ТОПКА
FURNACE

Изобретение относится к тепловой энергетике и может быть использовано на отопительных и энергетических котлах, работающих на полидисперсных твердых топливах.
Известна топка, содержащая экранированные внешние стенки, отсеки, отделенные друг от друга двусветным экраном и связанные газовыми окнами (например, ремонтными), устройства ввода в отсеки топлива и воздуха, а также разводки экранных труб под эти устройства. Недостатком этой топки является то, что в ней не может сжигаться надежно и экономично угольная пыль очень грубого помола или дробленка (см., например, М.В.Мейкляр. Паровые котельные агрегаты ТКЗ высокого давления. - М., Л., Государственное энергетическое издательство, 1963, с.44, рис.1.24).[1].
Известна также топка, принятая в качестве прототипа, содержащая помимо приведенных в [1] элементов воздушную колпачковую решетку, ограничивающую снизу отсеки (см., например, Информационный сборник РАО ЕЭС России «Современные природоохранные технологии в электроэнергетике». Издательский дом МЭИ, 2007 г., с.87, рис.58, стр.87.) [2].
Недостатком топки [2] является сложность конструкции и невозможность надежного и экономичного сжигания дробленого полидисперсного топлива, содержащего крупные куски с размером 20-50 мм, т.к. они забивают воздушные отверстия колпачковой решетки. Если же увеличить скорость воздуха на выходе из колпачков, то будет иметь место значительный вынос частиц из кипящего слоя, что приведет к увеличению мехнедожога.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является обеспечение надежного и экономичного сжигания полидисперсного топлива и упрощение конструкции топки. Для достижения указанного технического результата в известной топке, содержащей экранированные внешние стенки, в том числе потолок, вертикальные участки и нижнее ограждение, по меньшей мере, один отсек зажигания и, по меньшей мере, один отсек дожигания топлива, отделенные друг от друга двусветными экранами и связанные газовыми окнами, воздушные сопла, устройства ввода полидисперсного топлива, разводки экранных труб, воздушную колпачковую решетку, ограничивающую снизу, по меньшей мере, отсек дожигания топлива, сопла третичного дутья, установленные на внешних стенках отсека дожигания топлива, отверстия, в том числе для вывода золошлаков из надрешеточной зоны, согласно изобретению, двусветные экраны выполнены газоплотными с нижними газовыми окнами из фестонированных труб, примыкающих к нижнему ограждению и образующих воздушную колпачковую решетку, воздушные сопла установлены на внешних стенках в нижней части отсеков зажигания топлива и направлены вверх, устройства ввода полидисперсного топлива и растопочные горелки размещены на внешних стенках отсека зажигания топлива не ниже осей разводок экранных труб под воздушные сопла. Кроме того, нижнее ограждение отсека зажигания топлива может быть выполнено в виде воздушной колпачковой решетки; одно или несколько устройств ввода полидисперсного топлива может быть размещено в верхней части отсека зажигания топлива в своих разводках экранных труб; воздушные сопла, устройства ввода полидисперсного топлива и растопочные горелки могут быть выполнены в общих разводках экранных труб; двусветные экраны в средней части отсеков зажигания топлива могут быть направлены под острым углом относительно вертикальных участков своих внешних стен и плотно состыкованы с ними; в самой верхней части внешних стен, принадлежащих отсекам зажигания топлива, могут быть выполнены отверстия, к которым подсоединены трубопроводы отсоса и подачи генераторного газа через охладители в штуцеры ввода газа в корпуса растопочных горелок.
На фиг.1 изображена топка (поперечный разрез) с двумя отсеками зажигания топлива. На фиг.2 представлена топка (продольный разрез), которая содержит один отсек зажигания топлива. Топка содержит вертикальный участок 1 внешней стены, нижнее ограждение 2, отсек 3 зажигания, отсек 4 дожигания, двусветный экран 5, газовое окно 6 (фестон), воздушное сопло 7, растопочную горелку 8, устройство 9 ввода полидисперсного топлива, решетку 10 кипящего слоя, сопло 11 третичного дутья, отверстие 12 вывода золошлаков из надрешеточной зоны, отверстия 13 и линии отсоса генераторного газа, трубопроводы 14 генераторного газа, охладитель 15, штуцеры 16 ввода генераторного газа в корпуса растопочных горелок.
В качестве нижних ограждений 2 отсеков 3 использованы экранированные скаты холодной воронки (см. фиг.1), причем в их нижней части установлены воздушные сопла 7, направленные, например, вертикально вверх.
В качестве нижнего ограждения 2 отсека 3 используется воздушная колпачковая решетка 10 (см. фиг.2). В нижней части фронтальной вертикальной стенки отсека 4 зажигания установлены в общих разводках экранных труб воздушные сопла 7 и растопочные горелки 8, направленные наклонно вверх под небольшим острым углом к фронтальной стенке. В верхней части фронтальной стены отсека 3 зажигания топлива размещены устройства 9 ввода полидисперсного топлива в своих разводках экранных труб. Они выполнены в виде вращающихся забрасывателей полидисперсных кусков топлива. Следует отметить, что воздушные сопла 7, растопочные горелки 8 и устройства 9 ввода полидисперсного топлива могут быть размещены на вертикальных участках 1 внешних стен отсека 3 зажигания, перпендикулярных двусветным экранам 5.
В варианте работы топки (см. фиг.1) через воздушные сопла 7 в отсеки 3 зажигания с предварительно разогретой с помощью растопочных горелок 8 газовой средой вдувается с повышенной скоростью (до 40-60 м/с), направленной вертикально вверх, слабоподогретый воздух, либо его смесь с низкотемпературными газами рециркуляции, либо сбросной воздух пылесистем, имеющий относительно невысокую температуру (до 150°С), чтобы исключить возможность шлакования экранов отсеков 3 зажигания. При этом в качестве нагнетателей могут быть использованы мельничные вентиляторы. Через устройства 9 ввода полидисперсного топлива, расположенные выше разводок экранных труб под воздушные сопла 7 и растопочные горелки 8, в отсеки 3 зажигания вводится полидисперсное топливо. Это может быть угольная пыль угрубленного помола, которая вводится в отсек 3 зажигания, например, по трубам пыли высокой концентрации. Это может быть дробленый уголь (с кусками до 50 мм), который вводится в отсеки 3 зажигания, например, с помощью вращающихся забрасывателей. При этом целесообразно, чтобы в каждом отсеке 3 зажигания количество устройств 9 ввода полидисперсного топлива соответствовало числу воздушных сопл 7 и растопочных горелок 8, а направление ввода реагентов осуществлялось в общих вертикальных плоскостях. В этом случае время пребывания (кратность циркуляции) угольных частиц в отсеках 3 зажигания будет наибольшим. Угольные частицы прогреваются и загораются, увлекаясь в верхнюю часть воздушными потоками, поступающими в отсеки 3 зажигания из воздушных сопл 7 и растопочных горелок 8. Частично сгоревшие и уменьшенные в своих размерах угольные частицы возвращаются в нижнюю часть отсеков 3 зажигания и движутся вдоль нижнего ограждения 2, в данном случае, скатов холодной воронки в направлении газового окна 6, выполненного из фестонированных труб двусветного экрана 5. На этом пути недогоревшие частицы встречают высокоскоростные потоки воздушных сопл 7 и снова увлекаются ими в верхние части отсеков 3 зажигания. Происходит многократное рециркулирование крупных частиц и их частичное выгорание в пределах отсеков 3 зажигания. Проскочившие в отсек 4 дожигания недогоревшие мелкие частицы и зола увлекаются вверх потоком продуктов сгорания, поступающим из отсека 3 зажигания. Более крупные недогоревшие частицы сепарируют в зону, расположенную над воздушной колпачковой решеткой 10, которая образована с использованием труб двусветных экранов 5, и, витая в этой зоне, частично догорают, т.е. уменьшаются в весе и размерах. Затем они выносятся в среднюю (по высоте) часть отсека 4 дожигания. На пути к выходному сечению топки частицы угля окончательно догорают в результате турбулизации струями, вытекающими из сопл 11 третичного дутья. Благодаря расширяющемуся поперечному сечению отсека 4 дожигания вдоль наклонной части двусветных экранов 5 будут иметь место токи крупных недогоревших частиц (золы), направленные вниз. Золошлаки из надрешеточной зоны удаляются через отверстия 12 вывода, затем (как это обычно принято) проходят через зольные охладители и поступают в каналы гидрозолоудаления. В отсеки 3 зажигания вводится все топливо через устройства 9 и только часть потребного для полного его сгорания воздуха через воздушные сопла 7 и растопочные горелки 8. В результате многократного рециркулирования и неполного выгорания частиц малого и среднего размера в средней части отсеков 3 зажигания (в условиях недостатка воздуха) в его самой верхней части будет возрастать концентрация более легкого генераторного газа. Его можно использовать для быстрого прогрева и зажигания свежего топлива. Для этого генераторный газ отбирают из отверстий 13 отсоса и подают с помощью трубопроводов 14 через охладитель 15 (типа «труба в трубе») в штуцеры 16 ввода газа в корпуса растопочных горелок 8. Возможен вариант ввода генераторного газа работающего котла в растопочные горелки 8 растапливаемого котла. Для этого из трубопроводов 14 после охладителей 15 генераторный газ отсасывают вентилятором небольшой мощности и подают в штуцеры 16 растопочных горелок 8 растапливаемого котла.
В варианте работы топки (см. фиг.2) дробленое топливо поступает в верхнюю часть отсека 3 зажигания (в данном случае одного), заполненного высокотемпературными продуктами сгорания, предварительно разогретыми с помощью растопочных горелок 8. В данном случае устройства 9 ввода полидисперсного топлива выполнены в виде вращающихся забрасывателей, причем целесообразно, чтобы количество забрасывателей соответствовало числу воздушных сопл 7 и они были размещены друг над другом. В нижнюю часть отсека 3 из воздушных сопл 7 поступает с высокой скоростью, направленной наклонно вверх, слабоподогретый воздух, либо его смесь с низкотемпературными газами рециркуляции. Полидисперсные частицы топлива падают вниз, причем относительно мелкие рециркулируют и загораются в средней части отсека 3 зажигания благодаря воздействию на них воздуха, поступающего из воздушных сопл 7 и растопочных горелок 8, в данном случае установленных в общих разводках экранных труб. Частично выгоревшие относительно крупные куски топлива попадают в надрешеточную зону воздушной колпачковой решетки 10, образованной с использованием труб вертикального участка 1 фронтальной внешней стены. Витая в надрешеточной зоне, куски топлива постепенно выгорают, одновременно смещаясь к газовому окну 6, образованному из труб двусветного экрана 5. Дальнейший процесс работы топки по данному варианту (фиг.2) в основном аналогичен тому, который приведен выше для работы топки по варианту (фиг.1).
Использование предлагаемой топки позволит более надежно, экономично и экологически эффективно сжигать полидисперсные твердые топлива.