Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство (варианты)

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в промышленных котлах и технологических топочных устройствах. Способ сжигания топлива заключается в подаче вторичного дутья в топку через газоотводящее окно навстречу потоку продуктов сгорания, причем вторичное дутьё вводится тангенциально по контуру газоотводящего окна. Топочное устройство содержит питатель топлива, систему первичного дутья и, по крайней мере, одно газоотводящее окно с соплами вторичного дутья, которые направлены в топку, навстречу выходящему потоку и ориентированы тангенциально к контуру газоотводящего окна. Газоотводящее окно имеет форму усеченного конуса с полууглом раскрытия 0⁰ < γ ≤ 35° и отношением длины к диаметру выходного сечения, равным 0,2-2, причем сопла вторичного дутья расположены в выходном сечении газоотводящего окна. Сопла вторичного дутья установлены тангенциально в выходном сечении газоотводящего окна на воздуховоде, расположенном по оси газоотводящего окна. По другому варианту топочное устройство содержит питатель топлива, систему первичного дутья и, по крайней мере, одно газоотводящее окно с соплом вторичного дутья, причем сопло вторичного дутья выполнено кольцевым с расположенными в кольцевом зазоре закручивающими лопатками и/или с закручивающей улиткой для подвода дутья. Изобретение позволяет повысить эффективность и расширить круг применимости, как способ организации топочного процесса, так и конструкцию топочного устройства. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в промышленных котлах и технологических топочных устройствах.

Известен способ слоевого сжигания с подачей вторичного воздуха в виде острого дутья и через систему возврата уноса и топку котла [1, рис.9-25, гл.9]. Топка содержит слоевую камеру сгорания, питатели топлива и колосниковую решетку с трактом подачи первичного дутья. В задней части топки имеется газоотводящее окно. Под ним расположены направленные в топку сопла вторичного (острого) дутья и сопла возврата уноса, которые подключены к бункерам уноса котельных пучков.

Использование этого способа сжигания и слоевой топки простой конструкции с подачей вторичного воздуха в виде острого дутья и через систему возврата уноса обеспечивает более полное выгорание топлива и согласно [1, рис. 9-26] 2-3-кратное снижение потерь с недожогом топлива в котле по сравнению с котлами без вторичного воздуха.

Однако этот способ и слоевые топки по экономичности и экологическим показателям на сегодня не эффективны, т.к. потери с уносом топлива составляют значительную долю.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому, выбранным в качестве прототипа, является способ сжигания в двухкамерной топке кипящего слоя с тангенциальной подачей вторичного дутья в специальную камеру дожигания навстречу потоку продуктов сгорания [2].

Конструктивно [2] топочное устройство двухкамерное, содержит камеру сгорания с питателем топлива и системой подачи первичного дутья в кипящий слой, а также камеру дожигания, выполненную в виде встроенного циклона с обратным потоком вторичного дутья. Камера дожигания оканчивается цилиндрическим газоотводящим окном, расположена над камерой сгорания, соединяется с ней посредством лопаточного завихрителя и контура циркуляции уловленных частиц. Обе камеры устанавливаются вертикально, на стенках камеры дожигания расположены ориентированные с наклоном вниз тангенциальные сопла вторичного дутья.

Этот способ сжигания в кипящем слое и топочное устройство позволяют, за счет удержания частиц в камере сгорания с кипящим слоем и глубокого выжигания горючих из уноса в камере дожигания, повысить эффективность и экономичность топочного процесса.

Недостатками прототипа является сложность, низкая эффективность и узкий круг применимости, как способа организации топочного процесса, так и конструкции собственно топочного устройства.

Сложность конструкции топки и реализации способа по прототипу [2] связана с использованием двухкамерного топочного устройства, наличия расположенного над камерой сгорания и перекрывающего ее лопаточного завихрителя и контура циркуляции уловленных частиц. При этом сложность реализации способа связана и с необходимостью обеспечения оптимальных условий для топочных процессов не в одной, а в двух камерах одновременно.

Это также снижает эффективность способа по прототипу [2]. Эффективность сепарации частиц будет понижена в больших топках также из-за увеличения геометрических размеров встроенного циклона и лопаточного завихрителя. Кроме того, эффективность выгорания уноса по прототипу [2] в топках котлов снижается из-за того, что частицы и поток вторичного дутья отбрасываются к холодным стенкам камеры дожигания.

Необходимость использования при реализации схемы камеры сгорания и топочного процесса с кипящим слоем, а также вертикальная компоновка топочного устройства существенно уменьшают круг применимости прототипа [2].

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение, повышение эффективности и расширение круга применимости, как способа организации топочного процесса, так и конструкции собственно топочного устройства.

Технический результат достигается тем, что по предлагаемому способу сжигания вторичное дутье подают в топку через газоотводящее окно навстречу потоку продуктов сгорания, причем вторичное дутье вводят тангенциально по контуру газоотводящего окна.

Конструктивно для этого используется топочное устройство, содержащее питатель топлива, систему первичного дутья и, по крайней мере, одно газоотводящее окно с соплами вторичного дутья, которые направлены в топку, навстречу выходящему потоку и ориентированы тангенциально к контуру газоотводящего окна.

Кроме того, предлагается использовать газоотводящее окно в форме усеченного конуса с полууглом раскрытия 0°<γ≤35° и отношением длины к диаметру выходного сечения газоотводящего окна 0,2-2, причем сопла вторичного дутья расположены в выходном сечении газоотводящего окна.

Предлагается также сопла вторичного дутья устанавливать тангенциально на воздуховоде, расположенном по оси газоотводящего окна, в его выходном сечении.

При этом сопло вторичного дутья может быть выполнено кольцевым, в кольцевом зазоре которого размещены закручивающие лопатки и/или закручивающая улитка для подвода дутья.

На чертеже показано вертикальное сечение предлагаемого топочного устройства. Внизу топки 1, на колосниковой (воздухораспределительной) решетке 2 расположен слой 3 с горящим в потоке первичного дутья топливом. Топливо дозируется питателем 4, поступающим из бункера 5, первичное дутье подается по воздуховоду 6 вентилятором 7. При этом в топке 1 может использоваться топочный процесс с неподвижным, кипящим или вихревым (вращающимся) горящим слоем 3, что существенно расширяет круг применимости предлагаемого топочного устройства.

Вверху на потолке или на боковой стенке топки 1 располагается, по крайней мере, одно газоотводящее окно 8 с соплами 9 вторичного дутья, которые ориентированы тангенциально к контуру газоотводящего окна 8. При этом сопла 9 и соответственно вторичное дутье (показано стрелками 10) направлены в топку 1, навстречу потоку продуктов сгорания (показан стрелками 11) и формируют в топочном объеме зону рециркуляции (показана стрелками 12). Возможность произвольной компоновки газоотводящих окон дополнительно позволяет упрощать конструкцию, повышает эффективность и расширяет круг применимости предлагаемого топочного устройства.

Для усиления интенсивности взаимодействия потоков вторичного дутья 10 и продуктов сгорания 11 газоотводящее окно 8 может быть выполнено в форме усеченного конуса с полууглом раскрытия 0°<γ≤35°, его контур показан пунктиром 13. Такой полуугол раскрытия γ выбран согласно [3, рис. 4.16б], так как при его увеличении свыше 35° влияние раскрытия вихревого потока на зону рециркуляции 12 не оказывается. Отношение длины L к диаметру De выходного сечения газоотводящего окна 8 принимается равным L/De=0,2-2. Такие значения соотношения выбраны согласно [3, стр.219-224, рис.4.11, 4.12], так как большая длина газоотводящего окна 8 не окажет заметного влияния на зону рециркуляции 12, но конструктивно трудно выполнима.

В качестве другого простого варианта предлагается использовать группу сопел 9, установленных тангенциально к контуру газоотводящего окна 8 в его выходном сечении на воздуховоде 16, расположенном по оси газоотводящего окна 8. Для перераспределения первичного и вторичного дутья в воздуховодах 6 устанавливаются шиберы 17.

Сопло 9 вторичного дутья может быть выполнено в виде кольца, с расположенными в кольцевом зазоре закручивающими лопатками 14. Кроме того, подвод дутья в кольцевой зазор может быть осуществлен через закручивающую улитку 15.

Предлагаемый способ сжигания осуществляется следующим образом. Топливо дозируется в топку 1 из бункера 5 питателем 4 и сгорает в потоке первичного дутья на колосниковой решетке 2 с неподвижным или кипящим слоем 3. Как уже указывалось, здесь могут использоваться и другие топочные процессы, например, с вихревым (вращающимся) горящим слоем. Таким образом, предлагаемый способ имеет широкий круг применимости.

Недостающее для полного сжигания топлива вторичное дутье подается вентилятором 7 по воздуховодам 6 и вводится в топку 1 с помощью сопел 9 через газоотводящее окно 8. Требуемые расходы первичного и вторичного дутья устанавливаются шиберами 17.

Вторичное дутье 10 поступает в топку 1, навстречу выходящему потоку продуктов сгорания 11 и взаимодействует с ним. Особенно интенсивное взаимодействие потоков, с формированием зоны рециркуляции 12, имеется [3] при предлагаемой закрутке потока вторичного дутья за счет ориентации сопел 9 тангенциально к контуру газоотводящего окна 8. На стенках газоотводящего окна 8 при этом формируется из отдельных струй вторичного дутья вращающийся кольцевой поток. Минимально длина этого участка, с учетом толщины стен обмуровки в котлах, принята L/De≥0,2.

Интенсивность взаимодействия потоков усиливается, а размеры зоны рециркуляции 12 увеличиваются при выполнении газоотводящего окна 8 в форме усеченного конуса (показан пунктиром 13), если полуугол раскрытия γ≤35° [3, рис.4.16б]. При этом максимальная длина принимается равной L/De≤2,0], так как выполнение газоотводящего окна 8 большей длины [3] не окажет заметного влияния на зону рециркуляции 12.

Таким образом, в верхней части топки 1, в местах расположения газоотводящих окон 8, при использовании предлагаемого способа формируются зоны рециркуляции 12 с интенсивным взаимодействием потоков вторичного дутья 10 и выходящего потока 11 продуктов сгорания. Здесь горючие из потока 11 продуктов сгорания при контакте со вторичным дутьем 10 догорают, а частицы уноса центробежными силами выбрасываются из вихревого потока и удерживаются в топке 1. В итоге все топочные процессы, в том числе, выгорание, теплообмен и заполнение витающими частицами равномерно распределяются по всему объему топки 1. Этим обеспечиваются высокие экономические и экологические показатели, характерные для топок с циркулирующим слоем, но без применения конструктивно сложных циклонов [2].

Эффективность взаимодействия усиливается за счет уменьшения геометрических размеров, а конструкция упрощается при использовании нескольких стандартных газоотводящих окон 8 в устройствах с различным типоразмером. Дополнительно эффективность взаимодействия усиливается при использовании простой конструкции в виде группы сопел 9 вторичного дутья, установленных тангенциально к контуру газоотводящего окна 8 в его выходном сечении на воздуховоде 16, расположенном по оси газоотводящего окна 8, так как в этом случае выходящий поток 11 дополнительно продувается отдельными струями вторичного дутья.

Использование предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом [2], позволяет упростить, повысить эффективность и расширить круг применимости, как способа организации топочного процесса, так и конструкции топочного устройства.

Литература

1. Нечаев Е.В., Лубнин А.Ф. Механические топки - Л.: Энергия, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР №1359565, МКИ F 23 С 11/02, опубл. 15.12.87, бюл. №46.

3. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. - М.: Мир, 1987, 588 с.

Формула изобретения

1. Способ сжигания с подачей вторичного дутья в топку через газоотводящее окно навстречу потоку продуктов сгорания, причем вторичное дутье вводится тангенциально по контуру газоотводящего окна.

2. Топочное устройство, содержащее питатель топлива, систему первичного дутья и, по крайней мере, одно газоотводящее окно с соплами вторичного дутья, которые направлены в топку навстречу выходящему потоку и ориентированы тангенциально к контуру газоотводящего окна.

3. Топочное устройство по п.2, отличающееся тем, что газоотводящее окно имеет форму усеченного конуса с полууглом раскрытия 0° < γ ≤ 35° и отношением длины к диаметру выходного сечения, равным 0,2-2, причем сопла вторичного дутья расположены в выходном сечении газоотводящего окна.

4. Топочное устройство по п.2, отличающееся тем, что сопла вторичного дутья установлены тангенциально в выходном сечении газоотводящего окна на воздуховоде, расположенном по оси газоотводящего окна.

5. Топочное устройство, содержащее питатель топлива, систему первичного дутья и, по крайней мере, одно газоотводящее окно с соплом вторичного дутья, причем сопло вторичного дутья выполнено кольцевым с расположенными в кольцевом зазоре закручивающими лопатками и/или с закручивающей улиткой для подвода дутья.

РИСУНКИ

Рисунок 1