Низкотемпературная вихревая топка

 

Изобретение относится к организации камерного сжигания топлива в топках промышленных и энергетических котлов. В низкотемпературной вихревой топке 1, содержащей расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране 2 прямоточные горелки 5, выполненные в виде каналов 9 пылеугольной смеси, и установленные встречно под нижним гибом заднего экрана 3 сопла 6 нижнего дутья, по предлагаемому изобретению в верхней части горелок 5 расположены сопла 7 вторичного дутья. При этом топливо и воздух смешиваются в оптимальной пропорции в верхней части струи сразу при выходе из горелок 5, а в нижней части струи после ее разворота по заднему экрану 3 топки 1 и слияния со струей нижнего воздуха. Соответственно глубокое выжигание горючих из топлива обеспечивается при низких избытках воздуха и этим определяется высокая экономичность топки 1. Дополнительно горелки 5 могут выполняться вытянутыми по высоте, а сопла 7 вторичного дутья располагаться посередине в верхней части каналов 9 пылеугольной смеси, что повысит экономичность за счет более быстрого воспламенения обогащенной топливом струи. Изобретение позволяет обеспечить равномерное распределение топлива и воздуха и снизить вероятность перекосов по тепловыделению. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к организации камерного сжигания топлива и может использоваться в промышленных и энергетических котлах.

Известна широко применяемая в энергетике камерная топка с угловым расположением пылеугольных или газомазутных горелок [1, фиг. 10, 11]. При этом могут использоваться простые по конструкции щелевые горелки. В топке создается вихрь с вертикальной осью вращения, обеспечивающий хорошее выжигание горючих и устойчивое воспламенение.

Недостатками такой топки являются: - сложная система разводки трактов подачи топлива и дутья, так как их нужно раздавать с резервированием трактов по всему периметру топки; - недостаточное использование нижней части экранов топки, так как факелы горелок расположены в верхней ее части, то, соответственно, для обеспечения требуемого уровня температур на выходе из топки требуется увеличение ее размеров.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является низкотемпературная вихревая топка [2, рис.22], содержащая расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране прямоточные горелки и установленные встречно под нижним гибом заднего экрана сопла нижнего дутья. Струи горелок и нижнего дутья, действуя в паре, создают вихрь, заполняющий холодную воронку топки. При этом нижняя часть экранов топки включается в активный теплообмен, и температура топочного процесса снижается. Благодаря более низкой температуре топочного процесса снижается эмиссия вредных оксидов азота, повышается естественное серопоглощение золой топлива, уменьшается возгонка золы и шлакование топочных экранов.

Недостатками прототипа являются: - низкая экономичность, связанная с большим механическим недожогом топлива и повышенными избытками воздуха, так как в топке при введении нижнего дутья не организовано равномерное перераспределение топлива и воздуха; - низкая надежность, так как, хотя топка и допускает сильное загрубление помола, но работа котла на одной мельнице или горелке не возможна из-за появления больших перекосов по тепловыделению в топке.

Целью настоящего изобретения является повышение экономичности и надежности работы топки.

Поставленная цель достигается тем, что в низкотемпературной вихревой топке, содержащей расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране прямоточные горелки, выполненные в виде каналов пылеугольной смеси, и установленные встречно под нижним гибом заднего экрана сопла нижнего дутья, по предлагаемому изобретению в верхней части горелок расположены сопла вторичного дутья.

Дополнительно горелки могут быть выполнены вытянутыми по высоте, а сопла вторичного дутья располагаться посередине в верхней части каналов пылеугольной смеси.

Сопла вторичного дутья также могут быть выполнены перекрывающими каналы пылеугольной смеси сверху, например, имеющими T-образную форму.

Кроме того, горелки могут устанавливаться группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу с ориентацией факелов под корни факелов собственной и соседних групп горелок.

При установке сопел вторичного дутья в верхней части горелок топливо и воздух смешиваются в оптимальной пропорции в верхней части струи сразу при выходе из горелок, а в нижней части струи после ее разворота по заднему экрану топки и слияния со струей нижнего дутья. Соответственно глубокое выжигание горючих из топлива обеспечивается при низких избытках воздуха и этим определяется высокая экономичность топки.

При выполнении горелок вытянутыми по высоте с соплами вторичного дутья, расположенными по середине в верхней части каналов пылеугольной смеси, экономичность повышается за счет более быстрого воспламенения обогащенной топливом струи.

Выполнение сопел вторичного дутья перекрывающими сверху каналы пылеугольной смеси, например, T-образной формы дополнительно повысит экономичность топки благодаря снижению выноса топлива из струи восходящим потоком.

Установка горелок по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу с ориентацией факелов под корни факелов собственной и соседних групп горелок повысит надежность топки, так как это позволит не приостанавливать работу топки при отключении одной или нескольких из работающих мельниц, легко маневрировать их работой: включать и останавливать.

На фиг. 1 показано вертикальное A-A; на фиг. 2 - горизонтальное Б-Б сечения предлагаемой низкотемпературной вихревой топки котла; на фиг. 3, 4 изображены виды В вариантов выполнения сопел вторичного дутья в горелках.

Низкотемпературная вихревая топка 1 образована фронтовым 2, задним 3 и боковыми 4 экранами котла. На фронтовом экране 2 расположены с наклоном вниз прямоточные горелки 5, а под нижним гибом заднего экрана 3 сопла 6 нижнего дутья. Прямоточные горелки 5 имеют в верхней своей части сопла 7 вторичного дутья, подключенные к воздуховоду 8, и каналы 9 пылеугольной смеси, подключенные к мельницам 10. Подключение по воздуху осуществляется шиберами 11, а по пылеугольной смеси шиберами 12. Горелки 5 могут выполняться вытянутыми по высоте с соплами 7 вторичного дутья, расположенными по середине в верхней части горелки 5 (фиг.3), или с соплами 7 вторичного дутья, например, T-образной формы, перекрывающими канал 9 пылеугольной смеси сверху (фиг.4).

При показанной на фиг.1 установке горелок 5 с соплами 7 вторичного дутья и сопел 6 нижнего дутья в топке 1 формируется характерная картина аэродинамики [2, рис. 22, 23]. Вверх от экрана 3 отражается и уходит поток 13, который формируется из вторичного дутья через сопла 7 и доли пылеугольной смеси, проходящей в каналах 9 выше условной разделительной поверхности 14. Остальная часть потока пылеугольной смеси движется ниже поверхности 14, сливается с потоком нижнего дутья из сопел 6 и формирует вихрь 15 и пристенный поток 16.

Разделение сечения горелки по потокам пылеугольной смеси, т.е. положение условной поверхности 14 в канале 9 (фиг.3, 4), определяется прежде всего углом натекания потока пылеугольной смеси на задний экран 3. Соответственно, выбирая угол установки горелок 5, можно распределить поток пылеугольной смеси пропорционально заданным долям вторичного и нижнего дутья. Для формирования достаточно интенсивного вихря 15 и хорошего заполнения объема топки 1 вдоль фронтового экрана 2 и в верхнем углу доля нижнего дутья должна ориентировочно составлять на 10 - 30% больше доли вторичного дутья.

Горелки 5 могут устанавливаться группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу 10. При этом они ориентированы своими факелами, как указано стрелками 17 на фиг. 2, под корни факелов собственной и соседних горелок. По две горелки устанавливают на крайних мельницах или при использовании двух мельниц, По три горелки устанавливают на средних мельницах, если их количество больше двух. При этом в топке применяется наиболее надежная и простая схема фронтовой компоновки всех мельниц.

Топка и собственно котел содержат и другие необходимые элементы и вспомогательное оборудование: вентилятор 18, воздухоподогреватель 19, бункер 20 угля, питатель 21 угля, патрубок 22 подачи дутья в мельницу и т.д.

Предлагаемая низкотемпературная вихревая топка работает следующим образом.

Уголь из бункера 20 питателем 21 дозируется в мельницу 10, где подсушивается и размалывается. Угольная пыль выносится через шибера 12 и каналы 9 в топку 1 потоком дутья, поступающим в мельницу 10 от вентилятора 18 через воздухоподогреватель 19 и патрубок 22. В топке 1 потоки пылеугольной смеси, истекающие из каналов 9 движутся по траекториям 13, 15, 16, 17, смешиваются с потоками вторичного и нижнего дутья, поступающими из воздуховодов 8 через шибера 11 по соплам 7 вторичного и нижнего 6 дутья, воспламеняются и выгорают. При этом вторичный воздух и часть пылеугольной смеси в соответствии с углом установки горелок 5 проходят выше условной разделительной поверхности 14. Этот поток отражается задним экраном 3 и уходит вверх по траектории 13. Другая часть соответственно по траектории 16 уходит вниз и совместно с нижним дутьем из сопел 6 формирует в холодной воронке топки 1 вихрь 15.

С учетом того, что под действием силы тяжести пыль просыпается вниз, а струи потоками могут отклоняться, доля топлива, выгорающая внизу, может отличаться от расчетной. Соответственно доля добавочного воздуха, поступающая через сопла 6, 7 нижнего и вторичного дутья корректируется с помощью шиберов 11.

Таким образом, предлагаемое применение сопел 7 вторичного воздуха и их расположение в верхней части горелок 5 позволяет регулировать и поддерживать оптимальные избытки воздуха в верхнем потоке 13. Этим обеспечивается глубокое с оптимальными избытками воздуха выжигание горючих из топлива во всей топке, т.е. ее высокая экономичность.

При использовании вытянутых по высоте горелок 5 с установкой сопел 7 вторичного дутья по середине их верхней части (фиг.3) формируются узкие струи, которые меньше подвержены сносу и отклонению восходящим по фронтовому экрану 2 потоком 16. Так как внешний периметр пылеугольной струи, т.е. площадь контактирования с топочными газами и внутренний периметр, т.е. площадь перемешивания с потоком вторичного дутья, в этом случае повышаются, то возрастает скорость воспламенения и выгорания топлива, что повышает экономичность топки.

При применении в горелках 5 сопел 7 вторичного дутья, перекрывающих канал 9 пылеугольной смеси сверху, например, имеющих T-образную форму (фиг. 4), вторичное дутье препятствует выносу свежей угольной пыли восходящим по фронтовому экрану 2 потоком 16. Соответственно повышается экономичность топки.

Помимо сложной аэродинамики в вертикальной плоскости (фиг. 1) при работе предлагаемой топки не менее сложная структура течений формируется в горизонтальных сечениях (фиг. 2). При установке горелок 5 группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу 10 и ориентации их своими факелами под корни факелов собственной и соседних групп горелок, как показано на фиг. 2 траекториями 17, можно обеспечить работу топки двух с двух-трехкратным резервированием мельниц 10 при равномерном тепловыделении в топочном объеме. При эксплуатации наибольшее число аварийных и плановых остановов связано с неисправностями, ремонтом и обслуживанием углеразмольного оборудования, поэтому возможность двух-трехкратного резервирования мельниц 10, причем без появления существенных перекосов тепловыделения, значительно повышает надежность работы топки 1. Надежность повышается и за счет облегчения возможности маневра мельницами. При включении соседней мельницы или при перебоях в подаче топлива не требуется стартового розжига, воспламенение не обеспечивается ориентацией факелов горелок под корни факелов соседних групп горелок. Кроме того, повышается и экономичность, так как при отключении части мельниц уменьшаются расходы на их эксплуатацию и появляется возможность глубокого снижения мощности топки.

Выделяющееся при сгорании топлива тепло в топке 1 передается ограждающим экранам 2, 3, 4. Благодаря вихревому течению 15 и потоку 16 теплообмен осуществляется по всей площади экранов, и этим обеспечивается экологически более благоприятный низкотемпературный топочный процесс. Продукты сгорания далее отводятся из топки 1, охлаждаются в воздухонагревателе 19 и другими поверхностями нагрева котла, очищаются от золы и сбрасываются через дымовую трубу. Подогрев воздуха в воздухоподогревателе 19 улучшает работу мельниц 10.

Использование предлагаемой низкотемпературной вихревой топки по сравнению с прототипом [2, рис. 22] позволяет: - повысить экономичность, т.к., например, [2, 4.5] даже при использовании бурых углей в прототипе из-за отсутствия вторичного дутья в верхней части горелок требуются повышенный на 20-30% избытки воздуха, и сжигание сопровождается значительным механическим недожогом топлива, q₄ = 4 - 6%; - увеличить надежность, благодаря возможности двух-трехкратного резервирования мельниц при сохранении равномерного распределения тепловыделения в топочном объеме.

Литература: 1. Котлы большой мощности. Каталог-справочник. -М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1970, фиг. 10, 11.

2. Котлер В. Р. Специальные топки энергетических котлов. -М.: Энергоатомиздат, 1990, рис.22, 23, 4.5.

Формула изобретения

1. Низкотемпературная вихревая топка, содержащая расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране прямоточные горелки, выполненные в виде каналов пылеугольной смеси и установленные встречно под нижним гибом заднего экрана сопла нижнего дутья, отличающаяся тем, что в верхней части горелок расположены сопла вторичного дутья.

2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что горелки выполнены вытянутыми по высоте, а сопла вторичного дутья расположены посередине в верхней части каналов пылеугольной смеси.

3. Топка по п.1, отличающаяся тем, что сопла вторичного дутья в горелках выполнены перекрывающими сверху каналы пылеугольной смеси, например, имеющими Т-образную форму.

4. Топка по п.1, отличающаяся тем, что горелки установлены группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу и ориентированы своими факелами под корни факелов собственной и соседних групп горелок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4