ТОПКА
FURNACE

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.
Известна пылеугольная горелка в топке (А.С. СССР №1574991, МПК F23D 1/06, 1990, Бюл. №24), содержащая сопло подачи пыли высокой концентрации (ПВК), подсоединенное к диффузору с рассекателем внутри в воздухоподводящем корпусе, установленном в амбразуре топки.
Недостатком известной горелки в топке является отсутствие термоподготовки топлива перед сжиганием, что затягивает процесс воспламенения в топку, занимая дополнительный объем топки, снижая ее паропроизводительность.
Известна горелка для концентрированной пыли в топке (полезная модель к патенту РФ №48027, МПК F23D 1/06, 2005. Бюл.№25), содержащая сопло подачи пыли высокой концентрации (ПВК) с диффузором на выходном торце и рассекателем внутри его, помещенные в воздухоподводящий корпус, установленный в амбразуре топки.
Недостатком известной горелки в топке является отсутствие термоподготовки пыли перед сжиганием, что затягивает процесс воспламенения в топку, занимая при этом дополнительный объем топки, снижая ее паропроизводительность.
Известна топка (патент РФ №2310127, МПК F23C 5/08, 2007, Бюл. №31), содержащая центральную и, по меньшей мере, одну периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, при этом в периферийную камеру сгорания, выполненную в виде муфеля, заведен выходной торец горелочного устройства, содержащего воздушные сопла и сопла подачи пыли, и растопочные мазутные форсунки.
Недостатком известной топки является малоэффективная термоподготовка пыли в периферийной камере сгорания, так как значительная часть пыли проходит по центру муфеля периферийной камеры сгорания, не контактируя с нагретыми поверхностями.
Задача изобретения - повышение эффективности воспламенения и сжигания пыли за счет повышения эффективности термоподготовки в муфеле периферийной камеры сгорания.
Задача решается тем, что в топке, содержащей центральную и. по меньшей мере, одну периферийную камеры сгорания, разделенные экраном и сообщающиеся перепускным окном, при этом в периферийная камеру сгорания, выполненную в виде муфеля, заведен выходной торец горелочного устройства, состоящего из сопла первичного воздуха и сопла подачи пыли высокой концентрации (ПВК), выполненный в виде диффузора с размещенным внутри его рассекателем, заведенный широким основанием диффузора внутрь периферийной камеры сгорания, сопла вторичного воздуха и растопочные мазутные форсунки, согласно изобретению периферийная камера сгорания выполнена в виде равностороннего прямоугольного параллелепипеда, а выходной торец горелочного устройства заведен внутрь параллелепипеда в плотном контакте с его стенками с образованием зазоров с углами параллелепипеда, в которые спутно потоку, вдоль углов заведены сопла вторичного воздуха и растопочные горелки, а широкое основание рассекателя лежит в плоскости широкого основания диффузора, наружный диаметр которого равен диаметру вписанной в параллелепипед окружности.
На фиг.1 изображен разрез по диагональной плоскости предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Топка содержит центральную 1 и, по меньшей мере, одну периферийную 2 камеры сгорания, разделенные экраном 3 и сообщающиеся перепускным окном 4. В периферийную камеру 2 сгорания, выполненную в виде муфеля, заведен выходной торец горелочного устройства 5, состоящего из сопла 6 первичного воздуха и сопла 7 подачи пыли высокой концентрации (ПВК). который выполнен в виде диффузора 8 с размещенным внутри его рассекателем 9 с образованием между ними расширяющегося в сторону периферийной камеры 2 сгорания кольцевого канала 10. Периферийная камера 2 сгорания выполнена в виде равностороннего прямоугольного параллелепипеда 11. Широким основанием 12 диффузор 8 заведен внутрь параллелепипеда 11 в плотном контакте с его стенками с образованием зазоров 13 с углами параллелепипеда, заглушенных вертикальными пластинами 14, через которые внутрь периферийной камеры 2 сгорания спутно потоку, вдоль углов заведены сопла 15 вторичного воздуха и растопочные мазутные форсунки 16. Широкое основание 17 рассекателя 9 лежит в плоскости широкого основания 12 диффузора 8, наружный диаметр которого равен диаметру вписанной в параллелепипед 11 окружности. На выходном торце периферийной камеры 2 сгорания размещены сопла 18 третичного воздуха.
Топка работает следующим образом.
Поджигается мазут в растопочных мазутных форсунках 16 с помощью газовой горелки с искровым запальником (не обозначена) и прогревается муфель периферийной камеры 2 сгорания. После прогрева муфеля в растопочном режиме внутрь муфеля через расширяющийся канал 10 подается пыль высокой концентрации (ПВК) из сопла 7 подачи ПВК с одновременной подачей первичного воздуха из сопла 6. В кольцевом расширяющемся канале 10 аэросмесь снижает концентрацию до растопочной за счет расширения объема и настилается на раскаленные стенки муфеля периферийной камеры 2 сгорания. При контакте с раскаленной поверхностью из частиц угля выделяются горючие летучие, которые вспыхивают в струях вторичного воздуха, подаваемого в периферийную камеру 2 сгорания из сопл 15, и поджигают коксовую основу, которая догорает в центральной камере 1 сгорания в струях третичного воздуха, подаваемого из воздушных сопел 18. После выхода на нормальный режим работы растопочные мазутные форсунки отключаются. Так как топливо настилается на раскаленный муфель периферийной камеры 2 сгорания, то оно быстро прогревается и воспламеняется, чего не наблюдается при подаче пыли по центру муфеля. В этом заключается преимущество предлагаемого устройства. Кроме того, по углам периферийной камеры 2 сгорания при настильной подаче происходит концентрация пыли при веерном ее выходе из расширяющегося канала 10, и тут же пыль подхватывается соплами 15 вторичного воздуха, размещенными также в углах, что обеспечивает дружное воспламенение пыли и ее транспорт по углам в центральную камеру 1 сгорания для дожигания. Таким образом, топка разгружается от несвойственной ей функции - подготовки пыли к воспламенению, что повышает ее маневренность за счет запаса по производительности, так как часть нагрузки перераспределяется на периферийные камеры сгорания.
Выполнение периферийной камеры сгорания в виде равностороннего прямоугольного параллелепипеда с заведением выходного торца горелочного устройства внутрь параллелепипеда в плотном контакте с его стенками с образованием зазоров с углами параллелепипеда, в которые спутно потоку, вдоль углов заведены сопла вторичного воздуха и растопочные горелки, а широкое основание рассекателя лежит в плоскости широкого основания диффузора, наружный диаметр которого равен диаметру вписанной в параллелепипед окружности, позволяет произвести настильную подачу пыли на раскаленные растопочными мазутными форсунками стенки муфеля, что увеличивает температуру пыли за счет контактной теплопередачи, которая выше конвективной, когда пыль не касается стенок муфеля. Кроме того, раскаленный муфель обладает высокой тепловой инерцией и тепловой эммисией, что при контакте с частицей пыли обеспечивает в момент контакта выделение из частицы горючих летучих, которые воспламеняясь поджигают коксовую основу, что ускоряет процесс воспламенения и выгорания пыли, при этом объем центральной камеры сгорания используется только для горения, а не для подготовки топлива к горению, что происходит при подаче в топку сырого топлива. Так как стоимость неохлаждаемой периферийной камеры сгорания значительно дешевле, чем экранированной центральной камеры сгорания, то подготовка пыли к воспламенению в периферийной камере менее затратна и более экономически выгодна, чем в центральной камере сгорания. Это дает значительный экономический эффект, так как освободившийся объем центральной камеры сгорания от подготовки топлива к горению можно использоваться для увеличения паропроизводительности котла. Обеспечивается также растопочная концентрация пыли за счет уменьшения ее концентрации при проходе в расширяющемся кольцевом канале между диффузором и рассекателем, увеличивается поверхность взаимодействия с окислителем при выходе пыли из диффузора в муфель, так как пыль растекается по всей поверхности муфеля. На предварительно прогретых растопочными мазутными форсунками стенках пыль прогревается до температуры воспламенения и вспыхивает в струях вторичного воздуха, подаваемого в углы параллелепипеда, в которых происходит частичная концентрация пыли при выходе из диффузора. Кроме того, за счет плоской поверхности широкого основания рассекателя на его выходном торце образуется зона разрежения, в которую подтягиваются по центру периферийной камеры сгорания за счет обратных токов горячие топочные газы из центральной камеры сгорания. Подогрев также происходит за счет лучистой составляющей факела центральной камеры сгорания через перепускное окно, что еще больше увеличивает температуру внутри муфеля (по произведенным замерам до 1200°С).
Таким образом, предлагаемое техническое решение решает задачу, так как уменьшается время воспламенения и выгорания пыли за счет непосредственного настила пыли на стенки раскаленного муфеля периферийной камеры сгорания. Повышается кпд котла за счет исключения использования объема топки для термоподготовки и воспламенения топлива, так как освободившийся объем центральной камеры сгорания может быть использован для сжигания дополнительного топлива, что ведет к увеличению паропроизводительности котла.