УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В ТОПКУ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ

Полезная модель относится к области котельной техники и может быть использована преимущественно для сжигания водоугольного топлива - ВУТ в топке котла с кипящим слоем.
Известна топка кипящего слоя, содержащая вертикальную камеру сгорания, снабженную питателем топлива и провальной газораспределительной решеткой, выполненной из отдельных раздающих труб с по крайней мере одним коллектором, установленных с возможностью поворота вокруг продольной оси коллектора и фиксацией горизонтального и наклонных вниз и вверх положений (А.С. СССР N 1372152, кл. F23С 11/02, F27 В 5/10, 1986).
В данном устройстве при ограниченном числе вводов топлива в слой промежуточного теплоносителя не обеспечивается равномерное распределение топлива по слою вследствие неравномерного продольного и поперечного перемешивания, что приводит к ухудшению выгорания топлива и, следовательно, к снижению эффективности его использования при сложном регулировании подачи воздуха и ориентации газораспределительной решетки.
Известна установка для сжигания водоугольного топлива, включающая топочную камеру с форсунками факельного сжигания водоугольного топлива, с воздухораспределительной решеткой для сжигания топлива, расходный бак водоугольного топлива, сообщенный трубопроводом с форсунками факельного сжигания. (Патент RU 82482 Ul, F23G7/00, 25.01.2008).
Устройство для ввода водоугольного топлива этого устройство имеет ряд недостатков. Сами форсунки расположены в 3 яруса, и при разбросе ВУТ с верхних ярусов часть воды будет испарятся, а топливо - сушиться, что приводит к увеличению уноса. Часть же этих частиц сгорает во взвешенном состоянии, что приводит к повышению температуры в надслоевом пространстве топки. Этим исключается основное достоинство кипящего слоя - невысокая температура в слое и над слоем. Даже в случае, когда в слое будет образовываться не много оксидов азота, они появятся в зоне повышенных температур над слоем. Чтобы частично устранить этот эффект приходится организовывать дополнительное дутье. Также невозможно использовать обычные (мазутные) форсунки в случае крупного размола частиц ВУТ (5-15 мм), а специальные форсунки для ВУТ подвержены сильному абразивному износу.
Наиболее близким аналогом является устройство ввода для топки кипящего слоя, содержащей вертикальную камеру сгорания, снабженную питателем топлива и воздухораспределительной решеткой с отверстиями для подвода воздуха, расположенной над узлом для подвода окислителя, воздухораспределительная решетка выполнена неподвижной в виде четырехгранной пирамиды, в каждой грани которой выполнены отверстия для подвода воздуха, при этом вершина пирамиды направлена в сторону узла для подвода окислителя (Патент RU 2170879 C1, F23C 10/20, 07.04.2000).
Данное устройство ввода не обеспечивает разброса топлива по горизонтальному сечению топки, сливая его в одно место. Также труба для ввода ВУТ расположена внутри топки, над поверхностью кипящего слоя, что усложняет конструкцию ее крепления и условия эксплуатации.
В монографии [1] показано, что лучший способ сжигания сухого угля в топке кипящего слоя - в виде дробленки (5-15 мм). Угольная же пыль при прямом вводе в слой не распределяется равномерно по объему слоя (так как мал коэффициент горизонтальной диффузии), а распыленная над слоем - уносится, не успевая сгореть в низкой надслоевой зоне с температурой не выше 950°С. Здесь следует вспомнить, что в обычных пылеугольных высокотемпературных камерных топках котлов, угольная пыль, в виде фракций менее 90-100 мкм, полностью сгорает в вертикальном потоке в топке высотой несколько десятков метров, которых нет в надслоевом пространстве кипящего слоя.
Неравномерное распределение частиц угля в слое помимо выноса из зон повышенной концентрации несгоревших частиц (из-за нехватки воздуха), приводит к неравномерному распределению температур с зонами повышенных температур, что ведет к увеличению выхода оксидов азота. А выше уже указывалось, что именно с целью подавления этих оксидов и создавались котлы с низкотемпературным кипящим слоем.
Кипящий слой обеспечивает хорошее перемешивание свежего топлива по вертикали, что способствует его быстрому прогреву и воспламенению. Однако перемешивание в горизонтальном сечении топки менее интенсивно чем в вертикальном, что нередко приводит к градиенту температуры кипящего слоя [1] и неравномерности горения. Таким образом, задачей любого устройства для ввода твердого топлива в топку с кипящем слоем является достаточно равномерное распределение топлива по поверхности кипящего слоя. В случает сухого твердого топлива большое распространение получили механические разбрасыватели, однако в случае ВУТ они не могут работать, так как предназначены для разброса именно сухих твердых частиц, поэтому необходимо использование другого устройства.
Задачей заявленного технического решения является разработка устройства для ввода водоугольного топлива в топку с кипящим слоем, позволяющего распределить топливо по всей поверхности кипящего слоя и тем самым повысить эффективность работы топки.
Поставленная задача решается тем, что топливный канал снабжен воздухоподводящей трубой 2, смонтированной под топливным каналом 1, и размещенной вместе с ним в водоохлаждаемой камере 3, имеющей трубы подвода и отвода охлаждающей воды 5 и 6 соответственно, при этом выходной торец воздухоподводящей трубы имеет щелевидное сужение 4 по ширине топливного канала (фигура 1). ВУТ разбрасывается с помощью струи воздуха, истекающего из щелевидного сужения, расположенного под местом выхода струи ВУТ и «бьющей» в основание этой струи.
Устройство для ввода водоугольного топлива в топку с кипящим слоем позволяет равномерно распределить водоугольное топливо в поперечном сечении топки с кипящим слоем. На фигуре 1 показано устройство полезной модели, где 1 - топливный канал, 2 - воздухоподводящая труба, 3 - водоохлаждаемая камера, 4 - щелевидное сужение по ширине топливного канала, 5 - труба подвода охлаждающей воды, 6 - труба отвода охлаждающей воды, и отличается от устройства ввода в топке (Патент RU 2170879 C1, F23C 10/20, 07.04.2000) тем, что топливный канал не находится в топке, а введен в топку выходной стороной. При этом разброс топлива осуществляется за счет расположенной под топливным каналом воздухоподводящей трубы, помещенной вместе с топливным каналом в водоохлаждаемую камеру, защищающую элементы конструкции от воздействия высоких температур со стороны топки. На выходе воздухоподводящей трубы выполнено щелевидное сужение по ширине топливного канала, с помощью которого достигается широкое сечение струи воздуха, на которую попадает струя водоугольного топлива, и увеличение скорости этой струи воздуха; подвод и отвод охлаждающей воды осуществляется через соответствующие трубы. Представленная полезная модель работает следующим образом: струя ВУТ, стекая вниз из топливного канала, попадает в струю воздуха, разбрасывающего топливо по поверхности кипящего слоя.
Проведенные эксперименты по разбрасыванию ВУТ через описываемое устройство показали, что единичные крупные фракции угля (10-15 мм) разбрасываются индивидуально (единичными «зернами»), а мелкие - в виде крупных капель, содержащих пыль и мелкие фракции угля (менее 10 мм), которые достигают поверхности слоя и быстро, еще не загоревшись, «втягиваются» продольным перемешиванием внутрь слоя. Внутри кипящего слоя окончательно испаряется вода, связывающая эти капли; высушенные частицы за счет горизонтальной диффузии распределяются внутри слоя, прогреваются и сгорают, при этом времени для сгорания этой мелочи до ее выноса достаточно для полного сгорания частиц внутри слоя.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации заявленного решения, состоит в распределении ВУТ по всей поверхности кипящего слоя, при вводе его в топку котла с кипящим слоем. При этом удастся избежать локальных зон повышенных температур в слое, а так же повышенных температур в зоне над слоем, а, следовательно, понизить выход оксидов азота, по сравнению с описанными аналогами. Так же хорошее перемешивание топлива увеличивает полноту его сгорания, что приведет к экономии топлива и повышении экономичности работы топки в целом. Заявленное устройство позволяет вводить уголь в топку в виде дробленки, что существенно снижает затраты на размол топлива. Так же заявленное устройство гораздо меньше подвержено абразивному износу, по сравнению с обычными форсунками ВУТ, наподобие мазутных.
Используемая литература
1. Баскаков АЛ, Мацнев В.В., Распопов И.В., «Котлы и топки с кипящим слоем». - М.: Энергоатомиздат, 1996 г.