Топка

 

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 воэлушными 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.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВ 1ИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

PO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ =ЛЬСТВУ „"ГН,".3 г.

t".)

C)

М ,С) О ,iM

1 (21) 4768047/06 (22) 09.11.89 (46) 30.12.91 Бюл. N 48 (71) Московский энергетический институт (72) А.М.Архипов, Ю.П.Андреев, Э,П.Волков, А.А.Дубов, Ю.М.Липов, 1-, .И Соловьев, В.П.Судаков и PË . Юсупов (53) 662.933 (088.8) (56) Ковалев А.П. и др. Парогенерат >ры. — M,:

Энергоиздат, 1985, с. 109.

Авторское свидетельство СССР

М 1206555, кл, F 23 С 5/08, 1984, (54) ТОПКА (57) Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, может быть испольИзобретение относи1ся к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано на тепловых электростанц кх.

Известны топки, содержащие вертикальную призматическую камеру сгорания, на двух больших стенках которой, по крайней мере в одном ярусе, установлены расположеннь е 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 иэ 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 тангенци„, О„, 1702092 А1 эовано на тепловых электростанциях и по эволяет повысить экономичность и снизить содержание окислов азота в продуктах сгорания, Это достигается тем, чтс камеры сгорания снабжены дополнительными горелками, размещенными под воэлушными соплами против горелок нижнего яоусэ и аналогично последним, горелки и воздушные сопла в своик ярусах установлены с одинаковым углом наклона горизонтальной проекции их осей к большим стенкам, нэ которых они расположены, причем у ол наклона горизонтальной проекции осей горелок нижнего яруса меньше аналогичного угла наклона горелок и сопл верхнего яруса.

1 з.п. ф-лы, 3 ил. ально направленными к тем же телам вращения аналогично горелкам.

За счет взаимодействия тангенциэльно направленных струй и воздуха положение ядра факела стало более стабильным. Благодаря движению догорающих потоков топочных газов в верхнюю часть топочного объема через межструйные пространства обеспечен интенсивный тепломассообмен между топочными газами и свежими струями, что особенно важно для эффективного прогрева и раннего зажигания топливных струй. Уменьшение избытка воздуха в корне топливных струй до a (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 образэвания окислов азота. Эти недостатки связаны с несовершенством перемешивэния

1702092

10 вторичного воздуха с догорающим топливом и с неравномерностьк; загрузки соседних межструйных пространств выходящими вверх продуктами горения.

Целью изобретения является повышение экономичности и снижение содержания окислов азота в продуктах сгорания, Укаэанная 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, установленчыми 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 пr>оекции 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 верхнего 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 /гв), а горелки

S o верхнего яруса и воздушные сопла установлены наклонно вниз с углом, равным (arctg /в) - (arcg(tg о+ /в)), где  — расстояние между большими стенками камеры сгорания; S — расстояние между горелками и соплами в ярусах; L — расстояние между ярусами горелок; U — 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 укаэанному эффекту, На фиг. 1 изображена топка, продольный разрез; на 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, установленными против горелок

3 верхнего яру1са, 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, Горелки

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 Р наклона горизонтальных проекций их осей к тем же стенкам 4 и 6. Угол наклона у горизонтальных проекций осей горелок 2 и горелок 7 нижнего яруса соответственно к стенке 4 и стенке 6 камеры

1 сгорания выбран меньшим, чем угол наклона Р горизонтальных проекций осей горелок 3 верхнего яруса и воздушных сопл 5 соответственно к стенке 4 и стенке 6 камеры

1 сгорания. Как это видно из фиг. 3, угол наклона у составляет (90-arctg / в)", где

 — расстояние между большими стенками

4 и 6 камеры 1 сгорания; S — расстояние между горелками 2, 3, 7 и воздушными соплами 5 в пределах яруса. Угол о наклона вниз осей горелок 3 верхнего яруса и воздушных сопл 5 относительно горизонтальной плоскости, как видно из фиг, 1, больше

arctg "/в и меньше arctg(tg о + /В), где 1 — расстояние между горелками 2 нижнего яруса и горелками 3 верхнего яруса, а о угол наклона осей горелок 2 нижнего яруса к горизонтальной плоскости. Например, для топки, имеющей глубину (пс осям труб) В =5440 мм, горизонтальный шаг S разме.цения горелок и воздушных сопл в пределах

2100-2200 мм, расстояние между ярусами горелок L -- 2500 мм и угол наклона гопелок нижнего яруса о = 15", углы у,Р и о целесообразно выбирать равными 79, 85 и 45" соответственно, Топка работает следующим >бразом.

Топливно-воздушная смесь подается в камеру 1 сгорания через горелки 2, 3 и 7 и загорается с избытком воздуха в корне струйных факелов Q < 0,85 от стахиометрического 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 недогоревшил 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.

1702092

Благодаря предложенному размещению горелок 7 нижнего яруса на стенке 6 ппд воздушными соплами 5. напротив горелок 2 стенки 4, а также меньшему углу наклона горизонтальных проекций осей ! орелок 2 и 7 нижнего яруса к стенкам 4 и 6 по сравнению с аналогичным углом Р наклона горелок 3 и воздушных сопл 5 верхнего яруса в топке обеспечивается взаимодействие 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 иэ-за большей плотности тока более высокую вертикальную составляющую скорости по сравнению с вихрями нижней системы, генерируемыми тангенцияльно направленными струями горелок 2 и 7, имеющими недостаток кислорода. Благодаря укаэанному 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 ) наклона горизонтальных проекций осей горелок 2 и 7 нижнего яруса к стенкам 4 и 6 равен (90 - arctg /2B), что позволяет усилить эффект равномерного распределения реагентов по фронту камеры 1 сгорания благодаря одинаковым расстояниям между осями любых двух со;едних струй в плоскости ее симметрии.

Угол д наклона вниз осей горелок 3 и воздушных сопл 5, установленных в верхнем ярусе, выбран в зависимости от расстояния L между ярусами и угла с наклона вниз осей горелок 2 и 7 нижнего яруса в пределах (arctg2 "/в) -(агст9(т9 о+ 2 /в ) .

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 близ5 ком расстоянии один от другого.

Как показали испытания, предложенная конструкция топки позволяет по сравнению с прототипом более чем на 0.3ф, повыси ь

10 экономичность с одновременным сниже :нем выброса окислов азота (примерно на i015ф ).

Формула изобретения

1. Топка, содержащая вертикальную

15 прямоугольную камеру сгорания C гор лквми, размещенными на одной из больших ее стенок вдва яруса друг над другом наклонно вниз и тангенциально к условным вертикальным телам вращения, и воздушными со

20 плами, установленными против горелок верхнего яруса аналогично последним. е т .и ч a e щ а я с я тем, что. с целью псвышени экономичности и снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, ка.лера

25 сгорания снабжена дополнительными горелками, размещенными под воздуш ыми соплами против горелок нижнего яруса и аналогично последним, горелки в своих яр сах и воздушные сопла установлены с одп30 наковым углом наклона горизонтальной проекции их осей к большим стенкам, на которых они расположены, причем угол н, клона горизонтальной проекции осей горелок нижнего яруса меньше аналогичного угла

35 наклона горелок и сопл верхнего яруса.

2. Топка по и. 1, о т л и ч а ю щ а л с я тем, что горелки нижнего яруса установлен ы с углом наклона горизонтальной проекции их осей к большим стенкам, на которых они

40 расположены, равным (90 - arctg Я/2В)"., ", горелки верхнего яруса и воздушные сопла установлены наклонно вниз с углом, равным

arctg /в...arctg{tg a+ /в). где  — расстояние между большими стенкз45 ми камеры сгорания;

S — расстояние между горелками или соплами в ярусах;

L — расстояние между ярусами горелок; а -угол наклона вниз. орелок нижне о яруса.

1702092

1702092 фUC.З

Составитель B Круглянский

Техред M.Mîðãeíòàë Корректор Ы,Шароши

Редактор А,Маковская

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ <530 Тиоаж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС"

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5