ТОПКА КОТЛА

Полезная модель относится к топочным устройствам, а именно к топкам для котлов со слоевым сжиганием твердого топлива на колосниковых решетках, в том числе кускового, гранулированного и пылевидного.
Известна топка котла, оборудованная устройством подачи топлива, колосниковой решеткой с подводом первичного воздуха и соплами вторичного воздуха, расположенными на лобовой и задней стенках, друг против друга, направленными навстречу друг другу в одном уровне (см. з-ку Германии №19648639, 1998).
Недостаток этого решения в том, что сопла, установленные навстречу друг другу в одном уровне, создают воздушный заслон на пути перемещения твердых частиц топлива в замкнутом топочном объеме и дымовых газов в газоходе, который ограничивает траекторию движения и ухудшает их перемешивание, тем самым препятствуя полному сгоранию топлива и газа, увеличивая механический и химический недожог.
Известна также топка котла, содержащая узел подачи топлива, колосниковую решетку, выполненную с возможностью подвода через нее первичного воздуха, сопла вторичного воздуха, расположенные на стенках топки, (см. пат. РФ №2202068, кл. F23В 1/16, кл. F23С 7/00, 2003).
Однако в этой топке мелкие частицы, выходящие из узла подачи топлива, сразу подхватываются восходящим потоком газов и уходят из топки, минуя зону циркуляции топлива. При компоновке верхних сопел на задней стене топки выше и напротив устройства подачи топлива скорость газового потока вблизи фронтовой стены возрастает, при этом восходящий газовый поток улавливает и выносит из топки достаточно крупные частицы, что приводит к росту механического недожога и снижению экономичности процесса горения. Это особенно заметно когда котельные сжигают несортированный рядовой уголь с содержанием мелких фракций до 60% (хотя оптимальное для слоевого сжигания угля содержание фракции 0-6 мм не должно превышать 40%).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение выгорания мелких фракций.
Технический результат, получаемый при решении названной задачи - увеличение времени пребывания летучих мелких фракций в топке за счет удлинения траектории их перемещения в топочном объеме и рациональном распределении кислорода в объеме топки и, как следствие этого, повышении эффективности теплообмена в топочной камере, снижении химического и механического недожога, уменьшении выбросов в атмосферу.
Поставленная задача решается тем, что топка котла, содержащая узел подачи топлива, колосниковую решетку, выполненную с возможностью подвода через нее первичного воздуха, сопла вторичного воздуха, расположенные на стенках топки, отличается тем, что сопла вторичного воздуха расположены ярусами, с возможностью формирования в пределах яруса динамических воздушных слоев, для чего продольные оси сопел составляющих ярус размещены в одной плоскости и ориентированы согласно друг другу, при этом, сопла вторичного воздуха расположены на лобовой стенке топки в два яруса, нижний из которых расположен ниже узла подачи топлива и ориентирован параллельно колосниковой решетке, причем, сопла верхнего яруса расположены выше узла подачи топлива, а создаваемый ими динамический воздушный слой ориентирован вниз под острым углом относительно лобовой стенки, кроме того, задняя стенка топки снабжена ярусом сопел вторичного воздуха, динамический воздушный слой создаваемый которыми направлен на узел подачи топлива, для чего, названные сопла размещены выше линии пересечения задней стенки топки с продольными осями сопел вторичного воздуха нижнего яруса и направлены на уровень узла подачи топлива.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна", причем признаки решают следующие функциональные задачи.
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи - улучшение выгорания мелких фракций.
Полезная модель поясняется чертежами, при этом на фиг.1 показан разрез топки с неподвижной колосниковой решеткой (сопла вторичного воздуха, расположенные на задней стенке, направлены на узел подачи топлива);
на фиг.2 - разрез топки с подвижной колосниковой решеткой обратного хода, имеющей наклон (сопла вторичного воздуха, расположенные на задней стенке, направлены на нижний ярус сопел вторичного воздуха); на фиг.3 - разрез топки с подвижной колосниковой решеткой прямого хода.
Полезная модель поясняется примерами конкретного выполнения, в соответствии с возможными вариантами выполнения колосниковой решетки.
Пример 1. Топка с неподвижной колосниковой решеткой.
Топка 1 оборудована узлом 2 подачи топлива, представляющим собой бункер, соединенный питателем с разбрасывателем, а также неподвижную колосниковую решетку 3 с подводом первичного воздуха. Кроме того, показаны расположенные на лобовой стенке 4 нижний ярус 5 и верхний ярус 6 сопел вторичного воздуха, а также расположенный на задней 7 стенке ярус 8 сопел вторичного воздуха. Нижний ярус 5 сопел вторичного воздуха расположен ниже узла 2 подачи топлива и выше колосниковой решетки 3, при этом его сопла направлены в одной плоскости вдоль поверхности колосниковой решетки 3. Верхний ярус 6 сопел вторичного воздуха расположен над узлом 2 подачи топлива, при этом его сопла направлены вниз в одной плоскости, составляющей острый угол, относительно лобовой стенки 4 (оптимально он должен быть направлен на кромку выпускного отверстия, на чертежах не показано, узла 2 подачи топлива). Сопла вторичного воздуха яруса 8, расположенного на задней стенке 7 (выше узла 2 подачи топлива), направлены в одной плоскости на уровень узла 2 подачи топлива. Целесообразно, чтобы сопла вторичного воздуха яруса 8 были выполнены поворотными, по крайней мере, в пределах угла, вершину которого составляет линия размещения яруса 8, один из лучей составляет направление от этого яруса на соответствующего уровню расположения устройства подачи топлива до направления соответствующего уровню расположения нижнего яруса сопел вторичного воздуха, размещенных на лобовой стенке топки, что позволяет, при необходимости, изменять местоположение вихревой зоны горения 9 в зависимости от длины топочной камеры (расстояния между лобовой и задней стенками). В данном примере показан вариант с ориентировкой сопел яруса 8 на уровень расположения устройства подачи топлива 2.
Устройство работает следующим образом. Топливо 12 подается в топку 1 через узел 2 подачи топлива. Достаточно крупные фракции топлива под действием сил тяжести падают вниз, где сгорают на неподвижной колосниковой решетке 3 в потоке первичного воздуха 10, поступающего снизу. Попадающие в топку мелкие фракции топлива под действием струй 11 из сопел вторичного воздуха верхнего яруса 6 направляются вниз, где попадают на "динамическую воздушную подушку", образованную работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха. Летучие мелкие фракции увлекаются воздушными струями 11, формируемыми работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха в виде воздушно-пылевого потока. Более массивные из мелких фракций топлива пробивают эту подушку и выпадают из нее вниз, где сгорают на неподвижной колосниковой решетке 3 в потоке первичного воздуха, поступающего снизу (либо выгорают до частиц, которые потоком первичного воздуха, поступающего снизу, могут возвратиться в воздушно-пылевой поток, формируемый работой струй 11 нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха). В зоне топочной камеры, прилегающей к задней стенке 7, когда ослабевают силы инерции воздушно-пылевого потока, сформированного работой струй 11 нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха, под действием первичного воздуха 10 твердые горючие частицы с дымовыми газами возносятся к соплам вторичного воздуха яруса 8, расположенного на задней стенке 7, и под действием поступающих через них струй 11 вторичного воздуха направляются к узлу 2 подачи топлива (или при соответствующей ориентировке сопел вторичного воздуха яруса 8 - к нижнему ярусу 5 сопел вторичного воздуха). При этом в зону "работы" узла 2 подачи топлива подводятся и раскаленные частицы топлива, и дополнительные объемы воздуха (благодаря "работе" сопел вторичного воздуха ярусов 6 и 8), что интенсифицирует процесс воспламенения поступающих в топку мелких фракций топлива. Тем самым образуется вихревая зона горения 9, в которой мелкие фракции, перемещаясь по протяженной траектории, полностью выгорают. Направление действия воздушных струй, формируемых ярусами 5, 6 и 8 сопел вторичного воздуха, полностью совпадают с направлением движения (траекторией) горящих частиц топлива и дымовых газов в вихревой зоне 9, на участках взаимодействия с ней, что повышает эффективность вихреобразования и стабильность вихревой зоны.
Пример 2. Топка с подвижной колосниковой решеткой обратного хода.
Топка 1 оборудована узлом 2 подачи топлива, представляющим собой бункер, соединенный питателем с разбрасывателем, а также подвижную колосниковую решетку 13 обратного хода с подводом первичного воздуха. Кроме того, показаны расположенные на лобовой стенке 4 нижний ярус 5 и верхний ярус 6 сопел вторичного воздуха, а также расположенный на задней 7 стенке ярус 8 сопел вторичного воздуха. Нижний ярус 5 сопел вторичного воздуха расположен ниже узла 2 подачи топлива и выше колосниковой решетки 13, при этом его сопла направлены в одной плоскости вдоль поверхности колосниковой решетки 13. Верхний ярус 6 сопел вторичного воздуха расположен над узлом 2 подачи топлива, при этом его сопла направлены вниз в одной плоскости, составляющей острый угол относительно лобовой стенки 4 (оптимально он должен быть направлен на кромку выпускного отверстия узла 2 подачи топлива, которое на чертежах не показано). Сопла вторичного воздуха яруса 8, расположенного на задней стенке 7 (выше узла 2 подачи топлива), направлены в одной плоскости на нижний ярус 5 сопел вторичного воздуха. Целесообразно, чтобы сопла вторичного воздуха яруса 8 были выполнены поворотными.
Устройство работает следующим образом. Топливо подается в топку 1 через узел 2 подачи топлива. Достаточно крупные фракции топлива под действием сил тяжести падают вниз, где сгорают на подвижной колосниковой решетке 13 обратного хода в потоке первичного воздуха 10, поступающего снизу. Попадающие в топку мелкие фракции топлива под действием струй 11 сопел вторичного воздуха верхнего яруса 6 направляются вниз, где попадают на "динамическую воздушную подушку", образованную работой струй 11 нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха. Летучие мелкие фракции увлекаются воздушными струями 11, формируемыми работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха в виде воздушно-пылевого потока. Более массивные из мелких фракций топлива пробивают эту подушку и выпадают из нее вниз, где сгорают на подвижной колосниковой решетке 13 обратного хода в потоке первичного воздуха 10, поступающего снизу (либо выгорают до частиц, которые потоком первичного воздуха, поступающего снизу, могут возвратиться в воздушно-пылевой поток, формируемый работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха). В зоне топочной камеры, прилегающей к задней стенке 7, когда ослабевают силы инерции воздушно-пылевого потока, сформированного работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха, под действием первичного воздуха твердые горючие частицы с дымовыми газами возносятся к соплам вторичного воздуха яруса 8, расположенного на задней стенке 7, и под действием поступающих через них струй 11 вторичного воздуха направляются к нижнему ярусу 5 сопел вторичного воздуха (или при соответствующей ориентировке сопел вторичного воздуха яруса 8 - к узлу 2 подачи топлива). При этом в зону "работы" узла 2 подачи топлива подводятся и раскаленные частицы топлива, и дополнительные объемы воздуха (благодаря "работе" сопел вторичного воздуха ярусов 6 и 8), что интенсифицирует процесс воспламенения поступающих с топливом его мелких фракций. Тем самым образуется вихревая зона горения 9, в которой мелкие фракции, перемещаясь по протяженной траектории, полностью выгорают. Направление действия воздушных струй 11, формируемых ярусами 5, 6 и 8 сопел вторичного воздуха, полностью совпадают с направлением движения (траекторией) горящих частиц топлива и дымовых газов в вихревой зоне 9, на участках взаимодействия с ней, что повышает эффективность вихреобразования и стабильность вихревой зоны.
Пример 3. Топка с подвижной колосниковой решеткой прямого хода.
Топка 1 оборудована узлом 2 подачи топлива, в виде бункера, соединенного питателем с разбрасывателем, а также подвижной колосниковой решеткой 14 прямого хода с подводом первичного воздуха. Кроме того, показаны расположенные на лобовой стенке 4 нижний ярус 5 и верхний ярус 6 сопел вторичного воздуха, а также расположенный на задней 7 стенке ярус 8 сопел вторичного воздуха. Нижний ярус 5 сопел вторичного воздуха расположен ниже узла 2 подачи топлива и выше колосниковой решетки 14, при этом его сопла направлены в одной плоскости вдоль поверхности колосниковой решетки 14. Верхний ярус 6 сопел вторичного воздуха расположен над узлом 2 подачи топлива, при этом его сопла направлены вниз в одной плоскости, составляющей острый угол, относительно лобовой стенки 4 (оптимально он должен быть направлен на кромку выпускного отверстия узла 2 подачи топлива, которое на чертежах не показано). Сопла вторичного воздуха яруса 8, расположенного на задней стенке 7 (выше линии 15 пересечения задней стенки 7 топки с продольными осями сопел вторичного воздуха нижнего яруса 5, расположенного на лобовой стенке 4, и ниже верхнего яруса 6 сопел вторичного воздуха, также расположенного на лобовой стенке), направлены в одной плоскости на уровень узла 2 подачи топлива. Целесообразно, чтобы сопла вторичного воздуха яруса 8 были выполнены поворотными.
Устройство работает следующим образом. Топливо подается в топку 1 через узел 2 подачи топлива. Достаточно крупные фракции топлива под действием сил тяжести падают вниз, где сгорают на подвижной колосниковой решетке прямого хода 14 в потоке первичного воздуха, поступающего снизу. Попадающие в топку мелкие фракции топлива под действием струй 11 сопел вторичного воздуха верхнего яруса 6 направляются вниз, где попадают на "динамическую воздушную подушку", образованную работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха. Летучие мелкие фракции увлекаются воздушными струями 11, формируемыми работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха, в виде воздушно-пылевого потока. Более массивные из мелких фракций топлива пробивают эту подушку и выпадают из нее вниз, где сгорают на подвижной колосниковой решетке 14 прямого хода в потоке первичного воздуха, поступающего снизу (либо выгорают до частиц, которые потоком первичного воздуха, поступающего снизу, могут возвратиться в воздушно-пылевой поток, формируемый работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха). В зоне топочной камеры, прилегающей к задней стенке 7 (когда ослабевают силы инерции воздушно-пылевого потока, сформированного работой нижнего яруса 5 сопел вторичного воздуха), под действием первичного воздуха 10 твердые горючие частицы с дымовыми газами возносятся к соплам вторичного воздуха яруса 8, расположенного на задней стенке 7, и под действием поступающих через них струй 11 вторичного воздуха направляются к узлу 2 подачи топлива. При этом в зону "работы" узла 2 подачи топлива подводятся и раскаленные частицы топлива и дополнительные объемы воздуха (благодаря "работе" сопел вторичного воздуха ярусов 6 и 8), что интенсифицирует процесс воспламенения поступающих с топливом его мелких фракций. Тем самым образуется вихревая зона горения 9, в которой мелкие фракции, перемещаясь по протяженной траектории, полностью выгорают. Направление действия воздушных струй 11, формируемых ярусами 5, 6 и 8 сопел вторичного воздуха, полностью совпадают с направлением движения (траекторией) горящих частиц топлива и дымовых газов в вихревой зоне 9, на участках взаимодействия с ней, что повышает эффективность вихреобразования и стабильность вихревой зоны.