УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности, к устройствам для сжигания топлива, преимущественно низкокалорийного суспензионного угольного топлива.
Известна вихревая топка [1, Патент РФ на полезную модель №37183], образованная экранами и обмуровкой, имеющая несколько тангенциально установленных и ориентированных на расположенные по оси топки условные окружности горелочных устройств, а также газовыпускное окно, расположенное по оси топки и выполненное в виде пережима.
Недостатком данной топки является ее малая эффективность при работе с низкокалорийными топливами (например, с суспензионным угольным топливом, приготовленным из отходов углеобогащения), поскольку экраны, ограничивающие топку, отводят тепло, что снижает температуру в топке.
Поэтому в такой топке эффективное сжигание низкокалорийных топлив возможно только лишь при «подсветке» за счет сжигания другого топлива.
Известна топка, примененная в теплогенераторе [2, Патент РФ на полезную модель №82825], образованная двумя торцевыми стенами, в одной из которых выполнено газовыпускное окно, и боковой поверхностью, содержащей горелочное устройство и сопла дутьевого воздуха.
Наиболее близкой к предлагаемой является топка в составе теплогенератора [3, Патент РФ на полезную модель №105417], которая в отличие от топки [2] снабжена по меньшей мере еще одним горелочным устройством с форсункой, распыленная струя топлива из которой направлена тангенциально к внутренней поверхности топки.
Недостатком последней топки, как и всех указанных выше топок, является то, что все они работают под наддувом. Вследствие этого для поддержания слабого разрежения в пространстве топки и надежной эвакуации продуктов сгорания в каждой из вышеописанных топок необходимо существенно понижать давление за газовыпускным окном, которое является дополнительным местным сопротивлением. Для создания необходимого перепада давления на этом участке необходимо увеличивать производительность дымососа, что приводит к увеличению неорганизованных присосов воздуха в дымогазовом тракте и, как следствие, к снижению эффективности теплогенерирующей установки. Другим недостатком аналогов и прототипа является их низкая удельная теплопроизводительность, что требует увеличения габаритов топки.
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих аналогам и прототипу, т.е. обеспечение эвакуации дымогазовых продуктов горения из пространства топки без увеличения присосов воздуха в дымогазовом тракте и повышение удельной теплопроизводительности топки при сохранении геометрических размеров топки.
Поставленная цель достигается тем, что в торцевой стенке вихревой камеры, входящей в состав устройства для сжигания топлива, не содержащей газовыпускного окна, устанавливается как минимум одно дополнительное горелочное устройство с топливной форсункой, факел распыла которой направлен в сторону газовыпускного окна.
Установка в торцевой стенке, не содержащей газовыпускного окна, как минимум одного дополнительного горелочного устройства с топливной форсункой приводит к тому, что струя распыленного топлива, истекающего из форсунки, достигает газовыпускного окна и, проходя через него, создает в области, прилегающей к газовыпускному окну, эффект эжекции. Этим обеспечивается дополнительный импульс для эвакуации дымогазовой смеси из вихревой камеры. Помимо этого, продвижение дымогазовой смеси по тракту обеспечивается за счет работы дымососа, но уже без необходимости повышения его производительности. Распыленное топливо, подаваемое через дополнительное горелочное устройство, при движении сквозь пространство адиабатической камеры и далее сквозь газовыпускное окно испытывает мощное тепловое воздействие со стороны вихревого потока, образованного горящим распыленным топливом, подаваемым через тангенциальное(ые) горелочное(ые) устройство(а) с форсункой(ами). Это обеспечивает надежное воспламенение топлива, подаваемого через дополнительное(ые) горелочное(ые) устройство(а) с форсункой(ами), т.е. осуществляется постоянная «подсветка» факела при сжигании того же самого топлива. Постоянная «подсветка» обеспечивает дальнейшее горение топлива без адиабатических условий. Таким образом, в пространство адиабатической камеры через тангенциальное(ые) горелочное(ые) устройство(а) с форсункой(ами) поступает и сгорает некоторое количество топлива, количество которого ограничено размерами камеры. При этом через добавочное(ые) горелочное(ые) устройство(а) с форсункой(ами), установленное(ые) в торцевой стенке, не содержащей газовыпускного окна, на сжигание подается дополнительное количество топлива, которое сгорает при постоянной «подсветке». При этом дополнительное количество топлива, сгорающего в камере с «подсветкой», и соответствующая этому выделяемая тепловая мощность может превышать расход топлива и тепловую мощность «подсвечивающего» источника. Таким образом, установка дополнительного горелочного устройства в торцевой стене, не содержащей газовыпускного окна, существенно увеличивает теплопроизводительность устройства для сжигания без изменения его габаритных размеров.
На рисунках 1 и 2 представлена схема устройства для сжигания топлива.
Устройство для сжигания топлива представлено адиабатической вихревой камерой сгорания, состоящей из боковой поверхности 1 и торцевых стенок 2 и 3. В торцевой стенке 3 выполнено газовыпускное окно 4. На боковой поверхности 1 установлено одно или несколько тангенциальных горелочных устройств 5 с топливными форсунками 6. На рисунке показано два таких горелочных устройства 5 с топливными форсунками 6. Тангенциальные горелочные устройства расположены таким образом, что помещаемые в них форсунки распыляют топливо в пространство камеры сгорания по касательной к условной цилиндрической поверхности внутри камеры. При этом одно или более горелочных устройств могут быть выполнены в виде форкамеры с гнездом 7 для растопочной горелки (на рисунке не показана), работающей на высокореакционном топливе. Для растопки топки на твердом топливе (уголь, брикеты, дрова и др.) в нижней (в подовой) части топки может располагаться устройство для сжигания твердого топлива (решетка с шурующей планкой или колосниковая, в т.ч. подвижная решетка). Эти добавочные устройства служат для разогрева топки при запуске из холодного состояния. В боковой поверхности адиабатической камеры расположены также сопла 8 для подачи воздуха, необходимого для сгорания топлива. Сопла, как и горелочные устройства, установлены таким образом, чтобы струи воздуха были направлены по касательной к условной цилиндрической поверхности внутри камеры. В торцевой стенке, не содержащей газовыпускного окна, установлено как минимум одно добавочное горелочные устройство 9 с топливной форсункой 10, причем это добавочное горелочное устройство установлено таким образом, чтобы струя топлива была направлена в сторону газовыпускного окна, как показано на рисунке 1.
Устройство для сжигания топлива работает следующим образом.
При растопке из холодного состояния зажигается растопочная горелка, установленная в гнезде 7 и работающая на высокореакционном топливе, или твердое топливо (уголь, дрова и др.), подаваемое на расположенное в подовой части устройство для сжигания твердого топлива. После некоторого прогрева пространства адиабатической вихревой камеры через форсунки в тангенциальных горелочных устройствах 5, расположенных в боковой поверхности 1, подается основное (низкореакционное) топливо, как правило, суспензионное угольное топливо. При этом через сопла 8 начинают подавать воздух. Одновременная работа растопочной горелки (или устройства для сжигания твердого топлива) и форсунки(ок) с основным топливом обеспечивает надежное воспламенение основного топлива, подаваемого сначала через одно, а затем через все тангенциальные горелочные устройства 5 с топливными форсунками 6.
После полного нагрева вихревой камеры сгорания и достижения стабильного режима горения при совместной работе растопочной горелки (или растопочного устройства) и тангенциальных горелочных устройств с топливными форсунками основного низкореакционного топлива постепенно снижается расход растопочного топлива и растопочная горелка (горелки) или растопочное устройство отключаются, а работа топки осуществляется на основном топливе, подаваемом через тангенциальные горелочные устройства с топливными форсунками. При достижении и стабилизации необходимого температурного режима работы топки осуществляют подачу основного топлива через дополнительное(ые) горелочное(ые) устройство(а) 9 с топливной форсункой(ами) 10. После начала подачи топлива через форсунку(и) в горелочном(ых) устройстве(ах) 9, расположенном(ых) в торцевой стенке, не содержащей газовыпускного окна, факел распыленного топлива истекает сквозь пространство топки и далее через газовыпускное окно в пространство вне топки, то есть в другой агрегат, служащий теплоприемником. Это может быть котел (водогрейный или паровой), обжиговая печь (для обжига керамзита, цемента и пр.) или другой теплоприемник.
Эффективное горение распыленного основного топлива, подаваемого через дополнительное(ые) горелочное(ые) устройство(а) 9 с топливной форсункой(ами) 10, а вследствие этого дополнительное тепловыделение обеспечивается постоянной «подсветкой» распыленной струи топлива охватывающими ее горячими газовыми потоками, образующимися при работе тангенциальной(ых) горелки(ок) с форсункой(ами). При этом за счет эффекта эжекции в области газовыпускного пережимного окна обеспечивается эффективная эвакуация горячих газов из адиабатической камеры сгорания.
В настоящее время разработан и изготавливается экспериментальный образец заявляемого устройства.