Топка для сжигания газомазутного топлива

Авторы патента:

Павлова Юлия Михайловна (RU)

Макаров Анатолий Николаевич (RU)

Крупнов Андрей Владимирович (RU)

F23C5/08 - расположение горелок

Владельцы патента RU 2714983:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ) (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Топка для сжигания газомазутного топлива выполнена в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части - в форме четырехгранной усеченной пирамиды и включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки. Первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. Технический результат - повышение надежности и срока службы экранных труб топки, снижение выбросов оксидов азота и загрязнения атмосферного воздуха. 4 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, и в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок.

Известна топка парового котла, выполненная в форме прямоугольного параллелепипеда, в нижней части которого, у пода, на фронтальной и задней стенах, двумя ярусами, напротив друг друга горизонтально расположены 16 газомазутных горелок. (Макаров А.Н. Излучение больших газовых объемов и теплообмен в топках паровых котлов // Электрические станции. - 2015. №3. с. 19-24).

Недостатком данной топки является ее форма в сочетании с горизонтально расположенными газомазутными горелками, обеспечивающая неравномерное распределение тепловых потоков по высоте топки.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению относится топка парового котла, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки (RU 2613539, кл. F23C 3/00, 2017).

Недостатком данной топки является неравномерное распределение температур по газовому объему факела и тепловых потоков по высоте стен. В нижней части топки, выше горелок, находится высокотемпературная объемная зона, ограниченная изотермой 1750°С, напротив которой наблюдаются максимальные тепловые потоки излучения факела на экранные поверхности нагрева. В нижней объемной зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, выделяется более половины мощности факела. В следующей за ней по высоте средней газовой объемной зоне, составляющей одну третью часть объема топки, выделяется более одной третьей части мощности факела, в верхней объемной зоне топки выделяется более одной десятой мощности факела. Неравномерное выделение мощности факела по газовому объему топки вызывает неравномерное распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен. В нижней части фронтальной стены тепловые потоки на экранные поверхности в 3,5 раза больше, чем в верхней части фронтальной стены. Неравномерное распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен приводит к низкому парообразованию в верхней части стен и к интенсивному парообразованию и росту внутритрубных отложений в нижней части стен на уровне горелок. Повышение тепловых нагрузок на экранные поверхности увеличивает температуру стенок металла, и способствует возникновению и развитию высокотемпературной коррозии экранных труб. Высокотемпературная газовая объемная зона, ограниченная изотермой 1750°С, занимает около 70% нижней объемной зоны топки. Известно следующее: чем больше объем газа в высокотемпературной зоне, тем больше выход оксидов азота из топки.

Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции топки для сжигания газомазутного топлива, позволяющей уменьшить высокотемпературную газовую объемную зону и максимальные тепловые нагрузки в нижней части экранных стен, выровнять тепловые потоки и парообразование по высоте, увеличить период между кислотными промывками котла, снизить выход оксидов азота из топки.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и срока службы экранных труб топки, снижение выбросов оксидов азота и загрязнения атмосферного воздуха.

Поставленная проблема и технический результат достигается тем, что топка для сжигания газомазутного топлива, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки. Согласно изобретению первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.

При расположении первого яруса горелок с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости концентрация сгоревшего топлива в высокотемпературной газовой объемной зоне, ограниченной изотермой 1750°С, уменьшается так как факелы первого яруса горелок направлены не горизонтально в высокотемпературную газовую объемную зону, а вниз под углом 15-18°. В результате распределенного сгорания топлива в нижней части топки высокотемпературная объемная зона, ограниченная изотермой 1750°С, уменьшится, тепловые потоки на экранные поверхности стен, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшатся, тепловые потоки на экранные поверхности стен, расположенные в нижней части топки у пода, увеличатся. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен в нижней части топки. Вследствие уменьшения высокотемпературной газовой объемной зоны, ограниченной изотермой 1750°С, выход оксидов азота из топки и загрязнение атмосферного воздуха уменьшатся.

При расположении первого яруса горелок с наклоном их осей вниз под углом, большим 15-18° к горизонтальной плоскости, факелы горелок соприкасаются с экранными поверхностями труб, расположенными на поде. Тепловая нагрузка на экранные поверхности труб, расположенные на поде, увеличивается и может достичь недопустимых значений, при которых развивается высокотемпературная коррозия экранных труб с аварийным выходом их из эксплуатации.

При расположении первого яруса горелок с наклоном их осей вниз под углом, меньшим 15-18° к горизонтальной плоскости, концентрация сгоревшего топлива и объем высокотемпературной газовой зоны, ограниченной изотермой 1750°С, уменьшатся незначительно, тепловые потоки на экранные поверхности стен напротив высокотемпературной объемной зоны увеличатся, рост внутритрубных отложений и выход оксидов азота увеличатся.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку (разрез) предлагаемой топки котла и распределение изотерм по объему факела; на фиг. 2 представлен вид сверху в разрезе А-А; на фиг. 3 распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен топки устройства - прототипа (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стены; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен); на фиг. 4 - распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей предлагаемой топки, первый ярус горелок которой расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стен; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен).

Топка состоит из пода 1, свода 2, стен 3, экранов 4, повторяющих внутреннюю поверхность топки. Топка выполнена в нижней части 5 в форме прямоугольного параллелепипеда, в средней части 6 и в верхней части 7 в форме четырехгранной усеченной пирамиды. В стены 3 встроены в два яруса встречно расположенные горелки 8. Первый ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Второй ярус горелок 8 расположен в горизонтальной плоскости. Первый и второй ярусы горелок 8 создают вертикальный факел 11 заполняющий верхний объем нижней части 5, среднюю 6 и верхнюю 7 части топки.

Топка работает следующим образом.

В горелки 8, расположенные встречно в два яруса, в фронтальной и задней стенах 3, подают топливо, газ или мазут. В процессе сгорания топлива в горелках 8 второго яруса, расположенных в горизонтальной плоскости, образуются факелы 10, находящиеся на общей горизонтальной оси 9 горелок 8. Для уменьшения объема высокотемпературной газовой зоны, ограниченной изотермой 1750°С, первый ярус горелок 8 расположен в стенах 3 с наклоном осей 9 вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. В нижней зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, в зоне горелок 8 и выше их расположения, сгорает более половины поступающего в топку топлива. Остальная часть несгоревшего топлива с помощью дутьевого вентилятора поступает в среднюю часть 6 и верхнюю часть 7 топки, где сгорает, образуя вертикальный факел 11. При расположении первого яруса горелок 8 с наклоном осей 9 вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, объем зоны, находящейся между осями 9 горелок 8 первого и второго ярусов увеличивается, концентрация сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 уменьшается, температура газового объема уменьшается. В результате уменьшения концентрации сгоревшего топлива в объемной зоне, находящейся между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8, высокотемпературный газовый объем, ограниченный изотермой 1750°С, уменьшается, тепловые потоки на экранные поверхности стен 3, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются, а на экранные поверхности стен 3, расположенные в нижней части топки, у пода 1, увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен 3 в нижней части стен. Снижение тепловых потоков на экраны стен 3, расположенных напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшает температуру экранов и количество отложений в трубах, способствует замедлению их коррозии, что в свою очередь увеличивает срок службы экранных поверхностей нагрева и период между кислотными промывками котла. При уменьшении высокотемпературного объема, ограниченного изотермой 1750°С, выход оксидов азота из топки и загрязнение атмосферного воздуха уменьшаются.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.

Топка для сжигания газомазутного топлива, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части - в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, отличающаяся тем, что первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к печи для проведения эндотермического процесса. Печь содержит трубы (2) для подачи газообразного сырья сверху вниз, заполненные катализатором для преобразования газообразного сырья в конечный продукт в виде синтез-газа с отведением его и топочных газов.

Котел и способ его работы // 2635947

Изобретение относится к котлу и способу его работы. Котел содержит вертикальную призматическую топку для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия горелками, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, имеющими вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки для раздельного вывода воздушных потоков вдоль стен и топливных пылеугольных потоков вдоль вертикальной оси топки и форсунки для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков также вдоль вертикальной оси топки, установленными на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительными соплами с двумя каналами для вывода в топку вдоль ограждающих стен и вертикальной оси топки охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания и топливодожигающих и защищающих от шлакового загрязнения дополнительных воздушных потоков, окном в подовом перекрытии для вывода образующихся кусков шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также горизонтальный газоход с ограждающими боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, последовательно установленными пучками труб пароперегревателя, экономайзера и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками, окном для ввода зологазового потока, совмещенным с зологазовыводящим окном топки, окнами в подовом перекрытии для отвода золы из трубных пучков и ловушек, окном в задней стене, примыкающим к потолочному перекрытию для вывода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу, подключенный к дополнительным соплам и горизонтальному газоходу перекачивающий охлажденные продукты сгорания газоход с вентилятором.

Способ комбинированного сжигания угольной пыли, природного газа и жидкотопливной смеси // 2620614

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в вертикальных четырехгранных призматических топках котлов электростанций, промышленных котельных и теплоэлектроцентралей при сжигании одновременно или отдельно угольной пыли, природного газа и жидкотопливной смеси.

Способ работы котла с кольцевой топкой на разных нагрузках и режимах // 2618639

Изобретение относится к способу работы котла с кольцевой топкой на разных нагрузках и режимах. Способ включает подачу топливовоздушной смеси и вторичного воздуха через соответствующие сопла 5, 6 и 7 регулируемых горелок 4 и дополнительные воздушные сопла 8 в нижнюю часть кольцевой топки 1 в направлении вихревого факела и подачу третичного воздуха через воздушные сопла 9 в верхнюю часть кольцевой топки 1 в направлении, встречном вихревому факелу, при сгорании топливовоздушной смеси в кольцевой топке 1 образуются горячие топочные газы, которые, поднимаясь по спирали вверх кольцевой топки 1, отдают тепло ее трубчатым внешним 2 и внутренним 3 экранам, подача при работе котла с нагрузкой 80-100% от номинальной в кольцевую топку 1 воздуха на 15-20% больше теоретически необходимого, при этом через топливовоздушные сопла регулируемых горелок 4 в топку 1 подают 70-90% всего воздуха, а оставшуюся часть воздуха 35-40% распределяют между воздушными соплами 6, 7 и 8 вторичного воздуха и соплами 9 третичного воздуха в соотношении 1 к 3.

Пылеугольный котел // 2615556

Изобретение относится к области энергетики, в частности к пылеугольным котлам. Пылеугольный котел содержит вертикальную экранированную топку прямоугольного сечения и установленные в ее верхней части тангенциально направленные горелки и воздушные сопла, нижнее газовое окно, нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, холодные воронки в нижней части топки, вертикальные подъемный и опускной газоходы с пакетами пароперегревателя острого и вторичного пара, водяного экономайзера и воздушного подогревателя и снабжен дополнительными вертикальным подъемным и опускным газоходами, подсоединенными к топке котла через дополнительный нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, топка снабжена однорядными горелками, а также вышерасположенными соплами вторичного воздуха и нижерасположенными соплами третичного воздуха, которые установлены рассредоточенно по ширине больших стен топки по встречно-смещенной схеме, газовые окна и нижние горизонтальные газоходы с ширмами пароперегревателей размещены напротив друг друга, выше газовых окон расположены аэродинамические выступы малых стен топки, в нижней части топки размещены четырехскатные холодные воронки, причем в нижних горизонтальных и подъемных вертикальных газоходах с одной стороны котла установлены ширмы и пакеты острого пара, а с противоположной - ширмы и пакеты вторичного пара.

Вертикальная призматическая топка // 2594840

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций при сжигании природного газа и угольной пыли. Вертикальная призматическая топка содержит фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы многофункциональные горелки, имеющие по три вертикальных щелевых сопла с собственными вертикальными плоскостями симметрии соответственно, для подачи пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха, разделенные простенками, размещенные с образованием вертикального ряда на каждой из боковых стен топки и с наклоном к задней стене дополнительные вертикальные щелевые сопла для подачи третичного воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания, причем каждая симметричная группа состоит из горелок двух соседних вертикальных рядов, примыкающих соответственно к боковым стенам и вертикальной плоскости симметрии топки, вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси горелок вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны боковых стен топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны плоскости симметрии топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны боковых стен топки, сопла для подачи пылеуглевоздушной смеси во всех горелках установлены в центре соответственно между соплами для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси.

Пылеугольная топка // 2566548

Изобретение относится к области тепловой энергетики и может быть использовано на паровых котлах с прямым вдуванием угольной пыли. Пылеугольная топка содержит экранированные прямоугольную вертикальную камеру сгорания 1 и двускатную холодную воронку 2, шлаковый комод 3, установленные по встречно-смещенной схеме на противоположных стенах камеры сгорания 1 и наклоненные вниз прямоточные пылеугольные горелки 4-27 с растопочными горелками 28-39, размещенными под ними, воздушные сопла, установленные ниже узкого сечения холодной воронки 2 по встречно-смещенной схеме и направленные наклонно вверх.

Топка для сжигания газомазутного топлива // 2547675

Изобретение относится к области энергетики, в частности устройствам топок паровых котлов со встречной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, выполненной в виде двух обращенных друг к другу большими основаниями усеченных пирамид, и встроенные в стены встречно расположенные горелки.

Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (nox) // 2525422

Изобретение относится к способу гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания, при работе промышленной печи.

Способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке // 2500953

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на паровых и водогрейных котлах, сжигающих природный газ и угольную пыль. Способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке путем встречного ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания вдоль вертикальной плоскости симметрии топки параллельно фронтовой и задней стенам, нагрева с выделением влаги и летучих веществ и получением коксового остатка основными и дополнительными газовыми факелами, образованными основными и дополнительными потоками реакционной газовоздушной смеси, истекающими из основных и дополнительных горелок, сбора и продувки струями пара частиц с коксовым остатком в подовых накопителях, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках.