Топка

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях. Задача изобретения - увеличение эффективности термоподготовки угольной пыли перед сжиганием за счет сокращения времени воспламенения пыли. Топка содержит призматическую камеру сгорания с верхними и нижними горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, при этом в верхней и нижней частях труб внутреннего экрана выполнены перепускные окна, выходной участок каждого верхнего горелочного устройства заведен в камеру сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и топлива, причем циркуляционная труба каждого верхнего горелочного устройства установлена между внутренним и внешним газоплотными трубными экранами, направлена вдоль экранов и выполнена с косым плоским срезом, обращенным в сторону, противоположную перепускным окнам, и сопла подачи инжектирующего агента и легковоспламеняющегося топлива, размещенные ниже, на внешних газоплотных трубных экранах и направленные внутрь периферийных камер сгорания к оси циркуляционных труб, и воздушные сопла, сопла подачи легковоспламеняющегося топлива и инжектирующего агента расположены на уровне циркуляционной трубы каждого верхнего горелочного устройства и направлены под углом к ее оси в центр косого плоского среза, а внутри циркуляционной трубы установлен рассекатель в форме обтекаемого шарообразного тела. 3 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях для сжигания низкосортных бурых углей, добываемых открытым способом.

Известна топка (патент РФ 2064128, кл. С 23 С 5/08, 1996), содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, при этом в верхней и нижней частях труб внутреннего экрана выполнены перепускные окна с частичным перекрытием последних в нижней части периферийных камер.

Недостатком известной топки является затягивание воспламенения пыли в периферийных камерах, что сокращает время термоподготовки пыли перед сжиганием в центральной камере сгорания.

Известна топка (патент РФ 2113655, кл. С 23 С 5/08,1998), содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные трубные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, при этом в верхней и нижней частях труб внутреннего экрана выполнены перепускные окна с частичным перекрытием живого сечения последних в нижней части периферийных камер.

Недостатком известной топки является затягивание времени воспламенения пыли в периферийных камерах ввиду низких температур в них, что сокращает время и снижает эффективность термоподготовки пыли, так как сокращение времени на доли секунды (0,1-0,3 с) сильно влияет на качество термоподготовки пыли.

Известна топка (патент РФ 2064126, кл. F 23 С 5/08, 1996), содержащая призматическую камеру сгорания с горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, при этом в верхней и нижней частях труб внутреннего экрана выполнены перепускные окна, выходной участок каждого верхнего горелочного устройства заведен в камеру сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и топлива, причем циркуляционные трубы верхних горелочных устройств установлены между внутренним и внешним газоплотными трубными экранами, направлены вдоль экранов и выполнены с косым плоским срезом, обращенным в сторону, противоположную перепускным окнам, а воздушные сопла, установленные на внешних экранах между периферийными камерами сгорания, размещены на уровне горелочных устройств и направлены вдоль внутренних экранов, и сопла подачи легковоспламеняющегося топлива (например, мелкодисперсной пыли и других), размещенные внутри сопл подачи инжектирующего агента горелочных устройств, размещенных ниже на внешних газоплотных трубных экранах, и направленные внутрь периферийных камер сгорания к оси циркуляционных труб.

Недостатком известной топки является затягивание времени воспламенения в верхних горелочных устройствах, что ведет к снижению эффективности термоподготовки угольной пыли.

Задача изобретения - повышение эффективности термоподготовки пыли за счет сокращения времени воспламенения топлива. Задача решается тем, что в топке, содржащей призматическую камеру сгорания с верхними и нижними горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, при этом в верхней и нижней частях труб внутреннего экрана выполнены перепускные окна, выходной участок каждого верхнего горелочного устройства заведен в камеру сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и топлива, причем циркуляционная труба каждого верхнего горелочного устройства установлена между внутренним и внешним газоплотными трубными экранами, направлена вдоль экранов и выполнена с косым плоским срезом, обращенным в сторону, противоположную перепускным окнам, и сопла подачи инжектирующего агента легковоспламеняющегося топлива, размещенные ниже на внешних газоплотных трубных экранах внутри сопл подачи инжектирующего агента и направленные внутрь периферийных камер сгорания к оси циркуляционных труб, согласно изобретению. указанные сопла расположены на уровне циркуляционной трубы каждого верхнего горелочного устройства и направлены под углом к ее оси в центр косого плоского среза, а внутри циркуляционной трубы установлен рассекатель в форме обтекаемого шарообразного тела.

Установка указанного сопла подачи легковоспламеняющегося топлива на уровне циркуляционной трубы верхнего горелочного устройства, направленного под углом к ее оси в центр косого плоского среза с установкой внутри циркуляционной трубы рассекателя в форме обтекаемого шарообразного тела, позволяет с помощью легковоспламеняющегося топлива прогреть перед растопкой циркуляционную трубу и термоэмиссионный шар внутри нее через косой плоский срез до температуры самовоспламенения поступающей пыли, что исключает отрыв факела и укорачивает время воспламенения. Кроме того, установка рассекателя в форме обтекаемого шарообразного тела распыляет топливо на весь объем периферийной камеры сгорания, поддерживает тепловую эмиссию в зоне воспламенения и отражает поступающую пыль на раскаленные стенки циркуляционной трубы. Направление сопл подачи легковоспламеняющегося топлива под углом к оси циркуляционной трубы в центр плоского косого среза позволяет через отверстие среза прогреть внутренность циркуляционной трубы и шарообразный рассекатель, которые контактируют с поступающей пылью.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет решить поставленную задачу изобретения - повысить эффективность термоподготовки пыли за счет сокращения времени воспламенения топлива.

На фиг. 1 изображена топка, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2.

Топка содержит призматическую камеру 1 сгорания, внутренний и внешний газоплотные экраны 2 и 3, при этом внутренний экран снабжен верхними и нижними перепускными окнами 4 и 5, холодную воронку 6, центральную и периферийные камеры 7 и 8 сгорания, верхние и нижние горелочные устройства 9 и 10, расположенные соответственно на уровне верхних и нижних перепускных окон 4 и 5. Выходные участки горелочных устройств 9 окружены циркуляционными трубами 11, перед входными торцами которых размещены сопла 12 и 13 подачи инжектирующего агента и угольной пыли.

Циркуляционные трубы 11 верхних горелочных устройств 9 установлены между внутренним и внешним газоплотными трубными экранами 2 и 3, направлены вдоль экранов и выполнены с косым плоским срезом 14, обращенным в сторону, противоположную перепускным окнам 4, а воздушные сопла 15 и 16, установленные на внешних экранах 3 между периферийными камерами 8, направлены вдоль внутренних экранов 2 и размещены на уровне горелочных устройств 9 и 10 в верхней и нижней частях центральной камеры 7 сгорания. Сопла 17 подачи легковоспламеняющегося топлива (мелкодисперсная пыль, мазут, солярка или газ) горелочных устройств 10 размещены ниже на внешних газоплотных трубных экранах 3 внутри сопл 18 подачи инжектирующего агента и направлены внутрь периферийных камер 8 сгорания, так же как и сопла 19 подачи легковоспламеняющегося топлива, расположенные на уровне циркуляционной трубы 11 верхнего горелочного устройства 9, направленные под углом к ее оси в центр косого плоского среза 14, а внутри циркуляционной трубы установлен рассекатель 20 в форме обтекаемого шарообразного тела. Рассекатель 20 может быть закреплен в выходном торце циркуляционной трубы по-разному, например, в крестовине 21 в кольцевой обойме 22. Сопло 19 размещено внутри сопла 23 подачи инжектирующего агента, подсоединенного, так же как и сопла 12 и 18 к линии подачи воздуха. Зажигательный пояс верхней части периферийных камер 8 сгорания торкреатирован, а нижняя часть частично перекрыта выступами 24 внешних газоплотных экранов 3 до размеров факела нижнего горелочного устройства 10 для снижения недожога с провалом. Сопло 19 подачи легковоспламеняющегося топлива может быть направлено под тупым углом к оси циркуляционной трубы 11, закрепленной на выходном торце сопла 12 подачи инжектирующего агента с помощью лопаточного завихрителя 25.

Крестовина 21 может быть выполнена для исключения термической деформации в виде угловых ребер жесткости усеченной четырехгранной пирамиды, на вершине которой в конусном ложе 26 обоймы 22 свободно лежит шарообразный рассекатель 20, а кольцевая обойма 22 находится в аэродинамической тени и по диаметру меньше рассекателя 20. Угловые ребра 27 крестовины 21 выполнены из плоских клиновидных пластин, расширяющихся книзу, установленных под углом друг к другу, пристыкованных к крестовине 21 спутно потоку, создаваемому завихрителем 25. Торцы сопл 19 и 23 растопочного горелочного устройства 28 расположены заподлицо с внешним экраном 3, так же как и торцы сопл 17 и 18 горелочного устройства 10. Все горелочное устройство 9 выполнено из термостойкого материала.

Топка работает следующим образом.

Включается растопочное горелочное устройство 28 и прогревается через косой плоский срез 14 циркуляционная труба 11 и шарообразный рассекатель 20 до температуры самовоспламенения угольной пыли. С помощью горелочного устройства 10 прогревается также нижняя часть периферийной камеры 8 сгорания. Включается в растопочном режиме горелочное устройство 9 с подачей основного топлива через сопло 13, а холодного воздуха для создания воздушной рубашки, через сопло 12, так как температура в топке составляет 1000^oС. Через завихритель 25 внутрь циркуляционной трубы 11 в закрученном потоке инжектируются горячие топочные газы, которые закручивают и пыль, выходящую из торца сопла 13. Смешанная с воздухом пыль благодаря крутке расслаивается: крупная отжимается к раскаленным внутренним стенкам циркуляционной трубы 11, а мелкая попадает на шарообразный рассекатель 20, где вспыхивает от контакта с ним и отбрасывается также от рассекателя 20, и на внутренних стенках циркуляционной трубы 11 воспламеняет и крупную пыль, прогретую от этих стенок. Вращающийся поток попадает также на ребра крестовины 21, которыми также отбрасывается на внутренние стенки циркуляционной трубы, если эти ребра 27 установлены под тупым углом на крестовине 21, при этом клиновидное расширение их в нижней части способствует этому. В расширяющемся факеле горящее топливо поступает на выступы 24 нижней части камеры 8 сгорания, с которых скатывается под струи горелочного устройства 10 и выбрасывается через нижнее перепускное окно 5 в центральную камеру 7 сгорания, где догорает в струях третичного и четвертичного воздуха, подаваемого из сопл 16 и 15 в восходящем потоке. После выхода на рабочий режим, горелочное устройство 28 отключается, а в горелочном устройстве 10 отключается сопло 17 подачи легковоспламеняющегося топлива. Таким образом, пыль проходит топку дважды: сверху вниз и снизу вверх, что исключает затягивание горящего факела в конвективный газоход и уменьшает, примерно вдвое, шлакование конвективных поверхностей. Полукокс, поступающий в центральную камеру 7 сгорания, благодаря термоподготовке в камере 8, повышает свою калорийность вдвое по сравнению с исходным углем, при этом при ухудшении качества исходного угля, калорийность полукокса почти не меняется, что обеспечивает постоянную паропроизводительность котла и стабильный режим работы. Рассредоточенная подача воздуха на четыре стадии растягивает процесс горения, что снижает температуру горения, усредняет температуры по сечению топки и снижает образование окислов азота вдвое, так как азот топлива выходит из топлива еще в периферийных камерах 8. В зависимости от диаметра циркуляционной трубы 11 можно менять скорость парения частиц угля в камере 8 и время их пребывания в ней, что позволяет сжигать сильнозабалластированные угли без потери производительности котла.

Как показали предварительные испытания на полупромышленном стенде, высота камеры 8 достаточна для выхода азота топлива из угля, если она составляет не менее 10 м. Для создания примерно равносторонней восьмигранной призмы ширина внутренних экранов 2 должна составлять, например, для котла Е-500 около 5 м.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет решить поставленную задачу - повысить эффективность термоподготовки за счет сокращения времени воспламенения топлива, чему способствует предварительный прогрев циркуляционной трубы 11 дополнительным растопочным устройством 28, установка внутри циркуляционной трубы 11 рассекателя 20, отбрасывающего струю топлива на раскаленные стенки циркуляционной трубы, а также установка завихрителя 25 на входе в циркуляционную трубу, сепарирующего крупную пыль на раскаленные стенки трубы 11. Косой срез 14 на трубе 11 позволяет прогреть внутренность трубы с рассекателем 20.

В целом предлагаемый комплекс мероприятий обеспечивает, как показали испытания, снижение окислов азота на выходе из топки в 2 раза, увеличение калорийности полукокса, подаваемого в центральную камеру 7 сгорания, в 2 раза, снижение шлакования конвективных поверхностей в 2 раза и уменьшение недожога с провалом и уносом также в 2 раза. Это минимальные показатели, которые могут быть увеличены за счет оптимизации работы котла.

Формула изобретения

Топка, содержащая призматическую камеру сгорания с верхними и нижними горелочными устройствами и холодной воронкой, а также размещенные в камере сгорания внутренний и внешний газоплотные экраны, установленные один в другом с образованием центральной и периферийных камер сгорания, при этом в верхней и нижней частях труб внутреннего экрана выполнены перепускные окна, выходной участок каждого верхнего горелочного устройства заведен в камеру сгорания и окружен циркуляционной трубой, перед входным торцом которой размещены сопла подачи инжектирующего агента и топлива, причем циркуляционная труба каждого верхнего горелочного устройства установлена между внутренним и внешним газоплотными трубными экранами, направлена вдоль экранов и выполнена с косым плоским срезом, обращенным в сторону, противоположную перепускным окнам, и сопла подачи инжектирующего агента и легковоспламеняющегося топлива, размещенные ниже, на внешних газоплотных трубных экранах и направленные внутрь периферийных камер сгорания к оси циркуляционных труб, и воздушные сопла, отличающаяся тем, что указанные сопла подачи легковоспламеняющегося топлива и инжектирующего агента расположены на уровне циркуляционной трубы каждого верхнего горелочного устройства и направлены под углом к ее оси в центр косого плоского среза, а внутри циркуляционной трубы установлен рассекатель в форме обтекаемого шарообразного тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3