Топка

 

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях с целью уменьшения образования оксидов азота в топке при повышении эффективности сжигания топлива. Топка содержит вертикальную призматическую экранированную камеру сгорания, расположенный над ней поворотный газоход, по крайней мере один ряд подовых горелок, параллельный большой плоскости симметрии камеры сгорания , и пары сопл вторичного воздуха, размещенных на ее больших вертикальных стенках и направленных тангенциально относительно вертикальных условных тел вращения, оси которых расположены в большой плоскости симметрии камеры. Сопла вторичного воздуха установлены в верхней части камеры сгорания под поворотным газоходом и направлены с наклоном вниз на угол 25-50°, причем количе ство пар сопл равно числу горелок в одном ряду, а диаметр условных тел вращения составляет не более 0,5 шага размещения горелок в ряду, 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s F 23 С 5/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4877988/06 (22) 26,10.90 (46) 30.07,92, Бюл, ¹ 28 (71) Московский энергетический институт (72) А.M.Àðõèïîâ, M.Â,Áåëÿêîâ, Э,П;Волков, В.3.Зарецкий, Ю.М,Липов, B.Ë.Hoñèõèí, А.M.Ïèñàðåâñêèé, В,И,Тимошин и Б,А.Хайлов (53) 621.187 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1164517, кл. F 23 С 11/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹1204865,,кл. F 23 С 5/08, 1985, (54) ТОПКА (57) Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может бь.ть использовано на тепловых электростанциях с целью уменьшения образования оксидов азота в топке при повышении эффективности сжигания топлива. Топка содержит верИзобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях.

Известны топки, содержащие вертикальную призматическую экранированную камеру сгорания с подовыми горелками.

Недостатками таких устройств являются повышенное содержание оксидов азота в газах на выходе из топки и ограниченные возможности для регулирования температуры этих газов, особенно при переходе с одного, вида топлива на другой, например с мазута на газ.

» .Ы 17515У4 А1 тикальную призматическую экранированную камеру сгорания, расположенный над ней поворотный газоход, по крайней мере один ряд подовых горелок, параллельный большой плоскости симметрии камеры сгорания, и пары сопл вторичного воздуха, размещенных на ее больших вертикальных стенках и направленных тангенциально относительно вертикальных условных тел вращения, оси которых расположены в большой плоскости симметрии камеры. Сопла вторичного воздуха установлены в верхней части камеры сгорания под поворотным газоходом и направлены с HBклоном вниз на угол 25-500, причем количество пар сопл равно числу горелок в одном ряду, а диаметр условнйх тел вращения составляет не более 0,5 шага размещения горелок в ряду. 2 з,п, ф-лы, 4 ил.

Наиболее близкой к предлагаемой является топка, содержащая вертикальную призматическую экраййрованную камеру сгорания, расположенный над ней поворотный газоход, ряды подовых горелок, параллельные большой плоскости симметрии камеры сгорания, и пары сопл вторичного воздуха, размещенных на ее больших вертикальных стенах и направленных тангенциально относительно вертикальных условных тел вращения, оси которых расположены в большой плоскости симметрии камеры сгорания.

1751594

Использование в этой топке сопл вторичного воздуха для Осуществления ступенчатого сжигания топлива позволяет снизить образование топливных оксидов азота в корне факелов вследствие локальной нехватки кислорода, Недостатком этой топки (особенно ее газомазутного варианта) является высокий уровень генерации термических оксидов азота, образуемых за счет окисления азота воздуха. Это обусловлено тем, что ввод струй вторичного воздуха из-за низкого расположения сопл осуществляется в высокотемпературную зону факела с температурой продуктов горения более 1550ОС, Кроме того, в данной топке горизонтально направленные струи вторичного воздуха легко увлекаются вверх еще не потерявшим кинетическую энергию факелом, в результате чего перемешивание реагентов затягивается, так как оно осуществляется, по существу, в спутных потоках. По этой же причине не удается осуществить регулирование температуры на выходе из топки за счет перераспределения расхода воздуха между горелками и соплами.

Цель изобретения — уменьшение образования оксидов азота в топке при повышении эффективности сжигания топлива, Поставленная цель достигается тем, что в топке, содержащей вертикальную призматическую экранированную камеру сгорания, расположенный над ней поворотный газоход, по крайней мере один ряд подовых горелок, параллельный большой плоскости симметрии камеры сгорания, и пары сопл вторичного воздуха, размещенных на ее больших вертикальных стенах и направленHblx тангенциально относительно вертикальных условных тел вращения, оси которых расположены в большой плоскости симметрии камеры сгорания, сопла вторичного воздуха установлены в верхней части камеры сгорания под поворотным газоходом и направлены с наклоном вниз на угол

25-50 по отношению к горизонтальной плоскости, причем количество пар сопл равно числу горелок в одном ряду, а диаметр условных тел вращения составляет не более

0,5 шага размещения горелок в ряду.

Центры выходных сечений сопл размещен ы в йлоскостях, проходящих через оси горелок и перпендикулярных большой плоскостй симметрйи каМеры сгорания.

Кроме того, оси сопл размещены в плоскостях, проходящих через оси горелок под непрямым углом к большой плоскости симметрии камеры сгорания, Благодаря указанным отличительным признакам в предлагаемой топке процесс перемешивания вторичного воздуха с недогоревшим топливом перенесен из нижней в верхнюю часть вертикальной призматической экранированной камеры сгорания, где

5 за счет отданного тепла экраном температура газов существенно меньше 1550 С, т.е. отсутствует одно из двух необходимых условий (T 1550 С, а 1,0) для образования термических оксидов азота. Сам процесс

10 перемешивания интенсифицирован за счет лучшего использования кинетической энергии существенно наклоненных вниз свежих струй вторичного воздуха. Ввод этих струй в хвостовую часть факела, когда последний

15 практически расширился на все горизонтальное сечение камеры сгорания, à его максимальная скорость (вблизи большой плоскости симметрии камеры) значительно уменьшилась, позволяет практически иск20 лючить выход продуктов горения в поворотный газоход через центральную зону камеры, обеспечив его через пространства между свежими струями вторичного воздуха. В результате такой аэродинамики проис25 ходит значительная (принудительная) рециркуляция продуктов горения в свежие струи вторичного воздуха, направленные с наклоном вниз. Это увеличивает время пребывания реагентов в верхней части камеры

30 сгорания, причем покидающие ее топочные газы оказываются сильно турбулизированными. Исключению проскока вверх недогоревшего топлива в приосевых зонах условных тел вращения, где указанный про35 скок наиболее вероятен, способствует диаметр условных тел вращения не более 0,5 шага размещения горелок в ряду или количество пар сопл вторичного воздуха, равное числу горелок в ряду, Все это обеспечивает

40 более полный выжиг топлива. При переводе предлагаемой топки с мазута на газ и возникновении потребности снижения температуры продуктов горения на выходе из топки это можно осуществить, увеличив ско45 рость вторичного воздуха и, соответственно, уменьшив расход (скорость) воздуха на выходе из подовых горелок. В этом случае за счет увеличения эжекционной способности направленных с наклоном вниз струй

50 вторичного воздуха дополнительно увеличивается время пребывания недогоревшего топлива в камере сгорания, что приводит к снижению температуры газов на выходе из топки за счет увеличения теплоотдачи из

55 факела в зоне дожигания как излучением, так и за счет конвективной составляющей передачи тепла. Конвективная составляющая тепла воспринимается экранными трубами больших вертикальных стен в районе размещения сопл, вследствие увеличения

1751594

55 скорости движения продуктов горения в пристенной зоне.

Таким образом, для достижения поставленной цели необходима совокупность отличительных признаков. Сохранение только одного из признаков этой совокупности не позволяет обеспечить указанные положительные особенности аэродинамики в верхней части камеры сгорания, На фиг. 1 изображен вариант предлагаемой топки с однорядным размещением четырех подовых горелок с четырьмя парами сопл вторичного воздуха, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг, 3 — вариант топ ки с двухрядн ым размещением восьми подовых горелок и с четырьмя парами сопл вторичного воздуха, продольный разрез; на фиг, 4 — разрез Б — Б на фиг, 3, Топка содержит вертикальную призматическую экранированную камеру 1 сгорания, расположенный над ней поворотный газоход 2, подовые горелки 3 (на фиг. 1, 2— в одном ряду, а на фиг. 3, 4 — в двух рядах, параллельные плоскости симметрии камеры 1 сгорания) и пары сопл 4 вторичного воздуха, размещенные на больших вертикальных стенах 5 камеры 1 сгорания, Сопла

4 направлены тангенциально относительно четырех вертикальных условных тел вращения, оси которых расположены в большой плоскости симметрии камеры 1 сгорания и на фиг. 1 и 2 совпадают с осями подовых горелок 3. Сопла 4 вторичного воздуха (центры их выходных сечений) установлены на расстоянии от нижней границы поворотного газохода, равном 0,15h (на фиг. 1) и 0,26h (на фиг. 3), где h — высота камеры 1.сгорания относительно среза подовых горелок 3. Сопла 4 вторичного воздуха наклонены вниз относительно горизонтальной плоскости на угол 45 (на фиг, 1) и на угол 35 (на фиг. 3).

Компоновка сопл 4 в горизонтальном сечении представленных вариантов топки различна. На фиг, 2 центры выходных сечений сопл 4 расположены в плоскостях, проходящих через оси горелок 3 и перпендикулярных большой плоскости симметрии камеры 1 сгорания. На фиг. 4 оси сопл 4 размещены в плоскостях, проходящих через оси горелок 3 под непрямым углом к большой плоскости симметрии камеры 1 сгорания. Диаметры условных тел вращения составляют 0,35 S (на фиг. 2) и 0,5

S (на фиг. 4), где S — шаг размещения горелок в ряду, Топка работает следующим образом.

Топливо в смеси с первичным воздухом (или дополнительно с газами рециркуляции) подается через подовые горелки 3 в камеру

1 сгорания и загорается в ней при недостатке воздуха (а neps= 0,6 0,8). Факелы горелок

3 поднимаются в центральной части камеры

1 сгорания и отдают посредством излучения тепло ее настенным экранным трубам, По мере продвижения вверх они охлаждаются, гася максимальную скорость и расширяясь в горизонтальном сечении. Несмотря на высокую температуру, в нижней половине камеры 1 сгорания образование здесь оксидов азота сдерживается существенной нехваткой кислорода. Недостающий до полного выгорания топлива воздух подается в камеру 1 сгорания через сопла 4 вторичного воздуха, Перемешивание вторичного воздуха с недогоревшим топливом осуществляется в верхней части камеры 1 сгорания благодаря высокому размещению сопл 4 на больших вертикальных стенах 5. При этом исключается процесс генерации термических оксидов азота из азота воздуха, так как температура факела в верхней части камеры сгорания, где происходит дожигание топлива, существенно меньше 1550 С. Благодаря наклону сопл 4 вторичного воздуха происходит "запирание" центральной зоны топки и транспортировка хвостовых частей факела из этой зоны к большим вертикальным стейкам 5 под свежие струи вторичного воздуха.

Таким образом, выход догорающего факела в поворотный газоход 2 топки осуществляется через пространства между свежими струями вторичного воздуха, вытекающими из сопл 4. При этом происходит турбулизация догорающего факела свежими струями и значительная (принудительная) рециркуляция в них продуктов горения. B результате увеличивается время пребывания газов в зоне дожигания, что способствует тому, что в поворотный газоход 2 топки топочные газы поступают практически с полностью сгоревшим топливом.

Как показали проведенные исследования, оптимальное размещение сопл соответствует их расположению в верхней части камеры сгорания на расстоянии не более 0,3

h от поворотного газохода,,где h — расстояние между ним и срезом подовых горелок (высота призматической камеры сгорания), В этом случае исключается попадание вторичного воздуха в локальные зоны топочного объема с температурой более 1550 С, что исключает образование термических оксидов Ьзота в процессе дожигания топлива.

Благодаря модельным исследованиям топок выявлено, что степень неперемешанности потоков на входе в поворотный газоход резко возрастает при невыполнении угла наклона сопл в пределах 25-50О. Так, при

1751594

35

55 продувках модели топки, изображенной на фиг. 1 и 2, при pBcxGpе BTGpH÷HDÃG воздуха

40% от общего его количества и углах наклона сопл 15, 25, 35, 45 и 55 степень неперемешанности потоков на входе в поворотный газоход составила соответственно 9, 3, 2, 2 и 6%, В случае угла наклона 15 (и менее) струи вторичного воздуха подходят к противоположной стене топки в основном выше ввода в нее свежих струй вторичного воздуха этой стены, что существенно уменьшает долю рециркуляции и время пребывания газов в верхней части камеры сгорания. Чрезмерный угол наклона сопл вниз (на 55 и более) способствует тому, что центральная часть топки является" местом увеЛиченного прямого проскока в поворотный газоход газов с йедогоревшим топливом, тогда как в периферийных зонах (ближе к большим стенам) в поворотный газоход поступает поток газов с повышенной долей неперемешанного вторичного воздуха. На основании изложейного предлагаемую топку следует выполнять с углами наклона сопл в пределах

25-50, когда степень неперемешанности потоков на входе в поворотный газоход, а следовательно, и пропорциональный ей недожог топлива относительно невысоки.

Для достижения наибольшего эффекта сопла вторичного воздуха целесообразно размещать равномерно по ширине больших стен камеры сгорания. Эффект перемешиванйя вторичного воздуха с недогоревшим топливом может быть увеличен, когда центры выходных сечений сопл установлены в плоскостях, проходящих через оси горелок и перпендикулярных большой плоскости симметрии. В этом случае горизонтальный шаг размещения сопл соответствует шагу размещения горелок, что исключает проскок факелов горелок без взаимодействия с соответствующей тангенциальной парой воздушных струй (см. фиг,2). Прйдвухрядном размещении горелок целесообразно осуществить принцип: одна струя вторичного воздуха взаимодействует с факелом одной подовой горелки, В этом"crijsae оси сопл следует разместить в плоскостях, проходящих через оси горелок под непрямым углом к большой плоскости симметрии камеры сгорания, причем каждая такая плоскость должна проходить через ось только одной горелки (см. фиг. 4), В этом случае кинетическая энергия каждой свежей струи вторичного воздуха расходуется для перемешивания его с недогоревшйм топливом факела одной горелки, причем наибольшая равномерность перемешивания (фиг,4) достигается принятием диаметра условного

25 тела вращения 0,5 S; где S - шаг размещения горелок в ряду. В этом случае в проекции на горизонтальное сечение топки движение струй вторичного воздуха, проходящих через оси горелок, т.е. через места наиболее вероятного проскока недогоревшего топлива в горизонтальный газоход, напоминает аэродинамику встречно смещенных струй, которая характеризуется наибольшей равномерностью и интенсивностью перемешивания потоков. При однорядном размещении горелок (фиг.2) следует идти на меньший диаметр условного тела вращения, чем 0,5 S, особ -ннз при относительно низком расположении сопл. В этом случае струи вторичного воздуха проходят ближе, чем на расстоянии 0,25 S от осей подовых горелок, что йадежно предотвращает проскок недогоревшего топлива в поворотный газ оход.

Предлагаемая топка позволяет уменьшить образование оксидов азота в ее обьеме при повышении эффективности сжигания топлива, Формула изобретения

1, Топка, содержащая вертикальную призматическую экранированную камеру сгорания, расположенный над ней поворотный газоход, по крайней мере один ряд подовых горелок, параллельный большой плоскости симметрии камеры сгорания, и пары сопл вторичного воздуха, размещенных на ее больших вертикальных стенах и направленных тангенциально относительно вертикальных условных тел вращения, оси которых расположены в большой плоскости симметрии камеры сгорания, о т л и ч а ю ща я с я тем, что, с целью уменьшения образования оксидов азота при повышении эффективности сжигания топлива, сопла вторичного воздуха установлены в верхней части камеры сгорания под поворотным газоходом и направлены с наклоном вниз на угол 25-50 по отношению к горизонтальной плоскости, причем количество пар сопл равно числу горелок в одном ряду, а диаметр условных тел вращения составляет не более

0,5 шага размещения горелок в ряду.

2. Топка по п.1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что центры выходных сечений сопл размещены в плоскостях, проходящих через оси горелок и перпендикулярных большой плоскости симметрии камеры сгорания.

3. Топка по п.1, о т л и ч а ю щ.а я с я тем, что оси сопл размещены в плоскостях, проходящих через оси горелок под непрямым углом к большой плоскости симметрии камеры сгорания.

1751594

1751594

1751594

Составитель

Техред.М. М оргентал Корректор Н.Король

Редактор М.Петрова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2684 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Топка Топка Топка Топка Топка Топка Топка 

 

Похожие патенты:

Топка // 1740868
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и позволяет повысить качество сжигания

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях при сжигании в топках котлов бурых шлакующих углей

Изобретение относится к сжиганию топлива и позволяет повысить надежность и снизить образование окислов азота

Топка // 1714293
Изобретение относится к сжиганию топлива и позволяет повысить экономичность путем сжигания недожога

Изобретение относится к теплоэнергетике , в частности к топочным устройствам мощных котельных агрегатов с твердым шлакоудалением, предназначенных для сжигания преимущественно шлакующихся бурых углей, может быть использовано на тепловых электрических станциях и имеет целью повышение качества и надежности сжигания путем снижения интенсивности шлакования стен, образования окислов азота и потерь тепла с механическим недожогом

Топка // 1702092
Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, может быть использовано на тепловых электростанциях к по зволяет повысить экономичность и снизить содержание окислов азота в продуктах сгорания

Изобретение относится к энергетике, в част ности к облас ги сжигания твердого топлива , и может быть использовано на тепловых электростанциях

Изобретение относится к области сжигания топлива, позволяет снизить выбросм окислов азота и обеспечивает регулирование теплообмена

Изобретение относится к сжиганию топлива и может быть использовано на тепловых электрических станциях

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях

Изобретение относится к топкам и может быть использовано для сжигания газа в водогрейных котлах и теплотехнологических установках для нагрева жидкостей

Изобретение относится к сжиганию пылевидного твердого топлива и позволяет при своем использовании добиться снижения выхода оксидов азота NOx

Топка // 2135891
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива, прежде всего газа и мазута, в топках паровых котлов

Топка // 2185570
Изобретение относится к устройствам для сжигания различных видов топлива, в том числе пылеугольного и высокореакционного (газа и мазута) и может быть использовано на энергетических котлах для получения технического результата при осуществлении изобретения, заключающегося в повышении экономичности сжигания топлива при обеспечении глубокого подавления образования оксидов азота в топке

Топка // 2191950
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях

Топка // 2206824
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в топках котлов, работающих на бурых углях открытых разрезов

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, может быть использовано на тепловых электростанциях для совместного и раздельного сжигания газа и мазута в топках с многоярусным расположением горелок и обеспечивает возможность надежного и экономичного режима ступенчатого сжигания газа с целью снижения выброса оксидов азота в атмосферу
Наверх