СПОСОБ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХГРАННОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТОПКИ С ЭКРАНИРОВАННЫМИ БОКОВЫМИ, ЗАДНЕЙ И НЕЭКРАНИРОВАННОЙ ФРОНТОВОЙ СТЕНАМИ
OPERATING MODE OF FOUR-SIDED VERTICAL FURNACE WITH SHIELDED SIDE, REAR WALLS AND NON-SHIELDED FRONT WALL

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, производственных и бытовых котельных, сжигающих природный газ в топках с подовыми щелевыми горелками, экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами.
Известен способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха через подовые горелки вдоль фронтовой, задней и боковых стен и отводом продуктов сгорания через боковое окно задней стены (Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. - М.: Энергоиздат, 1982. - с.151-160, рис.6.2, рис.6.6).
Недостаток способа - высокий уровень неравномерности температуры факела в выходном окне топки, усиливающийся при экранировании только боковых и задней стен, отводе продуктов сгорания через потолочное окно. Неравномерность приводит к перегреву труб пароперегревателей, размещаемых непосредственно за топкой. При работе котлов с такими топками вынуждены снижать их тепловую нагрузку; при работе таких топок в период растопок потребляется большой расход газа.
Известен также способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков вдоль фронтовой и задней стен через горелки, установленные на боковых стенах, причем в потоках, направляемых вдоль фронтовой стены, подают топливо с расходом больше, чем в потоках, направляемых вдоль задней стены, а продукты сгорания отводят через боковое окно задней стены (авторское свидетельство СССР № 676814, МПК F23C 5/28 от 08.02.78 г.; БИ № 28 от 1979 г.).
Недостаток способа - также высокий уровень температурной неравномерности факела при экранировании только боковых и задней стен, большой расход газа при растопках.
Наиболее близким является способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха вдоль фронтовой и задней стен через щелевые подовые горелки и отводом продуктов сгорания через потолочное окно (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968. - с.151, рис.36)
Задача изобретения - снижение неравномерности температуры факела в выходном окне топки, снижение расхода газа при растопке.
3
Для достижения поставленной задачи при реализации способа работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми задней и неэкранированной фронтовой стенами путем подачи реагентных потоков газа и воздуха вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен через щелевые подовые горелки и отвода продуктов сгорания через потолочное окно расход газа в потоке реагентов, подаваемом вдоль неохлаждаемой фронтовой стены, уменьшают по сравнению с расходом газа в потоке, подаваемом вдоль охлаждаемой задней стены, до  (где ,  - расход газа, подаваемый вдоль неохлаждаемой фронтовой стены и вдоль охлаждаемой задней стены соответственно, м/с) при тепловой нагрузке топки меньше  (где  - номинальная тепловая нагрузка топки, Вт) и до  при тепловой нагрузке топки , а в режиме растопки весь газ подают вдоль задней стены.
m
m
m
m
m
m
m
m
Подача вдоль неохлаждаемой фронтовой стены реагентного потока с уменьшенным расходом газа выравнивает поле температуры в выходном окне топки. При нагрузке меньше  в диапазоне  разность значений температуры ΔT на выходе из полутопки с фронтовой неохлаждаемой стеной и на выходе из полутопки с охлаждаемой задней стеной составляет  (где  - температура на выходе из полутопки с фронтовой неохлаждаемой стеной и на выходе из полутопки с охлаждаемой задней стеной соответственно, К). При отклонениях от обозначенного диапазона в сторону уменьшения  отмеченная температурная разность ΔT=(40-50)К, при  она равна ΔT=(45-60)К, то есть в обоих случаях резко, скачкообразно возрастает. При нагрузках  в диапазоне  параметр ΔT=(10-25)К. Отклонения  от указанного диапазона вызывают скачкообразное увеличение параметра ∆T. Как только  параметр ΔT=(50-70)К, а как только  параметр ΔT=(60-80)К. Максимум неравномерности с ΔT=(100-150)К наблюдается при равномерной загрузке газом потоков реагентов, подаваемых вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен. При равномерной загрузке топливом растопочных потоков расход газа и время растопки максимальны. При подаче растопочного потока только вдоль задней охлаждаемой стены достигается снижение времени растопки и расхода газа вдвое. Заявляемые диапазоны расходов газа являются оптимальными.
Предлагаемый способ работы четырехгранной вертикальной топки с экранированными боковыми, задней и неэкранированной фронтовой стенами поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез топки и схема подачи реагентных потоков вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен через подовые щелевые горелки; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Четырехгранная вертикальная топка на фиг.1, 2 имеет боковые стены 1, 2, заднюю стену 3 и фронтовую стену 4, под 5 с щелевыми горелками 6, 7, примыкающими соответственно к задней и фронтовой стенам 3, 4, а также потолочное окно 8, трубные экраны 9, 10, 11, выложенные вдоль боковых стен 1, 2 и задней стены 3.
T
р
3
3
При реализации предлагаемого способа работы четырехгранной вертикальной топки с экранами 9, 10, 11 на боковых и задней стенах 1, 2, 3 реагентные потоки газа и воздуха 12, 13 подают через подовые щелевые горелки 6, 7 вдоль задней охлаждаемой и фронтовой неохлаждаемой стен 3, 4 соответственно. В стационарных режимах работы топки расход газа  в потоке реагентов 13, подаваемом вдоль неохлаждаемой фронтовой стены 4, уменьшают по сравнению с расходом газа  в потоке 12, подаваемом вдоль охлаждаемой экраном 11 задней стены 3. При тепловой нагрузке топки  (где Q - тепловая нагрузка топки, Вт,  и В - низшая теплота сгорания и расход топлива соответственно, Дж/м и м/с), расход газа  При тепловой нагрузке топки  расход газа  В режимах растопки весь газ подают вдоль задней стены 3 с экраном 11. Образующиеся в процессе химического реагирования продукты сгорания 14 выводятся в потолочное окно 8. Значения температуры продуктов сгорания в выходном окне 8 в полутопке 15 с неохлаждаемой фронтовой стеной 4 и в полутопке 15 с неохлаждаемой фронтовой стеной 4 и в полутопке 16 с охлаждаемой экраном 11 стеной 3 практически равны между собой  При равномерной загрузке горелок 6, 7 топливом  температурные уровни в полутопках 15, 16 сильно отличаются, образуя разность  доходящую до  (где  - температура на выходе из полутопки с фронтовой неохлаждаемой стеной при равномерной загрузке горелок и на выходе из полутопки с охлаждаемой задней стеной при равномерной загрузке горелок соответственно, К), опасную для поверхностей нагрева за выходным окном топки (на фиг.1,2 они не показаны), вызывающую перегревы труб, необходимость их замены с остановами котла.
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
фр
фр
задн
задн
Опыты на котлах Бабкок-Вилькокс Челябинской ГРЭС с топками, имеющими соотношение сторон A/B=4 (где A, B - ширина и глубина топки, м) и установочные размеры горелок С/B=0,15 (где С - расстояние от фронтовой стены до оси горелки, м), С/B=0,15 (где С - расстояние от задней стены до оси горелки, м), фиг.1, 2, показывают оптимальность заявленных диапазонов расхода газа. При отклонениях от обозначенного диапазона в сторону уменьшения  отмеченная температурная разность ΔT=(40-50)К, при  она равна ΔT=(45-60)К, то есть в обоих случаях резко, скачкообразно возрастает. При нагрузках  в диапазоне  параметр ΔT=(10-25)К. Отклонения  от указанного диапазона вызывают скачкообразное увеличение параметра ΔT. Как только  параметр ΔT=(50-70)К, а как только  параметр ΔT=(60-80)К. Максимум неравномерности с ΔT=(100-150)К наблюдается при равномерной загрузке газом потоков реагентов, подаваемых вдоль неохлаждаемой фронтовой и охлаждаемой задней стен. При равномерной загрузке топливом растопочных потоков расход газа и время растопки максимальны. При подаче растопочного потока только вдоль задней охлаждаемой стены достигается снижение времени растопки и расхода газа вдвое. Заявляемые диапазоны расходов газа являются оптимальными.
Практическая ценность способа связана с организацией режимов растопки и загрузки горелок на котлах Бабкок-Вилькокс и ТКЗ-120 Челябинской ГРЭС, других ТЭС, промышленных и бытовых котельных, котлы которых были оснащены изначально топками с цепными механическими решетками для сжигания твердого топлива в продуваемом воздухом слое. При переводе на газ эти топки оснащаются щелевыми подовыми горелками, их фронтовые стены остаются неохлаждаемыми. Предлагаемый способ охватывает весь класс этих топочных устройств.
m
m
m
фр
задн
Аналогичные результаты получены на котлах ТКЗ-120 с топками, имеющими соотношения сторон A/B=2, установочные размеры горелок С/B,=0,30, С/=0,30,
m
m
m
m
фр
задн
Изменения конструктивных соотношений в диапазонах A/B,=2-4, С/B=0,15-0,30, С/B,=0,15-0,30 не оказывают принципиального влияния на достигаемое снижение температурной неравномерности факела и расход растопочного газа. Заявленные диапазоны расходов газа, связанные с нагрузкой топок, являются оптимальными для большого класса котлов и типоразмеров топок.