ТОПКА ПАРОГЕНЕРАТОРА
FURNACE OF STEAM GENERATOR

Изобретение относится к топочным устройствам парогенераторов с пылевым сжиганием углей и может быть использовано в теплоэнергетике.
Известна топка, выполненная в виде вертикальных призм, грани которой представляют собой экранированные стенки. В нижней части этих стенок установлены пылеугольные горелки и сопла для подачи газов рециркуляции. Горелки и сопла установлены тангенциально в плоскости поперечного сечения топки (SU №819499, МКИ F23C 5/10, 1978 г.).
Недостатком этой топки является низкая устойчивость воспламенения сжигаемого пылеугольного топлива и его неполное сгорание.
Ближайшим аналогом является призматическая топка, выполненная в виде вертикальных призм, грани которой представляют собой экранированные стенки. В нижней части этих стенок установлены ярусами прямоточные щелевые пылеугольные горелки. Продольные оси горелок направлены тангенциально к условной окружности в центре топки. Расстояние между ярусами горелок в 2-3 раза превышает ширину горелки (SU №922425, МКИ F23C 5/12, 1975 г.).
Недостатком этой призматической топки является низкая устойчивость воспламенения сжигаемого пылеугольного топлива и его неполное сгорание.
Сущность изобретения заключается в том, что в топке парогенератора, выполненной в виде вертикальной призмы, грани которой представляют собой экранированные стенки, в нижней части этих стенок установлены ярусами горелки, продольные оси которых направлены по касательным к условной окружности в центре топки. Новым согласно изобретению является выполнение призмы из шести или восьми граней, в средней части экранированных стенок установлены пылеугольные вихревые горелки с параметром крутки 1÷3, их продольные оси направлены к условной окружности с относительным диаметром
y
0<d<0,15,
y
где d - относительный диаметр,
d - диаметр условной окружности;
D - диаметр окружности, условно вписанной в призму камеры сгорания.
Задачей изобретения является повышение устойчивости воспламенения пылеугольного топлива и полноты его сгорания.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно утверждать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез шестигранной топки парогенератора, на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - вертикальный разрез восьмигранной топки парогенератора; на фиг.4 - разрез по Б-Б; на фиг.5 - разрез по В-В.
Топка парогенератора 1 выполнена в виде вертикальной многогранной призмы, грани которой представляют собой экранированные стенки 2. В нижней части этих стенок 2 и в их средней части установлены ярусами вихревые пылеугольные горелки 3. Их продольные оси направлены по касательным к условной окружности в центре топки 1. Горелки 3 имеют топливный канал 4 и один или несколько воздушных каналов 5 для подачи, соответственно, пылеугольной смеси и вторичного воздуха. В горелках 3 установлены регулируемые завихрители воздуха 6. Над верхним ярусом горелок 3 и в средней части стенок 2 выполнен ярус воздушных сопл 7, продольные оси которых направлены навстречу вращению топочных газов. Количество экранированных стенок 1 (граней) в топке парогенератора составляет шесть или восемь и зависит от ее мощности и физико-химических свойств сжигаемого угольного топлива. Диаметр условной окружности, к которой направлены продольные оси горелок 3, определяется
y
0<d<0,15,
у
где d - относительный диаметр, ;
d - диаметр условной окружности с центром в центре топки;
D - диаметр окружности, условно вписанной в призму топки.
Топка парогенератора работает следующим образом.
x
Топку 1 разогревают посредством сжигания в ней мазута или газа. Затем в нее через каналы 4 и 5 горелки 3 подают, соответственно, пылевоздушную смесь и вторичный воздух. Под действием высокой температуры топливо загорается в топке 1 и в ней создается устойчивый вихревой факел. Затем аналогичным образом зажигается подаваемая в топку 1 через горелки 3 верхнего яруса пылевоздушную смесь. Она воспламеняется под действием высокой температуры вихревого топочного факела нижнего яруса. Горячие топочные газы, образующиеся при сгорании топлива, поднимаются в топке 1 по спирали вверх, отдавая тепло ее экранированным стенкам 2. В результате температура топочных газов снижается. Через воздушные сопла 7 навстречу движению топочных газов дополнительно подается воздух. Этим обеспечивается дожигание топлива, снижение выбросов окисей азота NO, гашение остаточной крутки отходящих топочных газов и, как следствие, равномерное омывание поверхностей нагрева, расположенных в газоходе (не показан).
Увеличение числа стенок 2 (граней) в топке позволяет приблизиться к «круглому» сечению топки, что уменьшает неэффективную площадь сгорания топлива. Оптимальное число экранированных стенок 2 в предлагаемой топке 1 парогенератора равно шести или восьми. При числе стенок 2 топки менее шести в ней возникают малопроточные угловые зоны с малым тепловосприятием. При числе стенок 2 более восьми конструкция топки становится не технологичной в изготовлении. При числе стенок семь конструкция топки 1 также технологически сложна в изготовлении.
Завихрители воздуха 6, расположенные в каналах 6 горелок 3, позволяют регулировать параметр крутки струй горящего топлива. При параметре крутки струй n=0 горелки становятся прямоточными. Для таких горелок характерны низкая устойчивость воспламенения и неполное сгорание топлива. При параметре крутки n>3 струи горящего топлива сильно раскручиваются, они стелятся на экранированные стенки 2, что приводит к их шлакованию. При этом происходит сепарация угольных частиц на стенки 2 топки и в холодную воронку (не показана).
Параметр крутки струи, выходящей из горелки и состоящей из нескольких кольцевых струй, закрученных в одном направлении, определяется по формуле:
i
где n - параметр крутки струи выходящей из i-го канала горелки, который рассчитывается по конструктивным характеристикам завихрения;
Р - число соосных кольцевых струй;
- диаметр круга, площадь которого равна выходному сечению кольцевого канала i-й струи;
- диаметр круга, площадь которого равна выходному сечению горелки;
i
p - плотность воздуха;
i
ω - скорость воздуха;
i
F - сечение канала.
Например:
для аксиального лопаточного завихрителя (наиболее часто применяемого) параметр крутки может быть рассчитан по формуле:
где d - внутренний диаметр канала;
D - наружный диаметр канала;
л
β - угол наклона выходной части лопатки относительно продольной оси канала.
Параметр крутки для тангенциального лопаточного завихрителя может быть рассчитан по формуле:
рв
где D - диаметр круга, площадь которого равна сечению канала;
л
в - ширина лопатки;
л
Z - количество лопаток;
л
β - угол наклона лопаток относительно ее радиальной проекции.
Параметр крутки для улиточного завихрителя может быть рассчитан по формуле:
где А - расстояние от оси канала до продольной оси входного патрубка улитки;
рв
D - диаметр круга, площадь которого равна цилиндрическому сечению канала;
п
L - длина входного патрубка улитки;
п
В - ширина входного патрубка улитки.
Установка горелок в средней части стенок 2 топки 1 позволяет максимально увеличить параметр крутки струй горящего топлива без их контакта со стенками 2.
y
y
x
y
y
Степень вихревого движение факела в топке 1 зависит от величины относительного диаметра d окружности в центре топки 1, по касательной к которой направлены продольные оси всех горелок 3. При d=0 в топке 1 отсутствует вихревое движение факела с вертикальной осью вращения, что ухудшает тепловосприятие топки 1 и выгорание топлива и увеличивает выбросы окисей азота NO в атмосферу. При d>0,15 вихревой факел с вертикальной осью вращения и максимальной температурой сильно приближается к экранированным стенкам топки 2, что вызывает их шлакование и высокотемпературную коррозию металла труб. При 0<d<0,15 обеспечивается устойчивость вихревого движения факела в топке без наброса факела на стенки топки 2. При этом обеспечивается устойчивость воспламенения сжигаемого топлива.
x
Предлагаемая топка парогенератора позволяет за счет своей конструкции повысить устойчивость воспламенения топлива, полноту его сгорания, снизить образование окисей азота NO и уменьшить их выброс в атмосферу. Кроме того, изобретение позволяет уменьшить шлакование экранированных стенок топки.