Многокамерное топочное устройство



Многокамерное топочное устройство
Многокамерное топочное устройство
Многокамерное топочное устройство
Многокамерное топочное устройство
Многокамерное топочное устройство

 


Владельцы патента RU 2425285:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих природный газ, и обеспечивает при его использовании снижение температуры в газозажигательных предтопках и продление периода их эксплуатации между ремонтами при снижении концентрации оксидов азота в продуктах сгорания. Указанный технический результат достигается в многокамерном топочном устройстве тем, что окна подачи дожигающего воздуха выполнены щелевыми, размещены в подовых перекрытиях предтопков параллельно щелевым окнам подачи зажигающего воздуха и разделены с ними перегородками шириной Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка, разделительные стены установлены над перегородками и ограничены высотой Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка, газоподводящие трубы подняты над подовыми перекрытиями предтопков на высоту Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка, а оси газовыпускных сопл развернуты относительно горизонтальных плоскостей симметрии газоподводящих труб на угол γ=10-40°, где Впредтопка и Нпредтопка - соответственно внутренние размеры ширины и высоты предтопка, м. 5 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих природный газ.

Известно многокамерное топочное устройство, содержащее вертикальную четырехгранную камеру сгорания с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным окном выпуска продуктов сгорания, подом, имеющим внутреннюю со стороны камеры сгорания и внешнюю поверхности и оснащенным вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен щелевыми амбразурами с вертикальными плоскостями симметрии, подключенные к амбразурам газозажигающие предтопки, имеющие собственные примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания и симметрично размещенные относительно вертикальных плоскостей симметрии амбразур фронтовые и задние стены, а также примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания боковые стены, подовые перекрытия с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен камеры сгорания щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха, окна подачи дожигающего воздуха, размещенные внутри предтопков разделительные стены, газоподводящие трубы с горизонтальными плоскостями симметрии, оснащенные осесимметричными газовыпускными соплами (Д.М.Хзмалян, Я.А.Каган. Теория горения и топочные устройства. М., Энергия, 1976, с.458-473). Недостатком многокамерного топочного устройства является высокая концентрация оксидов азота в отводимых продуктах сгорания, а также высокий уровень температуры факела в газозажигающих предтопках, их короткий межремонтный эксплуатационный период.

Известно многокамерное топочное устройство, содержащее вертикальную четырехгранную камеру сгорания с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным окном выпуска продуктов сгорания, подом, имеющим внутреннюю со стороны камеры сгорания и внешнюю поверхности и оснащенным вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен щелевыми амбразурами с вертикальными плоскостями симметрии, подключенные к амбразурам газозажигающие предтопки, имеющие собственные примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания и симметрично размещенные относительно вертикальных плоскостей симметрии амбразур фронтовые и задние стены, а также примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания боковые стены, подовые перекрытия с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен камеры сгорания щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха, окна подачи дожигающего воздуха, размещенные внутри предтопков разделительные стены, газоподводящие трубы с горизонтальными плоскостями симметрии, оснащенные осесимметричными газовыпускными соплами (авторское свидетельство СССР № 879142, МПК F23C 5/28 от 30.01.80 г.; Б.И. № 41 от 07.11.81 г.). Недостатком многокамерного топочного устройства является высокая концентрация оксидов азота в отводимых продуктах сгорания, а также высокий уровень температуры факела в газозажигающих предтопках, их короткий межремонтный эксплуатационный период.

Известно наиболее близкое многокамерное топочное устройство, содержащее вертикальную четырехгранную камеру сгорания с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным окном выпуска продуктов сгорания, подом, имеющим внутреннюю со стороны камеры сгорания и внешнюю поверхности и оснащенным вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен щелевыми амбразурами с вертикальными плоскостями симметрии, подключенные к амбразурам газозажигающие предтопки, имеющие собственные примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания и симметрично размещенные относительно вертикальных плоскостей симметрии амбразур фронтовые и задние стены, а также примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания боковые стены, подовые перекрытия с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен камеры сгорания щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха, окна подачи дожигающего воздуха, размещенные внутри предтопков разделительные стены и вытянутые над щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха газоподводящие трубы с горизонтальными плоскостями симметрии, оснащенные осесимметричными газовыпускными соплами с осями симметрии, развернутыми в сторону щелевых амбразур пода камеры сгорания (В.И.Панин. Котельные установки малой и средней мощности. Издательство литературы по строительству, М., 1968, с.151, рис.36). Недостатки данного устройства - те же, что и вышеописанных устройств, а именно высокая концентрация оксидов азота в отводимых продуктах сгорания, а также высокий уровень температуры факела в газозажигающих предтопках, их короткий межремонтный эксплуатационный период.

Задачей изобретения является снижение температуры в газозажигательных предтопках и продление периода их эксплуатации между ремонтами, а также уменьшение концентрации оксидов азота в отводимых из многокамерного топочного устройства продуктах сгорания.

Для решения поставленной задачи предлагается в многокамерном топочном устройстве, содержащем вертикальную четырехгранную камеру сгорания с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным окном выпуска продуктов сгорания, подом, имеющим внутреннюю со стороны камеры сгорания и внешнюю поверхности и оснащенным вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен щелевыми амбразурами с вертикальными плоскостями симметрии, подключенные к амбразурам газозажигающие предтопки, имеющие собственные примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания и симметрично размещенные относительно вертикальных плоскостей симметрии амбразур фронтовые и задние стены, а также примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания боковые стены, подовые перекрытия с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен камеры сгорания щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха, окна подачи дожигающего воздуха, размещенные внутри предтопков разделительные стены и вытянутые над щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха газоподводящие трубы с горизонтальными плоскостями симметрии, оснащенные осесимметричными газовыпускными соплами с осями симметрии, развернутыми в сторону щелевых амбразур пода камеры сгорания, окна подачи дожигающего воздуха также выполнить щелевыми, разместить в подовых перекрытиях предтопков параллельно щелевым окнам подачи зажигающего воздуха и разделить их перегородками шириной Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка, разделительные стены установить над перегородками и ограничить их высоту Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка, газоподводящие трубы поднять над подовыми перекрытиями предтопков на высоту Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка, а оси газовыпускных сопл развернуть относительно горизонтальных плоскостей симметрии газоподводящих труб на угол γ=10-40°, где Впредтопка и Нпредтопка - соответственно внутренние размеры ширины и высоты предтопка, м.

Выполнением окон подачи дожигающего воздуха щелевыми с размещением в подовых перекрытиях предтопков параллельно щелевым окнам подачи зажигающего воздуха и установкой между окнами подачи зажигающего и дожигающего воздуха перегородок шириной Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка, где Впредтопка - внутренний размер ширины предтопка, м, достигается минимизация выхода оксидов азота в продуктах сгорания. Диапазон параметра Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка является оптимальным: так при Вперегородки=0,2·Впредтопка относительная концентрация оксидов азота в продуктах сгорания составляет , где - значение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания ближайшего аналога, мг/нм3 (В.И.Панин. Котельные установки малой и средней мощности. Издательство литературы по строительству, М., 1968, с.151, рис.36). При незначительном отклонении величины Вперегородки в большую или меньшую стороны параметр . При достижении Вперегородки=0,05·Впредтопка и Вперегородки=0,35·Впредтопка параметр , то есть незначительно увеличивается. Как только Вперегородки<0,05·Впредтопка и Вперегородки>0,35·Впредтопка (например, Вперегородки=0,04·Впредтопка и Вперегородки=0,36·Впредтопка), контролируемый параметр NOx резко скачкообразно увеличивается, принимая значения , то есть эффект снижения концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания пропадает.

Установкой разделительных стен непосредственно над оконными перегородками с ограничением высоты стен Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка и установкой газоподводящих труб на высоте Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка с разворотом осей газовыпускных сопл относительно горизонтальных осей газоподводящих труб на угол γ=10-40° достигается минимизация температурного уровня факела в газозажигающих предтопках, обуславливающая повышение межремонтного срока службы. Обозначенные диапазоны параметров Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка, Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка, γ=10-40° являются оптимальными. Так, если Нстен=0,3·Нпредтопка, Нгаз=0,7·Нпредтопка, γ=20°, относительная температура факела в газозажигающем предтопке имеет значения , где - температура факела в газозажигающем предтопке ближайшего аналога (В.И.Панин. Котельные установки малой и средней мощности. Издательство литературы по строительству, М., 1968, с.151, рис.36). При незначительном отклонении параметров Нстен, Нгаз, γ в большую или меньшую стороны . При выходе на граничные значения Нстен=0,05·Нпредтопка, Нстен=0,45·Нпредтопка, Нгаз=0,50·Нпредтопка, Нгаз=0,85·Нпредтопка, γ=10°, γ=40° величина , незначительно начинает увеличиваться. Но, как только происходит выход хотя бы незначительно и хотя бы одного из параметров за обозначенные границы, например, Нстен=0,04·Нпредтопка, Нстен=0,46·Нпредтопка, Нгаз=0,49·Нпредтопка, Нгаз=0,86·Нпредтопка, γ=9°, γ=41°, резко скачкообразно увеличивается относительная температура , то есть эффект снижения температуры факела в газозажигающих предтопках пропадает.

Сущность изобретения показана на чертежах, где на фиг.1 представлена схема многокамерного топочного устройства с экранированной призматической квадратной камерой сгорания и двумя газозажигающими предтопками, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез по А-А на фиг.1;

на фиг.3 - то же, разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 представлен продольный профиль многокамерного топочного устройства с частично экранированной камерой сгорания сложной конфигурации и четырьмя газозажигающими предтопками; на фиг.5 - то же, разрез по В-В на фиг.4.

Многокамерное топочное устройство на фиг.1-3 имеет вертикальную четырехгранную камеру сгорания 1 с фронтовой и задней стенами 2, 3 соответственно, боковыми стенами 4, 5, потолочным окном 6 выпуска продуктов сгорания, подом 7 с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен 2, 3 щелевыми амбразурами 8, 9 соответственно, подключенные к амбразурам 8, 9 газозажигающие предтопки 10, 11, имеющие собственные примыкающие к внешней поверхности 12 пода 7 камеры сгорания 1 и симметрично размещенные относительно вертикальных плоскостей симметрии 13, 14 амбразур 8, 9 фронтовые и задние стены 15, 16 и 17, 18 соответственно, а также примыкающие к внешней поверхности 12 пода 7 камеры сгорания 1 боковые стены 19, 20 и 21, 22, подовые перекрытия 23, 24 с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен 2, 3 камеры сгорания 1 щелевыми окнами 25, 26 подачи зажигающего воздуха, окна 27, 28 подачи дожигающего воздуха, размещенные внутри предтопков 10, 11 разделительные стены 29, 30 и вытянутые над щелевыми окнами 25, 26 подачи зажигающего воздуха газоподводящие трубы 31, 32 с горизонтальными плоскостями симметрии 33, 34 и осесимметричными газовыпускными соплами 35, 36 с осями симметрии 37, 38, развернутыми в сторону амбразур 8, 9. Особенностью многокамерного топочного устройства является выполнение окон 27, 28 подачи дожигающего воздуха щелевыми, их размещение в подовых перекрытиях 23, 24 предтопков 10, 11 параллельно щелевым окнам 25, 26 подачи зажигающего воздуха с разделением окон 25, 26 и 27, 28 перегородками 39, 40 шириной Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка, а также установка разделительных стен 29, 30 над перегородками 39, 40, ограничение их высоты Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка, поднятие газоподводящих труб 31, 32 над подовыми перекрытиями 23, 24 предтопков 10, 11 на высоту Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка с разворотом осей 37, 38 газовыпускных сопл 35, 36 относительно горизонтальных плоскостей симметрии 33, 34 газоподводящих труб 31, 32 на угол γ=10-40°, где Впредтопка и Нпредтопка - соответственно внутренние размеры ширины и высоты предтопка, м.

Работа многокамерного топочного устройства осуществляется путем подачи в щелевые окна 25, 26 потоков зажигающего воздуха, а в сопла 35, 36 газа; в щелевые окна 27, 28 подают потоки дожигающего воздуха. Первоначально воспламеняется смесь реагентов из окон 25, 26 и сопл 35, 36, которая поступает в амбразуры 8, 9. Туда же поступает поток свежего воздуха из окон 27, 28. В амбразурах 8, 9 начинается турбулентное взаимодействие воспламенившегося факела и свежего воздуха. Последние, истекая из амбразур 8, 9 в камеру сгорания 1, доокисляют остатки горючих веществ газа с выделением тепла, которое передается настенным экранам 41. Нагреваемая в экранах 41 вода превращается в пар, подаваемый на турбины для выработки электроэнергии. Последние на фиг.1, 2, 3 не показаны. В процессе работы многокамерного топочного устройства регулируют расходы зажигающего и дожигающего воздуха регуляторами расхода 42, 43, 44, 45, установленными на подводящих воздуховодах 46, 47, 48, 49. На этих же подводящих воздуховодах для выравнивания профиля скорости установлены выравнивающие решетки, которые на фиг.1, 2, 3 не показаны.

Выполнением окон подачи дожигающего воздуха щелевыми с размещением в подовых перекрытиях предтопков параллельно щелевым окнам подачи зажигающего воздуха и установкой между окнами подачи зажигающего и дожигающего воздуха перегородок шириной Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка, где Впредтопка - внутренний размер ширины предтопка, м, достигается минимизация выхода оксидов азота в продуктах сгорания. Диапазон параметра Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка является оптимальным: так при Вперегородки=0,2·Впредтопка относительная концентрация оксидов азота в продуктах сгорания составляет , где - значение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания ближайшего аналога, мг/нм3 (В.И.Панин. Котельные установки малой и средней мощности. Издательство литературы по строительству, М., 1968, с.151, рис.36). При незначительном отклонении величины Вперегородки в большую или меньшую стороны параметр . При достижении Вперегородки=0,05·Впредтопка и Вперегородки=0,35·Впредтопка параметр , то есть незначительно увеличивается. Как только Вперегородки<0,05·Впредтопка и Вперегородки>0,35·Впредтопка (например, Вперегородки=0,04·Впредтопка и Вперегородки=0,36·Впредтопка), контролируемый параметр NOx резко скачкообразно увеличивается, принимая значения то есть эффект снижения концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания пропадает.

Установкой разделительных стен непосредственно над оконными перегородками с ограничением высоты стен Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка и установкой газоподводящих труб на высоте Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка с разворотом осей газовыпускных сопл относительно горизонтальных осей газоподводящих труб на угол γ=10-40° достигается минимизация температурного уровня факела в газозажигающих предтопках, обуславливающая повышение межремонтного срока службы. Обозначенные диапазоны параметров Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка, Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка, γ=10-40° являются оптимальными. Так, если Нстен=0,3·Нпредтопка, Нгаз=0,7·Нпредтопка, γ=20°, относительная температура факела в газозажигающем предтопке имеет значения , где - температура факела в газозажигающем предтопке ближайшего аналога (В.И.Панин. Котельные установки малой и средней мощности. Издательство литературы по строительству, М., 1968, с.151, рис.36). При незначительном отклонении параметров Нстен, Нгаз, γ в большую или меньшую стороны . При выходе на граничные значения Нстен=0,05·Нпредтопка, Нстен=0,45·Нпредтопка, Нгаз=0,50·Нпредтопка, Нгаз=0,85·Нпредтопка, γ=10°, γ=40° величина , незначительно начинает увеличиваться. Но, как только происходит выход хотя бы незначительно и хотя бы одного из параметров за обозначенные границы, например, Нстен=0,04·Нпредтопка, Нстен=0,46·Нпредтопка, Нгаз=0,49·Нпредтопка, Нгаз=0,86·Нпредтопка, γ=9°, γ=41°, резко скачкообразно увеличивается относительная температура , то есть эффект снижения температуры факела в газозажигающих предтопках пропадает.

Многокамерное топочное устройство может в деталях отличаться от устройства на фиг.1, 2, 3. В частности, на фиг.4, 5 представлено многокамерное топочное устройство с камерой сгорания сложного профиля и четырьмя газозажигающими предтопками. Здесь камера сгорания 1 также имеет фронтовую, заднюю и боковые стены 2, 3, 4, 5 соответственно, окно выпуска продуктов сгорания 6 и под 7 с щелевыми амбразурами. К четырем амбразурам 51, 52, 53, 54 подключены четыре газозажигающих предтопка 55, 56, 57, 58. Внутреннее содержание предтопков 55, 56, 57, 58 и работа многокамерного топочного устройства на фиг.4, 5 соответствуют описанию многокамерного топочного устройства на фиг.1, 2, 3 и его работе.

Возможны иные варианты форм камер сгорания и количества предтопков.

Практическая применимость многокамерного топочного устройства связана с котлами ТЭС, работающими на газе и оборудованными подовой системой подачи в топку реагентов. Конструктивное оформление амбразур и их размеры напрямую связаны со скоростными и тепловыми режимами работы камеры сгорания многокамерного топочного устройства и котла. В объем настоящего изобретения они не входят, являются предметом отдельных изучения и анализа. При выполнении многокамерного топочного устройства по заявленному предложению на котлах паропроизводительностью 50 т/ч Челябинской ГРЭС достигнуто снижение температурного уровня амбразур и концентрации оксидов азота более чем вдвое по сравнению с ближайшим аналогом (В.И.Панин. Котельные установки малой и средней мощности. Издательство литературы по строительству, М., 1968, с.151, рис.36).

Многокамерное топочное устройство, содержащее вертикальную четырехгранную камеру сгорания с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным окном выпуска продуктов сгорания, подом, имеющим внутреннюю со стороны камеры сгорания и внешнюю поверхности и оснащенным вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен щелевыми амбразурами с вертикальными плоскостями симметрии, подключенные к амбразурам газозажигающие предтопки, имеющие собственные примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания и симметрично размещенные относительно вертикальных плоскостей симметрии амбразур фронтовые и задние стены, а также примыкающие к внешней поверхности пода камеры сгорания боковые стены, подовые перекрытия с вытянутыми вдоль фронтовой и задней стен камеры сгорания щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха, окна подачи дожигающего воздуха, размещенные внутри предтопков разделительные стены и вытянутые над щелевыми окнами подачи зажигающего воздуха газоподводящие трубы с горизонтальными плоскостями симметрии, оснащенные осесимметричными газовыпускными соплами с осями симметрии, развернутыми в сторону щелевых амбразур пода камеры сгорания, отличающееся тем, что окна подачи дожигающего воздуха также выполнены щелевыми, размещены в подовых перекрытиях предтопков параллельно щелевым окнам подачи зажигающего воздуха и разделены с ними перегородками шириной Вперегородки=(0,05-0,35)·Впредтопка, разделительные стены установлены над перегородками и ограничены высотой Нстен=(0,05-0,45)·Нпредтопка, газоподводящие трубы подняты над подовыми перекрытиями предтопков на высоту Нгаз=(0,50-0,85)·Нпредтопка, а оси газовыпускных сопл развернуты относительно горизонтальных плоскостей симметрии газоподводящих труб на угол γ=10°-40°, где Впредтопка и Нпредтопка - соответственно внутренние размеры ширины и высоты предтопка, м.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для одновременного сжигания твердого и жидкого топлив в различных теплоэнергетических установках.

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для одновременного сжигания твердого и жидкого топлив в различных теплоэнергетических установках.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для производства горячих газов в различных теплотехнических устройствах, а также при экологическом уничтожении различных горючих смесей.
Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к способам сжигания горючих газов и паров и может быть использовано для утилизации низкокалорийных газовых смесей, обезвреживания горючих газообразных и жидких отходов, получения полезных химических продуктов.

Изобретение относится к способам сжигания горючих газов и паров и может быть использовано для утилизации низкокалорийных газовых смесей, обезвреживания горючих газообразных и жидких отходов, получения полезных химических продуктов.

Изобретение относится к способам сжигания горючих газов и паров и может быть использовано для утилизации низкокалорийных газовых смесей и обезвреживания горючих газообразных и жидких отходов.

Изобретение относится к способам сжигания горючих газов и паров и может быть использовано для утилизации низкокалорийных газовых смесей и обезвреживания горючих газообразных и жидких отходов.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топкам для сжигания жидкого топлива, может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств, и позволяет при его использовании упростить конструкцию и повысить КПД сжигания топлива за счет улучшения качества образования топливно-воздушной смеси.

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, а именно к газовой и газокапельной детонации, и может быть использовано для инициирования детонации горючей смеси в различных технологических устройствах и энергетических установках, в частности в импульсных детонационных двигателях

Изобретение относится к теплоэнергетике, огневым технологиям и может найти широкое применение в теплоэнергетических установках (котельные, домны и т.д.)

Изобретение относится к горелке для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в зону горения печи, такой как ротационная печь для производства цементного шлака или подобная ей печь

Изобретение относится к энергетике

Горелка // 2440535
Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих жидкое топливо, и обеспечивает снижение степени недожога топлива и концентрации оксидов азота при сжигании жидкого топлива и жидкотопливного шлама

Изобретение относится к улучшенной системе и способу зажигания газовой или дисперсной топливно-окислительной смеси, где газовая или дисперсная топливно-окислительная смесь подается в трубу детонатора, имеющую точку наполнения и открытый конец, и воспламенитель, расположенный у точки зажигания внутри трубы детонатора, который зажигается во время протекания газовой или дисперсной топливно-окислительной смеси по трубе детонатора
Наверх