Способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки для совместного сжигания газообразного и пылевидного топлива

 

Способ относится к энергетике и может быть использован на котлах тепловых электростанций, сжигающих газообразное и пылевидное топлива. Совершенствуется способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки для совместного сжигания газообразного и пылевидного топлива путем ввода потоков газа, пыли и воздуха через установленные на одной из стен вертикально соосные верхние и нижние горелки, по крайней мере, в количестве одной пары и воздуха через размещенные на примыкающих стенах сопла. При реализации способа потоки топлива из нижних горелок подают в топку с отклонением по вертикали вверх, а из верхних - вниз относительно горизонтально вводимых потоков воздуха, воздух через сопла вводят по центру примыкающих стен в горизонтальной плоскости выхлопа воздушных потоков из нижних горелок. Данное изобретение обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива со снижением потребления воздуха и концентрации оксидов азота в уходящих газах. 8 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих газообразное и пылевидное топлива.

Известен способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки для сжигания газа и угольной пыли путем ввода топлива и воздуха через горелки и сопла, установленные на стенах (см. а.с. СССР 1673784, МПК F 23 C 1/12 от 1989г. Б.И. 32, 1991).

Недостаток способа - высокий уровень выхода оксидов азота, сильное загрязнение стен топки шлаком и пониженная эффективность радиационного теплообмена факела с настенными экранами.

Известен также способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки для сжигания газообразного и пылевидного топлива путем ввода потоков топлива и воздуха через установленные на одной из стен горелки и воздуха через размещенные на противоположных стенах сопла (см. патент РФ 2076998, МПК F 23 C 1/12 от 1995 г. Б.И. 10 от 1997г.).

Способ частично устраняет перечисленные выше недостатки, однако не исчерпывает резерв снижения концентрации оксидов азота, кроме того, реализуется лишь при повышенном потреблении воздуха, снижающем эффективность использования топлива в котельном агрегате.

Известен способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки при факельном сжигании топлива путем ввода потоков реагентов через верхние и нижние вертикально соосные горелки и воздуха через сопла (см. а.с. СССР 1665181, МПК F 23 C 1 1/00 от 1989г. Б.И. 27 от 1991).

При компоновке горелок в два (нижний и верхний) ряда по крайней мере в количестве одной пары на одной из стен с подачей в топку одновременно газа и пыли проявляются отмеченные уже недостатки чрезмерно большого потребления воздуха и повышенного выхода оксидов азота.

Задача изобретения - повышение эффективности сжигания топлива со снижением потребления воздуха и концентрации оксидов азота в уходящих газах.

Для решения этой задачи в способе работы вертикальной призматической четырехгранной топки для совместного сжигания газообразного и пылевидного топлив путем ввода потоков пыли, газа и воздуха через установленные на одной из стен вертикальные соосные верхние и нижние горелки по крайней мере в количестве одной пары и воздуха через размещенные на примыкающих стенах сопла согласно изобретению потоки топлива из нижних горелок подают в топку с отклонением по вертикали вверх, а из верхних - вниз относительно горизонтально вводимых потоков воздуха, воздух через сопла вводят по центру примыкающих стен в горизонтальной плоскости выхлопа воздушных потоков из нижних горелок.

Неравномерный характер распределения потоков первичной части воздуха в горелках и ступенчатый ввод дожигающих потоков через вынесенные сопла обеспечивают растягивание процессов тепломассообмена реагентов с топочной средой, воспламенения и горения топлива на горизонтальном участке топочного факела до разворота в вертикальном направлении и снижение активности окисления топливного и воздушного азота. Подачей вторичных дожигающих потоков воздуха в горизонтальной плоскости выхлопа воздушных струй из нижних горелок по центру топки вдоль ее вертикальной оси минимизируется общий расход воздуха па котел.

Отклонение места ввода дожигающего воздуха по высоте или ширине примыкающих стен, как и способа ввода реагентов через горелки, влечет увеличение выхода оксидов азота и потребление расхода воздуха на котел. В пределах предлагаемого способа существуют дополнительно несколько оптимальных соотношений рабочих параметров, поддерживающих минимальным потребление воздуха и выход оксидов азота с одновременным увеличением теплопроизводительности котла: расход воздуха через сопла (0,05-0,45) и через верхние горелки (0,8-4,5) расхода воздуха через нижние горелки; теплопроизводительность нижних горелок (1,2-4,5) теплопроизводительности верхних горелок. Выход в меньшую или большую сторону от отмеченных величин при работе котла влечет резкое скачкообразное снижение его тепловой нагрузки из-за нарушения ряда тепломассообменных и теплофизических характеристик факела, режима течения рабочей пароводяной среды котла. Наоборот, работа котла в границах отмеченных параметров позволяет поддерживать сверхобычную нагрузку, реализовывать сверхэффект.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа - вертикальная призматическая четырехгранная топка для сжигания газообразного и пылевидного топлива с одной соосно вертикальной парой горелок, прямоугольными соплами для ввода дожигающего воздуха и системой для жидкого удаления шлака, в котором реализуется предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг.2 - разрез в горизонтальной плоскости выхлопа воздушных потоков из нижней горелки и дожигающих сопл по А-А на фиг.1; на фиг.3, 4 - варианты 1 и 2 схемы установки вертикально-соосной пары горелок, вид Б по фиг.1; на фиг.5 - схема устройства в продольном разрезе - вертикальная призматическая четырехгранная топка для совместного сжигания газообразного и пылевидного топлива с несколькими вертикально-соосными парами грелок, круглыми соплами для ввода дожигающего воздуха и системой для твердого шлакоудаления, в котором также реализуется предлагаемый способ; на фиг.6 - разрез в горизонтальной плоскости выхлопа воздушных потоков из нижних горелок и дожигающих сопл по В-В на фиг.5; на фиг.7 - вариант 3 схемы установки вертикально-соосной пары горелок, вид Г по фиг.5; на фиг.8 - вид Д по фиг.7 с поясняющей схемой организации ввода потоков пыли, газа и воздуха в топку.

Устройство, реализующее предлагаемый способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки для совместного сжигания газообразного и пылевидного топлива по фиг.1, 2, 3, содержит камеру сгорания 1 с экранами 2, на одной из стен 3 которой размещены верхняя 4 и нижняя 5 горелки, образующие вертикально-соосную пару, а на примыкающих стенах 6 и 7 по центру установлены сопла 8 и 9 для ввода дожигающего воздуха, в подовой части 10 камеры сгорания 1 установлена система удаления шлака 11, выполненная, в частности, в виде летки для вывода шлака в жидком состоянии, а в верхней части камеры 1 выполнено выходное окно 12 для отвода образующихся при горении топлива газообразных продуктов сгорания. Горизонтальная плоскость 13 выхода воздушного потока из верхней горелки 4 и горизонтальная плоскость 14 выхода воздушного потока из нижней горелки 5 ограничивают зону активного горения топлива. В верхней горелке 4 топливные каналы для подачи газа 15 и подачи пыли 16 смещены вниз относительно воздушного канала 17 и горизонтальной плоскости выхлопа воздуха 13, а в нижней горелке 5 топливные каналы для подачи газа 18 и подачи пыли 19 смещены вверх относительно воздушного канала 20 и горизонтальной плоскости выхлопа 14.

Способ реализуется путем ввода потоков газа, пыли и воздуха через каналы 15, 16, 17 верхней горелки 4 и 18, 19, 20 нижней горелки 5, а также дожигающего воздуха через сопла 8, 9, причем потоки топлива из нижней горелки 5 подают в топку с отклонением по вертикали вверх, а из верхней 4 вниз относительно горизонтально вводимых потоков воздуха в плоскостях 13 и 14, дожигающий воздух через сопла 8, 9 вводят по центру примыкающих стен 6, 7 в горизонтальной плоскости 14 выхлопа воздушного потока из нижней горелки 5. Потоки топлива и воздуха при истечении из горелок прогреваются, перемешиваясь с топочной средой, и вступают в химическую реакцию окисления с выделением тепла. Количества окислителя (кислорода) в горелочных потоках недостаточно для полного сгорания, его компенсируют кислородом дожигающих потоков воздуха, вводимых через сопла 8, 9. Распределение потоков воздуха по ступеням между горелками 4, 5 и соплами 8, 9 способствует растягиванию горения и снижению активности окисления азота, присутствующего в топливе и воздухе; подачей дожигающих потоков воздуха по центру топки в горизонтальной плоскости выхлопа воздуха из нижней горелки помимо основного эффекта снижения концентрации оксидов азота достигается снижение коэффициента избытка воздуха в топке, общего расхода воздуха на котел. Образующиеся продукты сгорания имеют высокий уровень температуры, они отдают свое тепло излучением экранами 2, в которых нагревается пароводяная рабочая среда; частично охлаждаемые продукты сгорания выводят через выходное окно 12 и далее направляют в конвективные нагреватели котла для дальнейшего нагрева рабочей среды, после которых выводят через систему очистки и дымовую трубу в атмосферу (эти объекты на чертежах не показаны). Суммарное количество тепла, снимаемое в котле, лимитируется эффективностью тепловосприятия экранами 2 лучистой энергии факела в камере 1. При реализации предлагаемого способа работы топки конкретного типа существует ряд оптимальных соотношений параметров потоков реагентов, определяющих повышение эффективности организованного горения, в частности повышение теплопроизводительности котла при фиксированном расходе воздуха через сопла (0,05-0,45) и через верхние горелки (0,8-4,5) расхода воздуха через нижние горелки, а также теплопроизводительность нижних горелок (1,2-4,5) теплопроизводительности верхних горелок; при работе топки с использованием этих диапазонов достигаются максимальные значения теплопроизводительности котла при минимальных потреблении воздуха и выходе оксидов азота. Конкретное выполнение горелки для достижения положительного эффекта не имеет принципиального значения (это могут быть горелки по типу фиг.3, 4 или фиг.7, 8). Профиль сопл 8, 9 для ввода дожигающего воздуха также может быть различным: прямоугольным (фиг.1), круглым (фиг.5), а также овальным, щелевым, квадратным (не показаны).

Горелки 4, 5 на стене 3 могут быть скомпонованы в горизонтальные верхний и нижний ряды с образованием нескольких вертикально-соосных пар, фиг.5, 6. Работа тонки по фиг.5, 6 реализуется аналогично работе устройства по фиг.1, 2, при этом достигаются те же результаты по снижению концентрации оксидов азота, расхода воздуха на котел и повышению теплопроизводительности последнего. Оснащение системы 11 в поду 10 камеры 1 узлами для вывода шлака в твердом состоянии (вместо системы жидкого шлакоудаления по фиг.1, 2) принципиально на получении положительного эффекта не отражается.

Промышленная применимость способа связана, в первую очередь, с энергетикой (котлы тепловых электростанций), а также металлургией и производствами стройматериалов (котлоагрегаты теплосиловых цехов), другими отраслями.

Опробование предлагаемого способа на котле БКЗ-210-140Ф Челябинской ТЭЦ-2 показало, что в сравнении со способом по патенту РФ 2076998, МПК F 23 C 1/12 концентрация оксидов азота в образующихся дымовых газах снижается в среднем на 30%, а потребление воздуха - на 10%. Последнее весьма существенно уменьшает потребление электроэнергии тягодутьевых установок котлоагрегата, потери на собственные нужды ТЭС.

Формула изобретения

Способ работы вертикальной призматической четырехгранной топки для совместного сжигания газообразного и пылевидного топлива путем ввода потоков газа, пыли и воздуха через установленные на одной из стен вертикально соосные верхние и нижние горелки, по крайней мере, в количестве одной пары, и воздуха через размещенные на примыкающих стенах сопла, отличающийся тем, что потоки топлива из нижних горелок подают в топку с отклонением по вертикали вверх, а из верхних - вниз относительно горизонтально вводимых потоков воздуха, воздух через сопла вводят по центру примыкающих стен в горизонтальной плоскости выхлопа воздушных потоков из нижних горелок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8