Топка для сжигания газомазутного топлива

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2760611:

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

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива выполнена в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды и включает свод, под, стены, 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. Второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх 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, нижняя часть которой выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, а верхняя - в форме четырехгранной усеченной пирамиды, в нижней части встроены во фронтальную и заднюю стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса газомазутные горелки (RU 2613539, кл. F23C 3/00, 2017).

Недостатком данной топки является неравномерное распределение тепловых потоков по высоте стен и температур по объему факела, связанное с горизонтально расположенными газомазутными горелками.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению относится топка парового котла, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней - 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, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (RU 2714983, кл. F23C 5/08, 2019.08).

Недостатком данной топки является неравномерное распределение температур по газовому объему факела и тепловых потоков по экранным поверхностям стен. В нижней объемной зоне, составляющей третью часть топки, выделяется 60% мощности факела. В центре данной объемной зоны температуры факела составляет 1750°С. Напротив объемной зоны факела с максимальной температурой максимальные тепловые потоки на экранные поверхности стен составляют 510 кВт/м². На следующую по высоте одну третью часть топки приходится 25% топлива, в верхней одной третьей части топки догорает 15% топлива и выделяется 15% мощности факела. Напротив изотермы 1300°С тепловые потоки на вертикальной оси окрашенных поверхностей фронтальной и боковых стен минимальны и составляют 180кВт/м². Максимальные тепловые потоки падающие на экранные поверхности от факела на фронтальные и боковые поверхности стен по вертикальной оси симметрии в нижней части в 2,83 раза больше минимальных тепловых потоков, падающих от факела на эти же экранные поверхности в верхней их части. Аналогичное неравномерное распределение тепловых потоков излечения оси факела наблюдается на периферии фронтальной и боковых стен. Неравномерное распределение потоков излучения факела по высоте и периметру экранных поверхностей вызывает аналогичную неравномерность парообразования и отложений в трубах. Повышенные тепловые нагрузки в нижней части стен приводят к повышению температуры экранных труб и способствуют развитию в них высокотемпературной коррозии. Высокая температура в нижней объемной зоне, составляющая 1750°С, способствует увеличению выхода оксидов азота из топки, так как из теории горения Я.Б. Зельдовича и накопленного опыта эксплуатации топок паровых котлов известно следующее: чем больше температура в зоне горения топлива, тем больше образуется оксидов азота.

Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции топки для сжигания газомазутного топлива, позволяющей снизить максимальную температуру факела и выровнять плотности тепловых потоков излучений факела на экранные поверхности и парообразование по высоте и периметру стен, 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 свод, под, 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. Согласно изобретению, второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.

Расположение второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости снижает концентрацию сгоревшего топлива в высокотемпературной газовой объемной зоне, уменьшает максимальную температуру с 1750°С до 1700°С, так как первый ярус горелок направлен вниз под углом 15-18° относительно горизонтальной плоскости и второй ярус горелок направлен вверх под углом 15-18° относительно горизонтальной плоскости.

В результате распределенного сгорания топлива в нижней части топки температура высокотемпературной объемной зоны снижается с 1750°С до 1700°С, тепловые потоки на экранные поверхности нагрева, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются, а на расположенные выше высокотемпературной зоны увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям нагрева в нижней части топки. Вследствие уменьшения максимальной температуры высокотемпературной газовой объемной зоны с 1750°С до 1700°С выход оксидов азота снижается.

При расположении второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом, меньшим 15-18° к горизонтальной плоскости, высокотемпературное ядро горения топлива второго яруса горелок будет соприкасаться с высокотемпературным ядром горения топлива первого яруса горелок и температура высокотемпературной объемной зоны достигнет 1750°С, тепловые потоки на экранные поверхности нагрева напротив высокотемпературной объемной зоны увеличатся, рост внутритрубных отложений и выход оксидов азота увеличатся.

При расположении второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом, большим 15-18° к горизонтальной плоскости, факелы второго яруса горелок приблизятся к экранным поверхностям фронтальной и задней стен, тепловые нагрузки на экранные поверхности труб возрастут, что приводит к интенсивному парообразованию и росту внутритрубных отложений в нижней части стен напротив факелов второго яруса горелок. Повышение тепловых нагрузок на экранные поверхности фронтальной и задней стен увеличивает температуру металла труб стен и способствует возникновению и развитию высокотемпературной коррозии экранных труб.

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, второй ярус горелок которой расположен с наклоном их осей вверх 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, вниз под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Второй ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, вверх под углом 15-18°С к 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 в два яруса на противоположных фронтальной и задней стенах 3, подают топливо, газ или мазут, и воздух для создания горючей смеси. В процессе сгорания топливно-воздушной смеси в горелках 8 образуются факелы 10 первого яруса, направленные под углом 15-18° к горизонтальной плоскости вниз, и факелы 10 второго яруса,. направленные под углом 15-18° к горизонтальной плоскости вверх. Для уменьшения максимальной температуры высокотемпературной зоны с 1750°С до 1700°С, второй ярус горелок 8 расположен в стенах 3 с наклоном осей 9 вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. В нижней зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, в зоне горелок 8 первого и второго ярусов и выше горелок, 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 второго яруса горелок 8 с наклоном их осей 9 вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, объем зоны, находящейся между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 увеличивается, концентрация сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 уменьшается, температура газового объема уменьшается. При снижение концентрации сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8, максимальная температура высокотемпературной зоны снижается с 1750°С до 1700°С, тепловые потоки на экраны 4 стен 3 топки, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются с 510 до 480 кВт/м², а на экранные поверхности, расположенные в нижней части средней зоны топки 6, увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен 3 в нижней 5 и средней 6 частях топки. Снижение тепловых потоков на поверхности стен 3, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшает температуру экранов 4 и количество отложений в трубах, способствует замедлению их высокотемпературной коррозии, что повысит надежность экранных поверхностей нагрева, увеличится срок их службы и период между кислотными промывками котла. При снижении температуры высокотемпературного газового объема, ограниченного изотермой, с 1750°С до 1700°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, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.

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.

Способ и устройство для проведения эндотермических реакций // 2643734

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 комбинированного сжигания угольной пыли, природного газа и жидкотопливной смеси путем экзотермического окисления воздухом в вертикальной четырехгранной призматической топке с подачей через установленные на двух противоположных стенах в горизонтальных и четырех вертикальных рядах горелки первичных реагентных потоков из предварительно подготовленных пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и жидкотопливовоздушной смеси по касательным к горизонтальным окружностям в центре топки с образованием на уровне каждого горизонтального горелочного ряда двух встречно-смещенных струйных топливовоздушных пар, а также дожигающих воздушных потоков по касательным к горизонтальным окружностям, примыкающим к стенам.

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 гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания, при работе промышленной печи с одной горелкой с использованием воздуха в качестве окислителя.