Низкотемпературная вихревая экранированная топка для сжигания твердого топлива, обладающего большой парусностью
Владельцы патента RU 2251641:
Закрытое Акционерное Общество Совместное Предприятие "Энергософин" (RU)
Изобретение относится к котлостроению и может быть использовано при создании котлов, в топках которых сжигается топливо, обладающее большой парусностью, в частности лузга семян подсолнуха, гречихи, риса, содержащая в себе некоторое количество ядер семян и прочих растительных отходов. Низкотемпературная вихревая экранированная топка содержит фронтовой, задний и боковые экраны на соответствующих стенах топки. Задний экран в верхней части образует пережим, разделяющий топку на нижнюю и верхнюю камеры. На фронтовой стене топки в пределах нижней камеры расположено топливоподающее устройство, обращенное под наклоном вниз. В нижней камере установлены сопла воздушного дутья. При сжигании твердого топлива, обладающего большой парусностью, экраны топки выполнены газоплотными, задний экран в своей нижней части продолжен с образованием подового экрана, имеющего подъем от фронтового к заднему экрану. В нижней части подового экрана между трубами предусмотрены прерывистые просветы, под подовым экраном в зоне просветов помещен зольник, а сопла воздушного дутья установлены продольными рядами последовательно между трубами фронтового, подового и заднего экранов и направлены вдоль подового и заднего экранов в сторону от фронтового экрана к выходу из топки. Сопла каждого продольного ряда установлены в одной вертикальной плоскости, а на боковых стенах топки в зоне границы между нижней и верхней камерами установлены дополнительные дутьевые сопла окончательного дожига. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к котлостроению и может быть использовано при создании котлов, в топках которых сжигается топливо, обладающее большой парусностью, в частности лузга семян подсолнуха, гречихи, риса (в дальнейшем - лузга), содержащая в себе некоторое количество ядер семян и прочих растительных отходов.
Известна топка для сжигания травы, содержащая колосниковую решетку с нижним дутьем под решетку для подъема и сжигания травы, а также фронтовым дутьем для дожигания продуктов сгорания и организации их движения вверх с дальнейшим поворотом в горизонтальный газоход [1] - аналог. К недостаткам данного аналога можно отнести отсутствие экранирования, что ограничивает ее работу при низких нагрузках в результате зашлаковывания колосниковой решетки.
Известна наиболее близкая к изобретению по техническому существу и достигаемому эффекту низкотемпературная вихревая экранированная топка с фронтовым, задним и боковыми экранами на соответствующих стенах топки, причем задний экран в верхней части образует пережим, разделяющий топку на нижнюю и верхнюю камеры, расположенное на фронтовой стене топки в пределах нижней камеры и обращенное под наклоном вниз топливоподающее устройство, а также установленные в нижней камере сопла воздушного дутья - прототип [2]. Недостаток такой топки заключается в том, что топка, состоящая из экранных труб, не газоплотна и имеет присосы, которые отрицательно влияют на формирование процесса горения, требует установки мельницы, она не пригодна для сжигания относительно крупных и однородных по своему фракционному составу частиц топлива (лузги), обладающих большой парусностью, в топках котлов малой производительности (до 25 т/час), в которых таким способом невозможно сжечь лузгу до требуемых значений механического и химического недожога.
Достигаемым результатом изобретения является обеспечение возможности сжигания топлива, обладающего большой парусностью, без предварительной подготовки (измельчения, дробления) с изменением нагрузки от 100% до 30% с выгоранием ядер семян, исключения заноса поверхностей нагрева золой при выбросах оксидов азота в атмосферу в пределах нормативных значений.
Указанный результат обеспечивается тем, что в низкотемпературной вихревой экранированной топке, содержащей фронтовой, задний и боковые экраны на соответствующих стенах топки, причем задний экран в верхней части образует пережим, разделяющий топку на нижнюю и верхнюю камеры, расположенное на фронтовой стене топки в пределах нижней камеры и обращенное под наклоном вниз топливоподающее устройство, а также установленные в нижней камере сопла воздушного дутья, согласно изобретению экраны топки выполнены газоплотными, задний экран в своей нижней части продолжен с образованием подового экрана, имеющего подъем от фронтового к заднему экрану, в нижней части подового экрана между трубами предусмотрены прерывистые просветы, под подовым экраном в зоне просветов помещен зольник, а сопла воздушного дутья установлены продольными рядами последовательно между трубами фронтового, подового и заднего экранов и направлены вдоль подового и заднего экранов в сторону от фронтового экрана к выходу из топки, причем сопла каждого продольного ряда установлены в одной вертикальной плоскости.
На боковых стенах топки в зоне границы между нижней и верхней камерами могут быть установлены дополнительные дутьевые сопла окончательного дожига, направленные горизонтально или вниз под углом к горизонту, увеличивающимся в направлении от задней к фронтовой стене топки.
На боковых стенах нижней камеры могут быть установлены вихревые растопочные горелки с направлением крутки, совпадающим с направлением движения основного топливовоздушного потока.
На фиг.1 в качестве примера показан главный вид топки согласно изобретению для сжигания лузги; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1 в “соосном” варианте расположения дополнительных дутьевых сопел; на фиг.4 - разрез по Б-Б фиг.1 в варианте расположения дополнительных дутьевых сопел со смещением осей; на фиг.5 - вид по В-В фиг.1 (развертка) соосного размещения дополнительных сопел; на фиг.6 - разрез по Г-Г фиг.5
Низкотемпературная вихревая топка для сжигания лузги содержит фронтовой экран 1, задний экран 2 и боковые экраны 3 на соответствующих стенах топки, причем задний экран 2 в верхней части образует пережим 4 (фиг.1), разделяющий топку на нижнюю и верхнюю соответственно 5 и 6 камеры. На фронтовой стене топки в пределах нижней камеры 5 расположено обращенное под наклоном вниз топливоподающее устройство (питатель лузги) 7 (фиг.1, 2). Экраны топки выполнены газоплотными из сваренных между собой плавниковых труб 8 (фиг.6). Задний экран 2 в своей нижней части продолжен с образованием подового экрана 9 (фиг.1), имеющего подъем от фронтового 1 к заднему 2 экрану. В нижней части подового экрана 9 между трубами предусмотрены прерывистые просветы 10 (фиг.5 и 6), в зоне которых под подовым экраном 9 помещен зольник 11 (фиг.1). Сопла 12, 13, 14 воздушного дутья установлены продольными рядами последовательно между трубами соответственно фронтового экрана 1, подового экрана 9 и заднего экрана 2 и направлены вдоль подового и заднего экранов в сторону от фронтового экрана к выходу из топки, причем сопла каждого продольного ряда установлены в одной вертикальной плоскости. На боковых стенах топки в зоне границы между нижней 5 и верхней 6 камерами установлены дополнительные дутьевые сопла 15 окончательного дожига, которые могут быть направлены горизонтально или вниз, под углом α=5-75° к горизонтальной плоскости, увеличивающимся в направлении от задней к фронтовой стене топки. На боковых стенах нижней камеры 5 установлены вихревые растопочные горелки 16 с направлением крутки, совпадающим с направлением движения основного топливовоздушного потока (фиг.1). Каждая группа дутьевых сопел 12-15 объединена воздушным коробом 17 с установленными в нем шибером 18.
Топка согласно изобретению работает следующим образом.
Посредством вихревых растопочных горелок 16 с помощью вспомогательного топлива (газ, мазут) производят растопку, причем крутка растопочных вихревых горелок производят в направлении, совпадающим с направлением основного дутья через сопла 12, 13, 14. При достижении требуемой определенной температуры газов в нижнюю камеру 5 основного горения постепенно подают воздух через сопла 12, 13, 14 с последующей постепенно увеличивающейся подачей лузги через питатель 7 и одновременной подачей воздуха через сопла 15.
Выполнение топки в целом газоплотной из цельносварных мембранных экранов 1, 2, 3, 9 исключает присосы воздуха, оказывающие отрицательное влияние на формирование процесса горения. Возможность подачи лузги на горение через питатель 7 без предварительной подготовки исключает необходимость установки размольной мельницы. Так как лузга обладает большой парусностью, размеры камеры 5 по глубине и скорость воздуха в соплах 12, 13, 14 и расстояние от подового экрана 9 до сопла 12 рассчитываются такими, чтобы горящая лузга двигалась вместе с газами во взвешенном состоянии и выгорела до входа в камеру 6. Наличие шиберов 18 на входе в группы сопел 12, 13, 14, 15 позволяет корректировать процесс горения при наладке, при уменьшении нагрузки, последовательно уменьшать расход воздуха через сопла 14, затем сопла 13, чем обеспечивается устойчивый и полный процесс сжигания лузги. Расположение сопел 12, 13, 14 соосно поддерживает и стабилизирует вихревое движение газов, что также способствует более полному выгоранию лузги. Так как скорости газовоздушного потока в районе стыка фронтового экрана 1 с подовым экраном 9 различны (по оси сопла скорость воздуха максимальная, а между соплами минимальная), то при равномерном разбрасывании питателем 7 лузги по ширине пода она подвергается неравномерному воздействию дутьевого потока, что приводит к выпадению тяжелых частиц, как правило, семян с ядрами, на под. Эти частицы далее проваливаются через щели 10, прорезанные в плавниках подового экрана 9, в зольник 11 с последующим удалением их в отвал. Лузга, содержащая ядра семян, обладающих большей плотностью и другим составом горючих веществ, движется с меньшей скоростью, чем остальная лузга, и под воздействием гравитационных и центробежных сил на повороте сепарируется в зольник 11 через щели 10 в подовом экране 9, либо выгорает до коксового состояния или полностью. Окончательное дожигание несгоревших частиц лузги и кокса осуществляется при подаче воздуха через сопла 15 с направлением дутья горизонтально или вниз под углом α, последовательно увеличивающимся по ходу газов в каждой паре противоположных сопел с целью поддержания вихря с подсосом горячих газов, а также возврата несгоревших частиц в зону горения и дожигания их. Расположение сопел 15 под углом α к горизонтальной плоскости с достаточной дальнобойностью воздушных струй обеспечивает удаление зольных отложений на боковых экранах 3 и подовом экране 9. Подсоединение сопел 15 к соответствующему воздушному коробу 17 выполнено так, что позволяет корректировать процесс горения при наладке изменением угла α. Так как горение лузги дистанцировано от узла подачи лузги со ступенчатой подачей воздуха последовательно через сопла 12, 13, 14 и 15, процесс горения растягивается по длине факела и во времени, что определяет относительно низкий уровень температуры горения и соответственно исключает плавление и спекание золы, а также снижает уровень образования оксидов азота.
Источники информации
1. Японский патент №3058534, 7 F 23 G 7/10, 2000.
2. Патент РФ №2132016, 6 F 23 C 5/24, 1997.
1. Низкотемпературная вихревая экранированная топка, содержащая фронтовой, задний и боковые экраны на соответствующих стенах топки, причем задний экран в верхней части образует пережим, разделяющий топку на нижнюю и верхнюю камеры, расположенное на фронтовой стене топки в пределах нижней камеры и обращенное под наклоном вниз топливоподающее устройство, а также установленные в нижней камере сопла воздушного дутья, отличающаяся тем, что при сжигании твердого топлива, обладающего большой парусностью, экраны топки выполнены газоплотными, задний экран в своей нижней части продолжен с образованием подового экрана, имеющего подъем от фронтового к заднему экрану, в нижней части подового экрана между трубами предусмотрены прерывистые просветы, под подовым экраном в зоне просветов помещен зольник, а сопла воздушного дутья установлены продольными рядами последовательно между трубами фронтового, подового и заднего экранов и направлены вдоль подового и заднего экранов в сторону от фронтового экрана к выходу из топки, причем сопла каждого продольного ряда установлены в одной вертикальной плоскости, а на боковых стенах топки в зоне границы между нижней и верхней камерами установлены дополнительные дутьевые сопла окончательного дожига.
2. Низкотемпературная вихревая экранированная топка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные дутьевые сопла направлены горизонтально.
3. Низкотемпературная вихревая экранированная топка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные дутьевые сопла направлены вниз под углом к горизонтальной плоскости, увеличивающимся в направлении от задней к фронтовой стене топки.
4. Низкотемпературная вихревая экранированная топка по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что на боковых стенах нижней камеры установлены вихревые растопочные горелки с направлением крутки, совпадающим с направлением движения основного топливовоздушного потока.
