Топочная камера Советский патент 1993 года по МПК F23C5/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проек- .тировании парогенераторов различного назначения.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности за счет увеличения времени пребывания горючего материала в топочном пространстве и рационального распределения теплового напряжения по высоте камеры.

Цель достигается тем, что экранные трубы выполнены прямыми с образованием поверхности нагрева в форме усеченного конуса, меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором, причем горелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор расположен на РЫХОДНОМ торце поверхности :-сгрева, снабженном S-образным газоотво- патрубком.

Целесообразно для повышения эксплуатационной надежности и эффективности работы топочной камеры снабдить ее радиационным пароперегревателем, разместив его в зоне большего основания поверхности нагревала его трубы размещены в зазоре между трубами поверхности нагрева так, чтобы перехватить лучистую энергию горящего топлива факела, защитив стенку топочной камеры от перегрева, и в то же время весьма полезно, как и столь же необходимо, использовать эту энергию для перегрева пара, т.е. для технологической операции, присущей всем котлоагрегатам с перегревом пара.

Применение в качестве нагревательной поверхности экранных труб в форме опрокинутого усеченного конуса и размещение, горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позволяют повысить эксплуатационную надежность и

00

W

о VJ

ел

эффективность работы за счет увеличения времени пребывания горючего материала в топочном пространстве и рационального распределения теплового напряжения по высоте топочной камеры. Указанный эффект достигается за счет того, что ядро факела горящего материала и топочные газы как бы задерживаются в топочной камере, т.к. естественная тяга, образуемая продуктами сгорания, направлена в противоположное по отношению к создаваемой дымососом тяги направление.

Выполнение экранных труб прямолинейной конфигурации без изгибов возможно благодаря тому, что верхний и нижний коллекторы выполнены в виде полых колец, а горелочное устройство размещено в плоскости верхнего коллектора.

Именно при кольцевой форме коллекторов и размещений топочного устройства в верхней части топки становится возможным выполнять экранные трубы без изгибов, взаимозаменяемыми, имеющими одинаковый и большой срок эксплуатации, т.е. достигнуть повышенной эксплуатационной надежности топочной камеры. При принятой схеме размещения нагревательных поверхностей будет и высокая эффективность работы топочной камеры, так как у всех экранных труб будет совершено одинаковое гидравлическое сопротивление и, значит, с учетом их принятого размещения одинаковое тепловое восприятие и, следовательно, температурные напряжения в металле стенок.

-Размещение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора (барабана котлоагрегата) позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы за счет увеличения времени пребывания горючего материала в топочном пространстве, так как лишь при этой схеме энергия топочных газов образует отрицательно направленную естественную тягу, образованную потоком продуктов сгорания топлива, по отношению к тяге, создаваемой дымососом; Именно эта разница давлений и тормозит поток и, значит, увеличивает время пребывания топлива в топочной камере по причине раз- ио направленности векторов естественной тяги и тяги, обусловленной работой вентилятора (дымососа),

Именно при такой схеме размещения горелочного устройства верхний кольцевой коллектор (барабан котлоагрегата) находится в наиболее благоприятном температурном пространстве, т.е. в зоне, где температура среды, окружающей кольцевой коллектор, близка к изотермической.

Выполнение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позволяет непосредственно в зоне этого коллектора (а иначе барабана) с обычно толстыми стенками по сравнению со стенками экранных труб сохранять и постоянно поддерживать приемлемые температуры (наиболее высокие температуры имеют место несколько ниже верхнего кольцевого кол0 лектора и горелочного устройства одновременно), гарантирующие отсутствие температурных напряжений, обусловлен ных, как известно, значительной разностью температуры в различных зонах коллектора

5 (барабана). Эта гарантия является основанием для высокой эксплуатационной надежности и эффективной работы топочной камеры в целом.

При принятой схеме движения продук0 тов сгорания в топочной камере сверху-вниз (традиционно снизу-вверх) происходит не только более качественное сгорание топлива, но и более рациональное распределение теплового напряжения по высоте камеры.

5 Напряжение более приемлемое для процессов парообразования в экранных трубах, имеющих до сих пор строго цилиндрическую форму.

Выполнение топочного пространства в

0 виде опрокинутого усеченного конуса и размещение горелочного устройства в плоскости верхнего конуса кольцевого коллектора позволяют поддерживать наиболее высокую температуру продуктов сгорания в зоне

5 ниже верхнего кольцевого коллектора, т.е. там, где и надлежит ей быть высокой. Далее . при продвижении продуктов сгорания вниз по топочной камере температура этих продуктов закономерно снижается, так как про0 исходит интенсивное поглощение теплоты стенками экранных труб, а теплоотдача от продуктов сгорания к стенкам труб благодаря принятой форме топки как бы остаётся постоянной, что позволяет интенсифицйро5 вать процесс теплоотдачи, т.е. рационально распределять эффективность работы топочного пространства и парогенераторов в целом.

Иными словами/применение в качестве

0 нагревательной поверхности экранных труб в форме образующих усеченного конуса, т.е. состоящей из прямых без каких-либо изги- бов трубТ способствует повышению эксплуатационной надежности и эффективности

55 работы за счет рационального распределения теплового напряжения .по длине (высоте) труб. В трубах прямолинейной формы температурные, а следовательно, и механические напряжения будут равномерными и

по сути одинаковыми по всей их длине (высоте), что совершенно недостижимо в трубах с традиционной схемой компоновки нагревательных поверхностей и их формой, где имеют место привычные изгибы, обусловленные размещением горелок, форсунок, фестонов, смотровых люков и т.д. В трубах с изгибами имеют место-значительные местные температурные напряжения в металле, определяющие в итоге его прочностные характеристики, и значит, низкую эксплуатационную надежность и эффективность работы котлоагрегата в целом.

Применение топочной камеры с нисходящим потоком продуктов сгорания упрощает конструкцию парогенератора в целом, что способствует повышению эксплуатационной надежности и эффективности работы. При такой компоновке можно создать большуютепловую нагрузку за счет развёртывания дополнительной контактной поверхности теплообмена при неизменной нагрузке на дымосос благодаря снижению аэродинамического сопротивления газового тракта.

Выполнение верхнего и нижнего коллекторов в виде полых колец позволяет придать экранным трубам простейшую форму, например прямолинейную или близкую к ней, т.е..без изгибов с малым радиусом в первую очередь в пределах топочной камеры. Таким образом, все экранные трубы в топочной камере будут не только одинаковой конфигурации, но и иметь одинаковую длину, т.е. каждая из этих труб воспринимает одинаковые и равномерные по высоте тепловые напряжения.

, Иными словами, в экранных трубах нет опасных для их механической целостности температурных напряжений. Память металла таких труб молчит, так как все трубы прошли совершенно одинаковые процессы протяжки лишь при их изготовлении.

На основании сказанного следует, что топочная камера имеет повышенную эксплуатационную надежность и эффективность работы.. При этом диаметры и толщины стенок полых колец у верхнего и нижнего коллекторов, различны:-у верхнего - большие, у нижнего - меньшие, причем под диаметром понимается диаметр вращающейся сферы.

Выполнение радиационного пароперегревателя в верхней расширенной части усеченного конуса нагревательной поверхности позволяет не только осуществлять функциональное назначение аппарата: перегревать пар до требуемой температуры, но главным образом защитить (закрыть как экраном) тепловую изоляцию стенок топочной камеры и, кроме того, способствовать

рациональному распределению теплового напряжения в камере, близкого к равномерному.

Выполнение поворота газового потока

5 для дымовых газов в форме двойного перегиба в плоскости нижнего кольцевого коллектора позволяет получить равномерное по сечению газохода струйное течение потока газов, т.е. постоянство векторов скоро0 стей потока продуктов сгорания в любом горизонтальном сечении камеры, и этим самим достичь равномерного теплового напряжения по всему объему топочной камеры и, значит, высокой эксплуатационной на5 дежности и эффективности работы топки в целом.

На чертеже изображена топочная камеРа- ; - . . - :-.: . .

Топочная камера состоит из верхнего

0 кольцевого коллектора 1, экранных труб 2 одинаковой конфигураций и размеров, Ьпу- скных труб 3, тепловой изоляции 4 и одновременно уплотнения топочной камеры, нижнего кольцевого коллектора 5, горелоч5 нота устройства б, размещенного в плоскости вёрхнегЬ кольцевого коллектора, пароперегревателя 7, размещенного в верхней части топочной камеры (наиболее широкой его части), и S-образного поворота

0 (колена) 8 газового потока из топочной камеры в газоход, направляющего продукты сгорания к дымососу.

Экранные трубы 2 прямые, без каких- либо изгибов совместно с кольцевыми кол5 лекторами 1 и 5 образуют опрокинутый усеченный конус. Опускные трубы 3, как и у парогенераторов традиционного -типа; размещены с внешней стороны тепловой изоляции 4, а S-образный поворот (колено) 8

0 продуктов сгорания примыкает непосредственно к горловине нижнего кольцевого кол- лектора 5. Горелочное устройство 6 размещено в плоскости верхнего кольцевого коллектора Пароперегреватель 7 раз5 мещен в верхней расширенной части топочной камеры, выполненной в виде усеченного опрокинутого конуса, так, что защищает (экранирует) тепловую изоляцию топочной камеры и выполняет свое функци0 ональное назначение - перегреватель пар. Это возможно, например, за счет размещения труб пароперегревателя в зазорах между экранными трубами топки, которые имеют относительно плотное размещение

5 лишь у нижнего кольцевого коллектора:

Работа топочной камеры заключается в следующем.

Энергия сжигаемого топлива в виде факела (или нескольких факелов) в горелочном устройстве б за счет излучения и конвекции

передается стенкам . экранных труб. При этом образуемый в них пар вместе с водой поднимается в верхний кольцевой коллектор (барабан) 1, где происходит, как обычно, отделение пара.-Далее пар попадаете пароперегреватель 7, а вода опускается по опускным трубам 3 в нижний кольцевой коллектор 5, после чего снова попадает в подъемные экранные трубы 2 для очередного цикла испарения,

После прохода по всей высоте топочной камеры продукты сгорания топлива попадают в .колено (поворот, наиболее вероятно, близкий к 90°)8 двойного перегиба (S-образной формы) и далее по газоходу к дымососу. При этом форма у колена способствует сохранению во всех горизонтальных поперечных сечениях топки параллельноструйчатости потока газов, т.е. отсутствие поджатия потока со стороны поворота и, значит, сохранению одинакового значения коэффициента теплоотдачи от газов к стенкам экранных труб. Тепловая изоляция 4 играет одновременно роль уплотнения каркаса топки.

Структура и взаимное размещение составляющих элементов топочной камеры позволяет обеспечить рациональное распределение теплового напряжения по высоте топочной камеры для ее эффективной работы при высокой эксплуатационной надежности.

Технико-экономическая значимость использования изобретения весьма значительна. Использование предлагаемой схемы компоновки нагревательных поверхностей в топочной камере позволяет повысить эффективность работы, что означает более полное сгорание топлива и, значит, его экономию, снижение вредных газовых

выбросов в атмосферу и, конечно, за счет повышения эксплуатационной надежности повышение срока службы, что в первую очередь приводит к снижению расхода металла

и затрат на ремонт и способствует бесперебойной работе теплоэнергетической установки в целом. Учитывая, что последнюю компоненту эффективности подсчитать весьма не легко, а остальные можно сделать

лишь оценочно, допустимо ограничиваться приближенной оценкой эффективности.

Иными словами, применение предлагаемой конструкции топочной камеры позволит повысить эксплуатационную

надежность и эффективность работы топочной камеры не менее чем на 10-15% по сравнению с известными конструкциями. Формула изобретения 1. Топочная камера, содержащая экранированную трубчатую поверхность нагрева, горелочное устройствои верхний и нижний кольцевые коллекторы, соединенные с опускными и экранными трубами, о т- личагощзя с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, экранные трубы выполнены прямыми с образованием поверхности нагрева в форме усеченного конуса, меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором,

причем горелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор расположен на выходном торце поверхности нагрева, снабженном S- образным газоотводящим патрубком.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в зоне большего основания поверхности нагрева расположен радиационный пароперегреватель, трубы которого размещены в зазорах между трубами поверхности

нагрева.

Использование: для сжигания топлива в топках котлов парогенераторов различного назначения. Сущность изобретения; топочная камера содержит экранированную трубчатую поверхность нагрева, горелочное устройство, верхний и нижний кольцевые коллекторы, соединенные с опускными и экранными трубами, выполненными прямыми и образующими поверхности нагрева в форме усеченного конуса, меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором, причем горелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор расположен на выходном торце поверхности нагрева, снабженном S- образным газоотводящим патрубком. 1 З.П.ф-ЛЫ, 1 ИЛ.,...;.