КОТЕЛ С ГЕНЕРАТОРАМИ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ЗОНЕ ТОПОЧНОГО ПРОСТРАНСТВА СО СТУПЕНЧАТЫМ СЖИГАНИЕМ ТОПЛИВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в энергоустановках с паровыми котлами, оборудованными камерными топками для ступенчатого сжигания топлива.
Уровень техники
3
Известен котел, содержащий камерную топку с горелочными устройствами и соплами воздушного дутья для организации двух- или трехступенчатого сжигания топлива, и по меньшей мере один конвективный газоход с размещенными в нем пакетами поверхностей нагрева (Сжигание угольной пыли в энергетических котлах. / В.И.Бабий, В.Р.Котлер, Э.Х.Вербовецкий // Развитие технологий подготовки и сжигания топлива на электростанциях /// Сборник научных статей. Москва. ВТИ. 1996, с.56, рис.8.). Двух- или трехступенчатое сжигание топлива позволяет существенно уменьшить содержание в выбросах в окружающую среду токсичных элементов (оксидов азота). При этом, однако, остаточное содержание оксидов азота в дымовых газах для разных типов котлов обычно превышает 400 мг/м, что оставляет возможность поиска технических решений для дальнейшего снижения содержания токсичных элементов в дымовых газах.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является снижение в дымовых газах при двух- или трехступенчатом сжигании топлива содержания оксидов азота и повышения полноты сгорания топлива, а достигаемым техническим результатом - обеспечение интенсификации процессов восстановления молекулярного азота из его оксидов и процессов дожигания продуктов неполного сгорания топлива.
Указанные задача и технические результат полезной модели обеспечиваются тем, что в котле, содержащем камерную топку с горелочными устройствами и соплами воздушного дутья для организации двух- или трехступенчатого сжигания топлива, и по меньшей мере один конвективный газоход с размещенными в нем пакетами поверхностей нагрева, согласно полезной модели по меньшей мере в одной из зон второй и третьей ступеней сжигания топлива установлен по меньшей мере один генератор акустических колебаний.
При этом по меньшей мере один генератор акустических колебаний может быть установлен в зоне первой ступени двух- или трехступенчатого сжигания топлива, что позволяет в результате интенсификации протекающих в этой зоне химических процессов уменьшить ее размеры с соответствующим расширением восстановительной и дожигательной зон (соответственно второй или второй и третьей ступеней сжигания топлива), за счет которых обеспечивается указанный выше достигаемый технический результат.
Кроме того, по меньшей мере один генератор акустических колебаний может быть установлен в зоне расположения пакетов поверхностей нагрева по меньшей мере одного конвективного газохода., что за счет интенсификации теплообмена позволяет утилизировать заданное количество теплоты продуктов сгорания в конвективном газоходе при уменьшенной металлоемкости конвективных поверхностей нагрева.
Краткое описание чертежа
На чертеже схематически изображен один из примеров выполнения котла для трехступенчатого сжигания пылевидного топлива согласно полезной модели.
Подробное описание примера выполнения полезной модели
Котел 1 содержит камерную топку 2 с двумя (нижним и верхним) ярусами горелочных устройств 3.1 и 3.2, образующих в топке 2 зоны соответственно первой ступени горения с недостатком воздуха и второй - восстановительной ступени горения. Каждое горелочное устройство 3.1 или 3.2 имеет канал 4 для подачи смеси топливной пыли с первичным воздухом и канал 5 вторичного воздуха. Над верхним ярусом горелочных устройств 3.2 предусмотрен ярус сопел 6 третичного воздушного дутья, создающих в топке 2 зону дожигания продуктов сгорания (третья ступень горения). К топке 2 примыкает конвективный газоход с горизонтальным участком 7 и вертикальной шахтой 8, в которых размещены ширмовый пароперегреватель 9, а также конвективные пакеты пароперегревателя 10 и экономайзера 11. Согласно полезной модели для рассматриваемого примера во всех зонах ступеней сжигания топлива установлены генераторы 12 акустических колебаний. Для предотвращения обгорания последних в высокотемпературных зонах топочного пространства они размещены внутри воздушных каналов 5 горелочных устройств 3 и в соплах 6 воздушного дутья. Аналогичные генераторы 12 акустических колебаний установлены также в зоне расположения пакетов 10, 11 конвективных поверхностей нагрева.
Описание топочного процесса котла
Топочный процесс котла 1 для данного примера трехступенчатого сжигания пылевидного топлива с использованием генераторов 12 акустических колебаний согласно полезной модели осуществляется следующим образом. В горелочные устройства 3.1 нижнего яруса, образующие первую ступень горения, подается 70…85% сжигаемого топлива с избытком воздуха, близким к единице. Из-за нехватки воздуха на этой стадии образуются продукты неполного горения и оксиды азота. Интенсификация протекающих в этой зоне химических процессов за счет влияния акустических колебаний позволяет уменьшить размеры области первой ступени горения и за счет этого соответственно расширить восстановительную и дожигательную зоны (соответственно второй и третьей ступеней сжигания топлива). Во второй ступени горения, обеспечиваемой верхним ярусом горелочных устройств 3.2, продуктами неполного горения при возможной добавке в горелки 3.2 газообразного или пылевидного топлива осуществляется восстановление оксидов азота до молекулярного азота. В третьей ступени осуществляется дожигание продуктов неполного горения при подаче в сопла 6 третичного дутьевого воздуха с необходимым избытком по отношению к стехиометрическому. Интенсификация протекающих в этих зонах химических процессов за счет влияния акустических колебаний непосредственно влияет на обеспечение достигаемого полезной моделью технического результата - уменьшения выбросов оксидов азота и повышения полноты сгорания топлива. Акустические колебания в зонах расположения конвективных пакетов 10, 11 позволяют, как уже отмечалось выше, интенсифицировать теплообменные процессы с получением соответствующих преимуществ.