздушных сопл на (0,1-0,4)Н, а газовые сопла - на (0,5-0,8)Н, где Н - высота воздушных сопл, и оптимальной установкой мазутных форсунок ниже отметки ввода газовых струй вдоль стен с большим размером достигается увеличение времени

пребывания мазутных капель в горячей топочной среде, более полное выделение летучих, более активное воспламенение углерода и его выгорание при полном окислении (до вида СОг). Одновременно отделение потоков природного газа от потоков мазутных капель исключает взаимное влияние балластирования продуктами сгорания, ухудшающее (затягивающее) процессы

воспламенения и горения. Диапазоны Ат/Вт-1,1-1,6; Hi/H-0,1-0,4; ,5-0,8, являются оптимальными с точки зрения получения сверхэкологического эффекта, выражающегося в снижении концентрации

окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания. Это вытекает из результатов испытаний.

Так, при Ат/Вт 1,5; ,2; ,6 относительный уровень окислов азота

NOx NOx/NOxo «OJ, а относительный уровень окиси углерода СОСО/СОо « 0, где NOx и СО - текущие значения соответствующих концентраций, мг/м3; NOx и С00 - исходный уровень, характерный для сжигания топлива в известном устройстве; для условий топочной камеры, исследованной с коэффициентом избытка воздуха в топке а 1,07, соотношение приведенных в условной теплоте сгорания (QHP S7000 ккал/кг)

расходов газа и мазута 1:1 (см. акт испытаний), уровень мг/м3; С00 «290 мг/м3. При незначительных отклонениях от указанных выше значений АТ/ВТ; Hi/H; Н2/Н в большую или меньшую стороны параметры NOX и СО сохраняют свои значения. С достижением Ат/Вт 1,1; Ат/Вт 1,6; ,1; .4; ,5; ,8 значение контролируемых параметров ,73; CO 0,1, т.е. незначительно увеличиваются. Если даже незначительно Ат/Вт 1,1; Ат/Вт 1.б; ,1; ,4; .5; ,8, параметры ,0; ,0, т.е. резко скачкообразно теряется сверхэкологический эффект. Отсюда оптимальные диапазоны, как и место установки форсунок и сопл, являются существенными с точки зрения достижения цели изобретения - снижения концентрации окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания.

Необходимость установки газовых сопл и мазутных форсунок на соответствующих стенах под прямым углом обусловлена тем, что при такой установке устройств ввода топлива в камеру сго рания резко

снижается вероятность прямого набро- са топливного реагента на экранные поверхности стен; это снижает во много раз скорость протекания процесса их высокотемпературной коррозии.

На фиг. 1 показана схематически топка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-5 - виды воздушных сопл.

Вертикальная призматическая топка содержит камеру 1 сгорания со стенами 2 меньшего размера в плане (Вт) и стенами 3 большего размера (Ат), воздушные сопла 4, установленные в углах камеры 1, с осями 5, ориентированными тангенциально к услов- ной окружности б в центре топки (диаметром Dy), газовые сопла 7 с осями 8, ориентированными к той же окружности 6, и мазутные форсунки 9 с осями 10, ориентированными также к окружности 6. Сопла могут быть выполнены в виде вертикальных плоских щелей (фиг.З), многоканальных круглых 11 (фиг.4) или прямоугольных 12 (фиг.5) насадков; 13 - экранные трубы. Для обеспечения надежной работы топочных эк- рзнов определены шаги Нн(105-1,25)Он для круглых насадок и ,05-1,25 Вн для прямоугольных насадков, где DH - диаметр насадок, м; Вн - высота насадка, м. При выдерживании соотношений НН/ОИ и Нн/Вн исключается прямой контакт топливных реагентов с экранами, что резко снижает скорость высокотемпературной коррозии и повышает надежность топки в целом. Выходное окно 14 топки подключается к кон- вективным поверхностям нагрева котла: дымовые газы, проходя по этим поверхностям, отдают им свое тепло и сбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. На фиг,1 и 2: В - воздух, Г - газ, М - мазут.

Вертикальная призматическая топка работает следующим образом.

Воздух через сопла 4, газ через сопла 7 и мазут через форсунки 9 вводятся под напором в камеру сгорания, где вступают в химическое взаимодействие с выделением тепла. Тепло сгоревшего (окисленного) топлива передается экраном в топке и конвективным поверхностям нагрева котла (на фиг.1 и 2 не показаны). Охлажденные в кот- ле продукты сгорания удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Нагретая в экранных трубах 13 и конвективных пучках вода (или пар) поступает в систему теплоснабжения или в турбину для выработки электроэнергии. Установкой в углах вертикальных плоских воздушных сопл (фиг.З) и за ними (если смотреть на факел в направлении движения в горизонтальной плоскости) мазутных форсунок и газовых сопл достигаются благоприятные условия работы труб экранов (13) с исключением прямого наброса на них топливного реагента. Этому же способствует установка газовых сопл 7 и мазутных форсунок 9 под прямыми углами к плоскости стен (а 90°; у 90°; на фиг. 1 и 2). Разъединенный ввод топлива и воздуха в камеру сгорания при условии выдерживания конструктивных соотношений Ат/Вт 1.1-1,6; .1-0.4; ,5-0,8 обеспечивает минимальный уровень окислов азота и окиси углерода в отводимых продуктах сгорания.

Формула изобретения Вертикальная призматическая топка, содержащая камеру сгорания, в углах которой установлены воздушные сопла прямоугольного сечения, а на стенах перпендикулярно плоскости соответствующей стены размещены газовые сопла и мазутные форсунки, причем форсунки, газовые и воздушные сопла направлены тангенциально к условной окружности в центре топки, отличающаяся тем, что, с целью снижения окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания, при выполнении топки прямоугольного поперечного сечения с соотношением сторон 1,0:(1,1-t,6) мазутные форсунки размещены на стенах с меньшей длиной, а газовые сопла - на стенах с большей длиной, при этом оси мазутных форсунок смещены вверх относительно нижнего среза воздушных сопя на (0,1-0,4)Н, а газовые сопла смещены вверх относительно нижнего среза воздушных сопл на (0,5-0,8)Н, где Н - высота воздушных сопл.

Фиг

Использование: в энергетике, в котлах для сжигания жидкого и газообразного топлива, для снижения окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания. Сущность: вертикальная призматическая топка содер/I 2 жит камеру 1 сгорания, в углах которой установлены воздушные сопла 4 прямоугольного сечения, а на стенах камеры размещены газовые сопла 7 и мазутные форсунки 9, причем все они направлены тайгенциально к условной окружности 6 в ° центре камеры 1 сгорания. Камера 1 сгорания имеет прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон 1,0:(1,1-1,6). Мазутные форсунки 9 расположены на стенах с меньшей длиной, газовые сопла 7 - на стенах с большей длиной. Оси газовых сопл 7 смещены вверх относительно нижнего среза воздушных сопл 4 на (0,5-0,8)Н, где Н - высота воздушных сопл. Оси мазутных форсунок смещены вверх относительно нижнего среза воздушных сопл 4 на

хА

А

ь/

п/

ы

1/

Фиг 5