НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ВИХРЕВАЯ ТОПКА

Полезная модель относится к организации вихревого сжигания твердого топлива и может использоваться в печах, промышленных и энергетических котлах при их реконструкции и разработке нового оборудования.
Известна применяемая в энергетике низкотемпературная вихревая топка, содержащая камеру сгорания со стенками, переходящими в нижней части в воронку, по меньшей мере, одну горелку, направленную вниз и расположенную в стенке камеры сгорания, а также сопла дутья, установленные на противоположной стенке, одно из которых в нижней части воронки направленно встречно горелке.
За счет топливовоздушных струй в топке создается вихрь, обеспечивающий устойчивое воспламенение и низкотемпературное выжигание горючих из частиц топлива. [Патент RU №2253801].
Недостатками этой топки являются:
- низкая экономичность, из-за слабого удержания частиц в топке, крупные частицы топлива выпадают через воронку, не сгорая, с другой стороны в низкотемпературной топке выгорание частиц замедленно и мелкие уносимые частицы также не полностью догорают;
- низкая надежность топки, сопло установленное в нижней части воронки приводит к износу противоположной стенки и экранов топки восходящим газозоловым потоком.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является низкотемпературная вихревая топка, содержащая: камеру сгорания со стенками, переходящими в нижней части в воронку, направленные вниз и расположенные на фронтовой стенке камеры сгорания горелки, сопло дутья щелевой формы установленное на противоположной стенке, в нижней части воронки и направленное встречно, расположенный в воронке воздушно-каскадный классификатор.
За счет топливовоздушных струй в топке создается вихрь, обеспечивающий устойчивое воспламенение и низкотемпературное выжигание горючих из частиц топлива. Частицы топлива, падающие в воронку, возвращаются потоком дутья в камеру сгорания через воздушно-каскадный классификатор. При этом в топке можно сжигать дробленые угли без использования дорогостоящей пожаро- и взрывоопасной системы тонкого размола топлива. [Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, стр.54, рис.26 и 27].
Недостатками прототипа являются:
- низкая экономичность и низкая надежность топки: в низкотемпературной топке выгорание частиц замедлено и мелкие уносимые частицы не полностью догорают, а крупные частицы не могут удерживаться воздушно-каскадным классификатором. Увеличение же удерживающей способности классификатора добавлением дутья в воздушно-каскадный классификатор приводит к интенсивному износу фронтового экрана и росту потерь тепла с уходящими дымовыми газами. [Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, стр.55].
Задачей настоящей полезной модели является увеличение экономичности и надежности низкотемпературной вихревой топки.
Поставленная задача решается тем, что в низкотемпературной вихревой топке, содержащей камеру сгорания с образованными экранами стенками, переходящими в нижней части в воронку, по меньшей мере, одну горелку, направленную вниз и расположенную в стенке камеры сгорания, а также сопло дутья, установленное на противоположной стенке, одно из которых в нижней части воронки направленное встречно горелке, по предлагаемой полезной модели в воронке установлена водоохлаждаемая колосниковая решетка, снабженная водоохлаждаемой шурующей планкой.
По сравнению с прототипом в топке не требуется интенсивного дутья в нижнее сопло, крупные частицы топлива, не удерживаемые в вихре, выпадают и догорают на колосниковой решетке, и таким образом, уменьшается недожог топлива с провалом и уносом и износ стенки нижним дутьем. Зола из топки выгружается шурующей планкой. Выполнение колосниковой решетки и шурующей планки водоохлаждаемыми увеличивает надежность их работы.
Кроме того, колосниковая решетка может быть расположена под горелкой, а стенка над горелкой иметь участок, установленный с наклоном вовнутрь камеры сгорания и закрытый обмуровкой, а под наклоненную над горелкой часть стенки направлено сопло, установленное на противоположной стенке. Это позволяет дополнительно улучшить условия выгорания мелких уносимых частиц и повысить экономичность топки.
На чертежах 1 и 2 схематично показаны варианты предлагаемой низкотемпературной вихревой топки.
Низкотемпературная вихревая топка, фиг.1, включает камеру 1 сгорания, которая образована стенками (экранами) 2, переходящими в нижней части в воронку 3. В одну из стенок 2 камеры 1 сгорания вмонтирована горелка 4, направленная вниз, в воронку 3. В нижней части воронки 3 установлено сопло 5 щелевой формы направленное встречно горелке, для подачи дутья в нижнюю часть камеры сгорания 1, а так же сопла 6 для подачи дутья в верхнюю часть камеры сгорания 1. В воронке 3 установлена водоохлаждаемая колосниковая решетка 7, снабженная водоохлаждаемой шурующей планкой 8.
Подача дутья через горелку 4 и сопло 5 формирует в камере сгорания 1 интенсивный вихрь с горизонтальной осью вращения и траекторией 9 выхода восходящего горящего потока из камеры сгорания 1 под горелку 4. Стенки камеры сгорания образованы преимущественно экранами, которые благодаря удержанию частиц в вихре, ступенчатой подаче дутья и активной аэродинамике обеспечивают низкотемпературный режим сжигания без шлакования топки и с минимальными выбросами вредных оксидов.
Здесь не требуется интенсивного дутья в нижнее сопло 5, т.к. колосниковая решетка 7, позволяет дожечь выпадающие частицы топлива в потоке дутья, проходящего через колосник. Опасный по износу экранов поток дутья через сопла 5, снижается. Шурующая планка 8 автоматизирует удаление шлака с колосниковой решетки 7, а охлаждение водой обеспечивает их надежную работу. Таким образом, в предлагаемой низкотемпературной вихревой топке обеспечивается повышение экономичности и надежности.
Во втором варианте, фиг.2, колосниковая решетка 7 может располагаться под горелкой 4, а стенка (экран) 2 над горелкой 4 иметь участок 10, установленный с наклоном вовнутрь камеры сгорания 1, причем этот участок экрана 10 может быть закрыт обмуровкой 11. Кроме того, под участок 10 может быть направлено сопло 6, установленное на противоположной стенке 2. Наклонный участок экрана 10, утепленный обмуровкой 11, обеспечивает дополнительно дожигание уносимых из камеры сгорания 1 частиц топлива, усиливающееся в потоке дутья подаваемого из сопла 6.
Предлагаемая низкотемпературная вихревая топка работает следующим образом. Топливовоздушная смесь вводится через горелку 4, воспламеняется и горит в камере сгорания 7 в потоке, который направлен вниз, в сторону воронки 3. Далее горящий поток отражается от стенки воронки 3, подхватывается встречным потоком дутья, истекающим из сопла 5, и направляется под горелку 4 по условной траектории 9, обеспечивая надежное воспламенение и стабильное горение факела, начиная от корня горелки 4. При этом крупные частицы выпадают из вихря на колосниковую решетку 7 и сгорают в потоке дутья, проходящем через нее, а шлак периодически выгружается из камеры сгорания 1 шурующей планкой 8. Благодаря активной аэродинамике и интенсивной теплоотдаче к чистым экранам, образующим стенки 2 камеры сгорания 1, в ней поддерживается низкотемпературный топочный процесс. Охлаждение водой колосниковой решетки 7 и шурующей планки 8 обеспечивает их надежную работу.
При смещении колосниковой решетки 7 под горелку 4, восходящий из горящего на колосниковой решетке слоя поток в еще большей степени способствует нижнему воспламенению топливовоздушной смеси от корня горелки 4. После прохождения горелки 4 восходящий поток отклоняется вовнутрь камеры сгорания установленным с наклоном участком 10. Это улучшает перемешивание потока и горение уносимого топлива. Горение уносимого топлива в потоке усиливается при закрытии (утеплении) участка 10 обмуровкой 11, и еще дополнительно за счет подачи в эту зону дутья через сопло 6, установленное на противоположной стенке 2. Наклонный участок 10, особенно утепленный обмуровкой 11, обеспечивает дополнительно дожигание уносимых из камеры сгорания 1 частиц топлива, усиливающееся в потоке дутья подаваемого из сопла 6. Кроме того, за счет теплового излучения от разогретой обмуровки 11 интенсифицируется верхнее зажигание топливо-воздушной смеси, вводимой через горелку 4. Таким образом, на выходе из камеры сгорания 1 за счет утепления экранов и свежего дутья обеспечивается глубокое выжигание горючих из выносимых частиц и повышение экономичности.
В предлагаемой низкотемпературной вихревой топке, как и в прототипе [Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энерго-атомиздат, 1990, стр.54, рис.26 и 27], может быть организовано сжигание дробленого топлива с удержанием частиц в вихре. Крупные частицы дожигаются на механизированной колосниковой решетке с удалением очаговых остатков в систему удаления золы шурующей планкой. При этом обеспечивается устранение механического недожога с провалом топлива без подачи мощного дутья, изнашивающего экраны топки. Охлаждение водой колосниковой решетки и шурующей планки поддерживает их надежную работу.
Вихрь, занимающий всю топку, интенсивный тепло- массообмен и равномерное заполнение топки горящим потоком излучающих частиц обеспечивают повышенную экономичность, интенсивный отвода тепла к экранам и низкотемпературный топочный процесс с минимумом эмиссии вредных оксидов.