Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой

Изобретение относится к энергетике и касается разработки слоевых котлов, универсальных по типам сжигаемых топлив и отходов при условии их минимальной подготовки и с организацией экономичного вихревого сжигания с повышенными экологическими показателями, причем как отдельно, так и при совместном сжигании разных топлив. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой содержит слоевое топочное устройство, включающее питатели топлива, колосниковую решетку и тракт выгрузки золы, установленные под вихревой камерой сгорания, образованной стенами из обмуровки и топочных экранов, с газоотводящим окном, расположенным на потолочном экране, и соплами вторичного дутья, причем часть этих сопл установлена на стенах, ориентирована тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря с осью, проходящей через газоотводящее окно, и направлена по ходу вращения вихря и вниз, в сторону колосниковой решетки, а часть сопл вторичного дутья установлена в углах камеры сгорания, и они направлены вниз, причем газоотводящее окно выполнено в виде защищенного обмуровкой и трубами выступающего в вихревую камеру сгорания отрезка воздуховода в форме полого конуса с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов, на торцевой и боковых поверхностях которого установлены ориентированные тангенциально и направленные в топку сопла дожигающего дутья. В итоге обеспечивается глубокое выжигание горючих из слоя, уноса и летучих, причем благодаря ступенчатой подаче дутья по экологически эффективной схеме с оптимальным по применяемому топливу слоевым топочным устройством. 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к промышленной энергетике, касается разработки слоевых котлов, универсальных по типам сжигаемых топлив и отходов при условии их минимальной подготовки, с организацией экономичного вихревого сжигания с повышенными экологическими показателями.

На сегодня наиболее универсальными являются применяемые в электроэнергетике пылеугольные котлы, оборудованные пылеугольными горелками и системой пылеприготовления, обеспечивающей получение пылевидного топлива, которое интенсивно горит в факеле вне зависимости от качества исходного угля, а также котлы с циркулирующим кипящим слоем.

В промышленной энергетике наиболее распространены слоевые котлы. Среди аналогов известны пылеугольные котлы с вихревой камерой сгорания и пылеугольными горелками, имеющие дополнительное слоевое топочное устройство [1. Патент РФ №86705 на полезную модель], которое повышает эффективность горения.

Известен слоевой котел [2. А.с. СССР 343114] с вертикальной вихревой камерой сгорания, которая образована стенами из обмуровки и топочных экранов и имеет газоотводящее окно (горловина), расположенное сверху. При этом слоевое топочное устройство выполнено в виде пневматического эжектора с дозатором топлива, включает тракт выгрузки золы и колосник, в простейшем случае роль которого выполняет под топки. Топливовоздушная струя ориентирована тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря и создает в камере сгорания вихревые течения, что обеспечивает интенсивное перемешивание топлива с дутьем и возможность сжигания высокореакционных измельченных топ лив: опилок, лузги и других во взвешенном состоянии и частично в слое, на колоснике и поде топки.

Отметим, что в обеих топках импульс горелок, топливовоздушных и воздушных струй используется для создания вихревой аэродинамики.

Недостатком обоих аналогов, использующих слоевое дожигание крупных частиц совместно с пылеугольным сжиганием, является плохое удержание частиц в камере сгорания и значительный недожог с уносом, особенно при ограниченной высоте камеры сгорания, а также высокие концентрации оксидов азота и других загрязняющих выбросов.

Наиболее стабильным слоевым топочным процессом обладают слоевые котлы с кипящим слоем [3. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов В.И. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996. Рис. 5.12]. Большая масса кипящего слоя из горячей золы располагается на воздухораспределительной (колосниковой) решетке, позволяет сжигать бурые и другие низкосортные угли, торф, древесные отходы типа щепы и углесодержащие отходы при содержании в слое не более 1-5% горючего. Соответственно, при удалении избытка золы из слоя почти нет потерь с недожогом, и котлы сравнительно универсальны по типам топлива. Но, с другой стороны, работа данного типа котлов характеризуется повышенным уносом, недожог топлива составляет до 30%, и, соответственно, котлы имеют низкую экономичность.

Развитие этих устройств привело к разработке слоевых котлов с циркулирующим кипящим слоем, которые имеют вынесенные уловители циркулирующих частиц и вынесенные теплообменники циркулирующих частиц. [4. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов В.И. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996. Рис. 5.32]. Эти котлы имеют высокие показатели по экономичности и экологии, не требовательны к подготовке топлива и наиболее универсальны по применяемым топливам и отходам.

Недостатками этих котлов является высокая стоимость эксплуатации и заметно большие капитальные затраты на их строительство. Поэтому практически по данной схеме, как и по схеме пылеугольного сжигания, создаются только мощные котлы, применяемые в электроэнергетике. В промышленной энергетике наряду с указанными выше [1-3] типично применяются слоевые котлы малой и средней мощности с механизированными слоевыми топками, которые также рассмотрены в качестве аналогов ниже. Слоевые котлы имеют слоевое топочное устройство, включающее, как правило, питатели топлива, механизированную колосниковую (воздухораспределительную) решетку с каналами подачи первичного дутья, тракт выгрузки золы и установленную над ним образованную стенами из обмуровки и топочных экранов камеру сгорания с соплами вторичного дутья. Конкретно оптимальная конструкция слоевого топочного устройства определяется типом сжигаемых топлив.

Для сжигания углей широко распространены слоевые котлы с цепными подвижными решетками и неподвижными механизированными колосниками. Котлы с цепными решетками могу выполняться с питателями топлива в виде пневмомеханических забрасывателей и решетками обратного хода. [5. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1977. Рис. 6-10]. В них топливо частично воспламеняется в полете горячими продуктами горения. Но, с другой стороны, мелкие частицы легко увлекаются горячими продуктами горения и уносятся из топки, не успевая сгореть. Не успевают полностью сгореть и крупные куски угля в слое. В итоге работа этих котлов имеет низкую экономичность и повышенные выбросы загрязняющих веществ.

Котлы с цепными решетками прямого хода имеют загрузку слоя угля из бункера непосредственно на движущуюся решетку. [6. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1977. Рис. 6-22]. Соответственно, вынос мелочи в них меньший. Однако неравномерность горения по длине слоя, не полное догорание крупных кусков угля и слабое перемешивание потоков также не дают хорошего выжигания горючих. Работа этих котлов также характеризуется низкой экономичностью, дымлением и повышенными выбросами.

Известны котлы с узкой цепной решеткой, устанавливаемой наклонно, с образованием в нижней части зоны высокотемпературного кипящего слоя [7. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов В.И. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996. Рис. 5.50]. В зону высокотемпературного кипящего слоя при высокой форсировке процесса подается до 50% дутья. Работа котлов сопровождается большой неравномерностью горения по длине слоя, интенсивными выбросами из кипящего слоя и характеризуется низкой экономичностью, дымлением и повышенными выбросами загрязнений.

В менее мощных слоевых котлах для сжигания углей также часто применяются топки с шурующей планкой. [8. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1977. Рис. 6-3]. Шурующая планка возвратно-поступательными движениями загружает и перемещает топливо, причем также вдоль оси топки перемешивает горящий слой, выгружает шлак, обеспечивая сжигание угля при минимальном участии персонала. Эти котлы также характеризуются низкой экономичностью и повышенными выбросами загрязняющих и вредных веществ, особенно в период ходов планки.

Котлы с топками ретортного типа имеют нижнюю подачу топлива, типично они используются для сжигания древесных отходов и других биотоплив. [9. Нечаев Е.В., Лубнин А.Ф. Механические топки для котлов малой и средней мощности. Энергия, 1968. Рис. 2-1в, рис. 2-9]. При этом топливо выдвигается на колосники в горящем виде. Однако из-за сложности организации распределения дожигающего дутья и дожигания коксового остатка слоевые котлы с ретортными топками также характеризуется низкой экономичностью, дымлением и повышенными выбросами загрязняющих веществ.

Для сжигания торфа, кородревесных типа щепы и влажных растительных отходов широкое применение нашли котлы с простыми топками шахтного типа и наклонным колосником. Наклонный колосник обеспечивает спонтанное продвижение горящего слоя в тракт выгрузки золы и длительное пребывание сырого топлива в топке, необходимое для его сушки и воспламенения. [10. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1977. Рис. 3-4]. Недостатками этих котлов является низкая стабильность и интенсивность горения, соответственно, малая мощность, большой недожог, дымление и повышенные выбросы загрязняющих и вредных веществ.

В развитие этой идеи для стабилизации и интенсификации горения, а также механизации на влажных топливах в качестве слоевого топочного устройства нашла применение комбинированная топка, включающая цепную механическую решетку прямого хода, предвключенный наклонный колосник и пылеугольные горелки. При этом топливо, по меньшей мере его часть, подается через вихревые горелки и стабилизирует топочный процесс [11. Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. М.: Энергия, 1972. Рис. 1-9]. Отметим, что по аналогии в качестве аналогов можно предложить и рассмотреть такие комбинации известных топочных устройств:

- Топки, в которых топливо, по меньшей мере его часть, подается через пылеугольные горелки, и это стабилизирует горение в слое;

- Топка с шурующей планкой и предвключенный наклонный колосник;

- Топка с шурующей планкой и предвключенная ретортная топка.

Шурующая планка позволяет механизировать и автоматизировать работу котла. Возвратно-поступательными движениями она перемещает и перемешивает горящий слой и выгружает шлак в тракт выгрузки золы. Однако и в этих случаях имеются отмеченные выше недостатки. Из-за слабого удержания в топке уноса и особенностей работы шурующей планки котлы имеют низкую экономичность, дымление и повышенные выбросы загрязняющих и вредных веществ, особенно в период ходов планки.

Сравнительно универсальными являются слоевые котлы с переталкивающими решетками, обеспечивающими интенсивную сушку, воспламенение, перемешивание и продвижение горящего слоя в тракт выгрузки золы [12. Нечаев Е.В., Лубнин А.Ф. Механические топки для котлов малой и средней мощности. Энергия, 1968. Рис. 2-6]. Эти слоевые котлы пригодны для сжигания торфа, кородревесных, растительных и других отходов. Их недостатками также является большой недожог с уносом топлива, дымление и повышенные выбросы вредных веществ, особенно при ворошении слоя.

На основе анализа описаний аналогов [1-12] установлено, что в котлах промышленной энергетики имеется большой класс слоевых топочных устройств. Они приспособлены к сжиганию разных типов топлив и отходов, углей, торфа, опилок, лузги, щепы и других, как по отдельности, так и совместно, например, с подачей части топлива в горелки [11].

Как указано выше, все эти слоевые топочные устройства и котлы имеют общие недостатки:

- низкая экономичность из-за большого недожога и уноса мелочи из топки и неполного сгорания в слое крупных кусков топлива;

- низкие экологические характеристики из-за слабого перемешивания потоков над слоем и, соответственно, недожога топлива и повышенная эмиссия продуктов неполного сгорания и вредных веществ.

Известен выбранный в качестве прототипа [13. Патент РФ №RU 2230980] слоевой котел, имеющий слоевое топочное устройство с кипящим слоем, включающее питатели топлива, колосниковую решетку и тракт выгрузки золы, установленное в камере сгорания, образованной стенами из обмуровки и топочных экранов, с газоотводящим окном. Конструктивно газоотводящее окно выполнено в виде конфузора с полууглом раскрытия от 0 (цилиндр) до 35 градусов с установленными тангенциально и направленными встречно выходящему вихрю соплами дожигающего дутья. Сопла дожигающего дутья создают перед газоотводящим окном локальный вихрь, через который проходит поток продуктов сгорания, истекающий из вихревой топки.

Недостатками прототипа является отмеченная в аналогах низкая эффективность. Вихрь дожигающего дутья не воздействует на весь топочный объем камеры сгорания, не сопряжен с работой слоевого топочного устройства и не улучшает горения в слое, не разрешается и проблема дожигания уноса. В итоге прототип также характеризуется низкой экономичностью, высокими выбросами загрязняющих веществ. Кроме того, газоотводящее окно в виде конфузора не использует кинетическую энергию струи и создает повышенный перепад давления. Кирпичная кладка газоотводящего окна из-за высокотемпературных воздействий топочной среды быстро разрушается.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание для промышленной теплоэнергетики экономичных, имеющих повышенные экологические показатели, универсальных по типам сжигаемых топлив и отходов слоевых котлов с вертикальными вихревыми топками.

Поставленную задачу предлагается решить путем использования слоевых котлов с вертикальной вихревой топкой, имеющей слоевое топочное устройство (оптимальное по применяемому топливу), включающее питатели топлива, колосниковую решетку и тракт выгрузки золы, установленные под вихревой камерой сгорания, образованной стенами из обмуровки и топочных экранов, с газоотводящим окном, расположенным на потолочном экране и соплами вторичного дутья, причем часть этих сопл установлена на стенах, ориентирована тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря с осью, проходящей через газоотводящее окно, направлена по ходу вращения вихря и вниз, в сторону колосниковой решетки, а часть сопл вторичного дутья установлена в углах камеры сгорания, и они направлены вниз, причем газоотводящее окно выполнено в виде защищенного обмуровкой и трубами выступающего в вихревую камеру сгорания отрезка воздуховода в форме полого конуса с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов, на торцевой и боковых поверхностях которого установлены ориентированные тангенциально и направленные в топку сопла дожигающего дутья.

В основе изобретения лежит идея применения вихревой топки со встроенным в нее оптимальным по виду применяемого топлива слоевым топочным устройством. Этим обеспечивается следующий технический результат. Проходящее через слой первичное дутье обеспечивает сгорание крупных частиц топлива в слое, а также вынос из слоя мелочи и летучих в расположенный над слоем вихрь. В свою очередь вертикальный вихрь удерживает и выжигает при интенсивном перемешивании унос и летучие над слоем, зажигает слой искрами и активизирует (раздувает) его горение. В итоге создается экономичный, взаимно поддерживающийся стабильный топочный процесс с интенсивным перемешиванием и горением как над слоем, так и в слое по экологически эффективной схеме со ступенчатым дутьем.

Наличие сужения в виде газоотводящего окна и его конструкция также важны. Газоотводящее окно диафрагмирует выход, что, как известно [14. Алексеенко C.B. и др. Введение в теорию концентрированных вихрей. - Новосибирск: Институт теплофизики, 2003 г, стр. 402], обеспечивает стабильность вихревых образований. Пережим ускоряет вращение вихря и очистку потока от витающих частиц при входе вихря в газоотводящее окно и их удержание в камере сгорания. Конкретное выполнение газоотводящего окна на экране в виде защищенного обмуровкой и трубами выступающего в вихревую камеру сгорания отрезка воздуховода в форме полого конуса с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов, на торцевой и боковых поверхностях которого установлены направленные в топку сопла дожигающего дутья, обеспечивает следующий технический результат:

- надежную работу газоотводящих окон в отличие от прототипа, благодаря установке их на экранах и защите конструкции окна от воздействия топочной среды не только обмуровкой, но и трубами;

- повышенную эффективность удержания частиц в камере сгорания, благодаря выдвижению в ее объем и подаче дутья через направленные в топку, ориентированные тангенциально и отбрасывающие частицы обратно в топку одиночные и кольцевые сопла дожигающего дутья, установленные с возможностью создания в топке вихревого течения;

- регулируемую (на стадии проектирования) эффективность удержания частиц в камере сгорания с учетом реакционной способности топлива за счет возможности исполнения газоотводящего окна в форме конуса с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов.

Здесь предлагается, в отличие от прототипа [13. Патент РФ №RU 2230980], не ограничивать форму газоотводящего окна цилиндром и конфузором, а выполнять его с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов, то есть с возможностью в конструкции диффузора использовать кинетическую энергию торможения исходящей из камеры сгорания вихревой струи. Полуугол раскрытия свыше 35 градусов не представляет интереса, он не обеспечивает безотрывного течения и использования энергии торможения в диффузоре и эффективного взаимодействия вихрей в конфузоре [13]. Касаясь влияния топлива, укажем, что расширяющееся в виде диффузора окно с малым диаметром входа позволяет использовать энергию крутки и удержать в камере сгорания более мелкие частицы, что рекомендуется для антрацита и других низкореакционных топлив. Применение сужающегося окна, конфузора, позволяет дожечь быстро сгорающие частицы и рекомендуется для высокореакционных топлив: бурые угли, торф, лузга, древесные отходы.

Безусловно, на геометрию камеры сгорания будет влиять и конструкция собственно котла. Типично используются вертикальные топки с близким к квадратному сечением, и при формировании вихря с вертикальной осью, проходящей через газоотводящее окно, расположенное на потолочном экране, в угловых зонах будут формироваться вторичные вихри, заполняемые частицами. Поэтому установка в углах камеры сгорания сопл вторичного дутья, направленных вниз, позволит вовлечь в активный топочный процесс угловые зоны, дожечь и возвратить витающие частицы в слой.

Кроме этих, основных, в изобретении приведены конкретизирующие технические решения, отраженные в дополнительных пунктах формулы.

В дополнительном п.ф.и. 2 предлагается конкретизировать расположение сопл вторичного дутья по высоте топки, установить их ярусами. При этом за счет симметричной подачи вторичного дутья формируется более устойчивый вихрь и упрощается конструкция подводящих воздуховодов.

В дополнительных п.ф.и. 3-5 конкретизируется схема газоотводящих окон с соплами подачи дожигающего дутья в топочный объем с целью формирования в нем циркуляции, поддерживающей вихрь, а также дожигания и удержания (отбрасывания) уносимых частиц в топку. Предлагаются наиболее простые и эффективные устройства из числа известных. Использовать улиточный подвод дутья и закручивающие лопатки с кольцевыми соплами и ориентировать тангенциально (не радиально) сопла дожигающего дутья.

Последующие дополнительные признаки касаются выбора оптимального типа слоевых топочных устройств из числа рассмотренных аналогов.

В простейших случаях, п.ф.и. 6-8, топочное устройство может состоять из пневматических эжекторов с дозаторами топлива или горелок. Слой лежит на колоснике или на поду топки, а на формирование вихря используется почти вся энергия импульса топливовоздушных струй, обеспечивая высокую его интенсивность. Эти схемы применимы для высокореакционных топлив и отходов с высоким выходом летучих, состоящих из мелких частиц типа: лузга подсолнечника, опилки, пыль шлифования древесины. Легкие парусные частицы, сжигание которых в типовых топках составляет существенную проблему, удерживаются и сгорают в объеме вихревой камеры. Применение горелок обеспечивает закрутку топливовоздушной струи и лучшие условия воспламенения частиц топлива, особенно, п.ф.и. 8, при установке горелок в центре газоотводящих окон по реверсивной схеме, пригодной также и для сжигания измельченных углей.

В п.ф.и. 9 и 10 предлагается в качестве слоевого топочного устройства использовать топку кипящего слоя, которая расположена на воздухораспределительной решетке, а также топка кипящего слоя со сборным бункером частиц кипящего слоя, которые объединены между собой через выносной теплообменник кипящего слоя стояками с регулирующими клапанами потока частиц, причем топка кипящего слоя и сборный бункер смещены от оси вихря в противоположные стороны. Совмещение кипящего слоя и вертикальной вихревой камеры сгорания позволит более эффективно удерживать частицы в топке и выжигать горючие из уноса. Установка напротив топки кипящего слоя сборного бункера частиц кипящего слоя, подключенного к нему через вынесенный теплообменник, позволяет перераспределять теплосъем котла регулированием работы теплообменника. В итоге техническим результатом п.ф.и. 10 является возможность создания простых котлов с циркулирующим кипящим слоем без громоздких вынесенных циклонов с удержанием частиц непосредственно в вихревой камере сгорания [15. Баскаков А.П. и др. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996. Рис. 5.32].

В п.ф.и. 11-21 предлагаются известные механизированные слоевые топочные устройства, сопряженные с расположенным над слоем вертикальным вихрем, выходящим через установленное на потолочном экране газоотводящее окно. В частности, в качестве слоевого топочного устройства используется топка или с цепной механической колосниковой решеткой прямого хода, или обратного хода и забрасывателями топлива, или топка с высокотемпературным кипящем слоем, или топка с шурующей планкой, или топка с наклонно- переталкивающими колосниками, или топка с горизонтально- переталкивающими колосниками, или топка с наклонным колосником, или топка с цепной механической решеткой прямого хода и предвключенный наклонный колосник, или топка с шурующей планкой и предвключенный наклонный колосник, или в качестве слоевого топочного устройства используется ретортная топка, или топка с шурующей планкой и предвключенная ретортная топка.

Вихрь раздувает и стабилизирует горение в слое, обеспечивает удержание и глубокое выжигание горючих из витающих частиц при высоких экологических характеристиках за счет ступенчатой схемы подачи дутья. В итоге предлагаемое изобретение позволяет создать широкий типоразмерный ряд слоевых котлов с повышенными экономическими и экологическими показателями, универсальных по топливам, с оптимальными для конкретного топлива слоевыми топочными устройствами.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемами:

- продольного разреза котла с топкой кипящего слоя, на фигуре 1;

- котла с подачей топлива пневматическим эжектором и горелками, закрутка потока топливовоздушными струями, на фигуре 2;

- с применением горелки, установленной в центре газоотводящего окна по реверсивной схеме, на фигуре 3.

Слоевой котел 1 с вертикальной вихревой топкой имеет вихревую камеру сгорания 2, образованную стенами, выполненными внизу из обмуровки 3 и из расположенных выше топочных экранов боковых экранов 4 и потолочного экрана 5 с газоотводящим окном 6. В нижней части вихревой камеры сгорания 2 установлено слоевое топочное устройство, выполненное в виде кипящего слоя 7 золы с горящими в нем частицами угля, поддерживаемое воздухораспределительной решеткой 8. Воздухораспределительная решетка 8 служит для распределения и подачи первичного дутья, которое поступает от вентилятора 9 в воздушный короб 10 по воздуховодам 11 первичного дутья. Слоевое топочное устройство подключено с одной стороны к питателю топлива (системе подачи топлива), который включает дозатор 12 топлива с расходным бункером 13 топлива, а с другой к тракту 14 выгрузки золы.

Вихревая камера сгорания 2 имеет сопла вторичного дутья: ориентированные вниз угловые сопла 15 и сопла 16, которые направлены также вниз и ориентированы по ходу вихря с вертикальной осью 17, проходящей через газоотводящее окно 6. Причем сопла 16 вторичного дутья установлены тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря, условно показанного стрелками 18, 19. Сопла 15, 16 установлены ярусами и воздуховодами 20 подключены к вентилятору 21 вторичного дутья.

Газоотводящее окно 6 выполнено в виде отрезка воздуховода в форме полого конуса, выступающего в топку и защищенного от воздействия топочной среды трубами 22 разводки потолочного экрана 5. На его торцевой и боковых поверхностях установлены ориентированные тангенциально и направленные в топку сопла 23 дожигающего дутья. Газоотводящее окно 6 по потоку продуктов сгорания подключено к конвективному газоходу 24, который служит для съема тепла и охлаждения дымовых газов.

Для легких парусных частиц, фигура 2, в слоевом котле 1 устанавливается питатель топлива (система подачи топлива), который включает расходный бункер 13 и дозатор 12 топлива, подключенный к вихревой камере сгорания 2 через пневматический эжектор 25. Через эжектор 25 топливо вдувается в виде топливовоздушного потока, подаваемого вентилятором 9 первичного дутья. При этом важно, чтобы конечный участок эжектора 25 был направлен тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря, показанного стрелками 18, по ходу его вращения и наклонен в сторону слоя, так как это обеспечивает передачу импульса топливовоздушной смеси вихрю и подачу топлива в слой.

В варианте необходимости сжигания топлива в измельченном виде, фигуры 2 и 3, питатель топлива (система подачи топлива) включает расходный бункер 13 и дозатор 12 топлива, подключенный к горелкам 26 через мельницу (дробилку) 27. При этом для обеспечения передачи импульса топливовоздушной смеси вихрю и подачи топлива в слой важно, чтобы горелки 26, через которые топливо вдувается в виде топливовоздушных потоков с первичным воздухом, были направлены тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря, причем по ходу его вращения и наклонены в сторону слоя. Горелки могут иметь разное исполнение и расположение, в том числе они могут быть расположены в центре газоотводящего окна 6, фиг. 3. При этом устанавливают горелки 28 вихревого типа, причем с направлением крутки, совпадающим с направлением вращения вихря. Это обеспечивает передачу импульса топливовоздушной смеси вихрю и подачу топлива в слой.

Слоевой котел 1 с вертикальной вихревой топкой в варианте, показанном на фигуре 1, работает следующим образом. Топливо дозируется питателем 12 топлива из расходного бункера угля 13 в кипящий слой 7, ограниченный стенами из обмуровки 3, и сгорает в потоке первичного дутья. Дутье подается вентилятором 9 через воздуховоды 11 в воздушный короб 10 и распределяется воздухораспределительной решеткой 8. Образующаяся от горения угля зола выводится по тракту 14 выгрузки золы.

Далее продукты горения проходят вихревую камеру сгорания 2, ограниченную боковыми экранами 4 и потолочным экраном 5 сверху, и покидают ее через газоотводящее окно 6. Здесь, в вертикальной вихревой камере сгорания 2, за счет тангенциальных струй, истекающих из установленных ярусами сопл 16 вторичного дутья, а также из сопл 23 дожигающего дутья, которые направлены по ходу вихря и вниз, формируется вихрь с вертикальной осью вращения 17, условно показанный стрелками 18, 19. Поток продуктов неполного горения, исходящий из кипящего слоя 7, по мере подъема перемешивается со струями свежего дутья, горит, закручивается и очищается от частиц уноса центробежными силами, причем наиболее интенсивно при сужении вихря 19 на входе в газоотводящее окно 6. При этом в газоотводящем окне 6 осуществляется и экологически эффективное дожигание уноса во встречном потоке дожигающего дутья, которое поступает из сопл 23. Далее часть потока и задержанные частицы отклоняются к боковым экранам 4 за счет направленной вниз составляющей импульса струй, истекающих из сопл 16, 23 и особенно из угловых сопл 15. Этот поток опускается обратно вниз, в слой, поддерживает горение и обеспечивает экономичность за счет глубокого выжигания горючих частиц при минимальных избытках воздуха.

Вторичное и дожигающее дутье к соплам 15, 16 и 23 подается вентилятором 21 вторичного дутья по воздуховодам 20, и при этом установка сопл 15, 16 ярусами упрощает их подключение. Разводка труб 22 потолочного экрана 5 вокруг отрезка воздуховода в форме выступающего в топку полого конуса, который образует газоотводящее окно 6, защищает его от высокотемпературного воздействия топочной среды. Выделяющееся от сгорания топлива тепло воспринимается экранами 4, 5 и поверхностями нагрева, размещенными в конвективном газоходе 24, и нагревает теплоноситель.

В другом варианте слоевого котла 1, работающего на легких парусных частицах и измельченном топливе, топливо в вихревую топку 2 подают пневматически, в виде топливовоздушных потоков через пневматический эжектор 25 и горелки 26, фиг. 2. При этом топливо, в том числе измельчаемое в мельнице 27, вдувается с первичным воздухом, подаваемым вентиляторами 9 первичного дутья. Благодаря тому, что горелки 26 и конечный участок эжектора направлены тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря, показанного стрелками 18 и по ходу его вращения, импульс топливовоздушных струй полезно используется на поддержание вращения вихря. Причем, за счет наклона горелок 26 и конечного участка пневматического эжектора 25 в сторону слоя топливо непрерывно подается в горящий слой и поддерживает его стабильное горение в слое и вихревой камере сгорания 2.

В варианте установки вихревой горелки 28 в центре газоотводящего окна, фигура 3, причем с направлением крутки, показанным стрелками 18, вихрь в топке поддерживается импульсом вращающейся топливовоздушной струи, истекающей из вихревой горелки 28 и проникающей через газоотводящее окно 6 в вихревую камеру сгорания 2. В итоге легкие парусные частицы, сжигание которых в типовых топках составляет существенную проблему, удерживаются и сгорают в объеме вихревой камеры сгорания 2. Далее раскаленный поток продуктов сгорания выходит из вихревой камеры сгорания 2 по периферии газоотводящего окна 6 встречно (по реверсивной схеме) вращающейся топливовоздушной струе, истекающей из вихревой горелки 28, зажигает ее непосредственно в корне факела и поддерживает его горение.

Применение предлагаемого слоевого котла с вертикальной вихревой топкой для варианта токи с кипящим слоем, фиг. 1, в сравнении с прототипом [13. Патент РФ №RU 2230980] позволяет увеличить экономичность и экологические характеристики котла за счет того, что вихрь обеспечивает удержание витающих частиц и глубокое выгорание из них горючих, причем благодаря ступенчатой схеме подачи дутья при минимуме эмиссии вредных выбросов. Эти преимущества предлагаемого изобретения имеют место при его применении для других схем слоевого котла с вертикальной вихревой топкой, например, проиллюстрированных на фигурах 2 и 3.

1. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой, имеющей слоевое топочное устройство, включающее питатели топлива, колосниковую решетку и тракт выгрузки золы, установленные под вихревой камерой сгорания, образованной стенами из обмуровки и топочных экранов, с газоотводящим окном, расположенным на потолочном экране и соплами вторичного дутья, причем часть этих сопл установлена на стенах, ориентирована тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря с осью, проходящей через газоотводящее окно, и направлена по ходу вращения вихря и вниз, в сторону колосниковой решетки, а часть сопл вторичного дутья установлена в углах камеры сгорания, и они направлены вниз, причем газоотводящее окно выполнено в виде защищенного обмуровкой и трубами выступающего в вихревую камеру сгорания отрезка воздуховода в форме полого конуса с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов, на торцевой и боковых поверхностях которого установлены ориентированные тангенциально и направленные в топку сопла дожигающего дутья.

2. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что сопла вторичного дутья расположены по высоте топки ярусами.

3. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что газоотводящее окно имеет кольцевые сопла дожигающего дутья, причем воздуховод в форме полого конуса выполнен с улиточным подводом дутья.

4. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что газоотводящее окно выполнено с кольцевыми соплами дожигающего дутья, в которых установлены закручивающие лопатки.

5. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что газоотводящее окно выполнено с одиночными соплами дожигающего дутья, которые ориентированы тангенциально по отношению к оси вихря.

6. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что питатели топлива выполнены в виде по меньшей мере одного пневматического эжектора с дозатором топлива, причем конечный участок эжектора направлен тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря, по ходу его вращения и наклонен в сторону слоя.

7. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что питатели топлива выполнены в виде горелочных устройств, которые направлены в сторону слоя, причем тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря и по ходу его вращения.

8. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что топливо, по меньшей мере его часть, подается через вихревую горелку, установленную в центре газоотводящего окна, причем направление ее крутки совпадает с направлением вращения вихря.

9. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка кипящего слоя, которая располагается на воздухораспределительной решетке.

10. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка кипящего слоя со сборным бункером частиц кипящего слоя, которые объединены между собой через вынесенный теплообменник кипящего слоя стояками с регулирующими клапанами потока частиц, причем топка кипящего слоя и сборный бункер смещены от оси вихря в противоположные стороны.

11. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с цепной механической колосниковой решеткой прямого хода.

12. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с цепной механической колосниковой решеткой обратного хода и забрасывателями топлива.

13. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с высокотемпературным кипящим слоем.

14. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с шурующей планкой.

15. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с наклонно-переталкивающими колосниками.

16. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с горизонтально-переталкивающими колосниками.

17. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с наклонным колосником.

18. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с цепной механической решеткой прямого хода и предвключенный наклонный колосник.

19. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с шурующей планкой и предвключенный наклонный колосник.

20. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется ретортная топка.

21. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоевого топочного устройства используется топка с шурующей планкой и предвключенная ретортная топка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при разработке парогенераторов с пылевым сжиганием углей. Топка парогенератора содержит горизонтальную камеру сгорания, ограниченную двумя вертикальными экранированными боковыми стенками, вертикальной экранированной фронтальной стенкой, горизонтальной экранированной крышей, горелки, холодную воронку, образованную группой наклонных экранированных стенок, согласно изобретению, горизонтальная камера сгорания выполнена квадратного сечения, горелки выбраны прямоточного типа, топка снабжена дополнительной холодной воронкой, образованной группой наклонных экранированных стенок, как и основная воронка, холодные воронки выполнены продольной формы и соединены горизонтальной экранированной стенкой, снабженной N≥1 рядами горелок, каждая боковая стенка снабжена M≥1 рядами горелок, плоскости, образованные пересечением продольных осей горелок, формируют ярусы горелок, продольные оси в каждом ярусе горелок направлены по касательной к условной окружности с относительным диаметром 0.15<dy<0.20, ,где d - диаметр условной окружности, D - диаметр окружности, условно вписанной в квадратное сечение камеры сгорания.

Изобретение относится к топочным устройствам мощных энергоблоков и может быть использовано в теплоэнергетике. Холодная воронка котла с кольцевой топкой 1 образована коаксиальными равносторонними призмами, боковые грани которых образованы внутренними 2 и наружными 3 трубными экранами, в нижней части кольцевой топки 1 все наружные трубные экраны 3 загнуты внутрь под углом 50-60° к горизонту, эти скаты наружных трубных экранов 3 образуют восьмискатную холодную воронку 5.

Заявляемая пылегазомазутная топка относится к области тепловой энергетики и может быть использована на паровых котлах, снабженных шаровыми барабанными мельницами.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочным устройствам, работающим, в том числе, на низкосортном пылеугольном топливе, и может быть использовано в котельных установках на тепловых электростанциях.

Изобретение относится к камерным вихревым топочным устройствам с тангенциальной схемой расположения горелок. Вихревая топка разделена двухсторонним пережимом на камеру дожигания с дополнительными горелками и расположенную под ней камеру сгорания с установленными тангенциально основными горелками.

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, в частности к камерным топкам с пылевидно-дисперсным сжиганием топлива (уголь, торф, мазут, суспензия), например к топкам котельных установок в промышленных печах.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно, к способу устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки.

Изобретение может быть использовано для утилизации горючих отходов, биомассы или иных веществ, содержащих углерод и водород, с целью получения горючих газов. Способ включает подачу в реактор топлива воздуха, их смешивание, сгорание смеси и/или газификации содержащейся в ней твердой основы.

Изобретение относится к способу активирования фракционированных по размеру частиц порошкообразного угля путем их ввода вертикально-щелевыми потоками в смеси с продуктами сгорания и нагрева спутными вертикально-щелевыми газовыми факелами в горизонтальных камерно-факельных нагревателях, выделения и сжигания легких и тяжелых фракций летучих веществ при взаимодействии с газообразными продуктами сгорания, воздухом и паром в инверторных реакторах, охлаждения воздухом в кипящем слое с одновременным отводом теплоты поверхностному теплообменнику, отличающийся тем, что факельный нагрев осуществляют при недостатке кислорода с выделением влаги и легких фракций летучих веществ, а продукты неполного сгорания и нагретые частицы угля вводят в вертикальные инверторные кольцевые реакторы, в которых вначале организуют воспламенение и сжигание легких фракций летучих веществ в кольцевых опускных потоках с воздушной подпиткой факелов радиальными струями из вертикально-приосевых участков, затем выводят и сжигают тяжелые фракции летучих веществ в опускных потоках с продувкой факелов тангенциальными струями пара при одновременном отводе теплоты встроенным поверхностным охладителям.

Топка // 2489647
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на котлах тепловых электростанций при сжигании угольной пыли и природного газа. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при создании котлов с циркулирующим слоем, в том числе большой мощности. Целью изобретения является уменьшение габаритов и упрощение конструкции котла с циркулирующим слоем.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях и теплофикационных установках. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при эксплуатации котлов с топками кипящего слоя, сжигающих твердое топливо. .

Изобретение относится к паровым и водогрейным котлам с камерной топкой. Котел с камерной топкой, которая имеет установленные встречно-смещенно на стенах холодной воронки сопла нижнего дутья и расположенные выше по меньшей мере в один ярус тангенциально направленные к оси топки горелки, над ними топка разделена на камеру дожигания и расположенную ниже камеру сгорания газоплотным пережимом, который выполнен в виде воронки, набранной из изогнутых в виде восьмиугольников последовательно вписанных и вложенных труб, соединенных между собой проставками и включенных в тракты принудительной циркуляции котла. Изобретение направлено на повышение экономичности за счет снижения мехнедожога, снижение вредных выбросов и регулирование температуры перегрева пара за счет дожигания на выходе из топки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и касается разработки слоевых котлов, универсальных по типам сжигаемых топлив и отходов при условии их минимальной подготовки и с организацией экономичного вихревого сжигания с повышенными экологическими показателями, причем как отдельно, так и при совместном сжигании разных топлив. Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой содержит слоевое топочное устройство, включающее питатели топлива, колосниковую решетку и тракт выгрузки золы, установленные под вихревой камерой сгорания, образованной стенами из обмуровки и топочных экранов, с газоотводящим окном, расположенным на потолочном экране, и соплами вторичного дутья, причем часть этих сопл установлена на стенах, ориентирована тангенциально к условному телу вращения формируемого вихря с осью, проходящей через газоотводящее окно, и направлена по ходу вращения вихря и вниз, в сторону колосниковой решетки, а часть сопл вторичного дутья установлена в углах камеры сгорания, и они направлены вниз, причем газоотводящее окно выполнено в виде защищенного обмуровкой и трубами выступающего в вихревую камеру сгорания отрезка воздуховода в форме полого конуса с полууглом раскрытия от +35 до -35 градусов, на торцевой и боковых поверхностях которого установлены ориентированные тангенциально и направленные в топку сопла дожигающего дутья. В итоге обеспечивается глубокое выжигание горючих из слоя, уноса и летучих, причем благодаря ступенчатой подаче дутья по экологически эффективной схеме с оптимальным по применяемому топливу слоевым топочным устройством. 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх