Топка для сжигания газомазутного топлива
FURNACE FOR GAS AND PETROLEUM OIL FUEL

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, и в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок.
Известна топка парового котла, нижняя часть которой выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, а верхняя - в форме четырехгранной усеченной пирамиды, в нижней части встроены во фронтальную и заднюю стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса газомазутные горелки (RU 2613539, кл. F23C 3/00, 2017).
Недостатком данной топки является неравномерное распределение тепловых потоков по высоте стен и температур по объему факела, связанное с горизонтально расположенными газомазутными горелками.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению относится топка парового котла, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней - в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (RU 2714983, кл. F23C 5/08, 2019.08).
2
2
Недостатком данной топки является неравномерное распределение температур по газовому объему факела и тепловых потоков по экранным поверхностям стен. В нижней объемной зоне, составляющей третью часть топки, выделяется 60% мощности факела. В центре данной объемной зоны температуры факела составляет 1750°С. Напротив объемной зоны факела с максимальной температурой максимальные тепловые потоки на экранные поверхности стен составляют 510 кВт/м. На следующую по высоте одну третью часть топки приходится 25% топлива, в верхней одной третьей части топки догорает 15% топлива и выделяется 15% мощности факела. Напротив изотермы 1300°С тепловые потоки на вертикальной оси окрашенных поверхностей фронтальной и боковых стен минимальны и составляют 180кВт/м. Максимальные тепловые потоки падающие на экранные поверхности от факела на фронтальные и боковые поверхности стен по вертикальной оси симметрии в нижней части в 2,83 раза больше минимальных тепловых потоков, падающих от факела на эти же экранные поверхности в верхней их части. Аналогичное неравномерное распределение тепловых потоков излечения оси факела наблюдается на периферии фронтальной и боковых стен. Неравномерное распределение потоков излучения факела по высоте и периметру экранных поверхностей вызывает аналогичную неравномерность парообразования и отложений в трубах. Повышенные тепловые нагрузки в нижней части стен приводят к повышению температуры экранных труб и способствуют развитию в них высокотемпературной коррозии. Высокая температура в нижней объемной зоне, составляющая 1750°С, способствует увеличению выхода оксидов азота из топки, так как из теории горения Я.Б. Зельдовича и накопленного опыта эксплуатации топок паровых котлов известно следующее: чем больше температура в зоне горения топлива, тем больше образуется оксидов азота.
Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции топки для сжигания газомазутного топлива, позволяющей снизить максимальную температуру факела и выровнять плотности тепловых потоков излучений факела на экранные поверхности и парообразование по высоте и периметру стен, увеличить период между кислотными промывками котла, снизить выход оксидов азота из топки.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и срока службы экранных труб топки, снижение выбросов оксидов азота и загрязнения атмосферного воздуха.
Поставленная проблема и технический результат достигается тем, что топка для сжигания газомазутного топлива, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая свод, под, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки, первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. Согласно изобретению, второй ярус горелок расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.
Расположение второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости снижает концентрацию сгоревшего топлива в высокотемпературной газовой объемной зоне, уменьшает максимальную температуру с 1750°С до 1700°С, так как первый ярус горелок направлен вниз под углом 15-18° относительно горизонтальной плоскости и второй ярус горелок направлен вверх под углом 15-18° относительно горизонтальной плоскости.
В результате распределенного сгорания топлива в нижней части топки температура высокотемпературной объемной зоны снижается с 1750°С до 1700°С, тепловые потоки на экранные поверхности нагрева, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются, а на расположенные выше высокотемпературной зоны увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям нагрева в нижней части топки. Вследствие уменьшения максимальной температуры высокотемпературной газовой объемной зоны с 1750°С до 1700°С выход оксидов азота снижается.
При расположении второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом, меньшим 15-18° к горизонтальной плоскости, высокотемпературное ядро горения топлива второго яруса горелок будет соприкасаться с высокотемпературным ядром горения топлива первого яруса горелок и температура высокотемпературной объемной зоны достигнет 1750°С, тепловые потоки на экранные поверхности нагрева напротив высокотемпературной объемной зоны увеличатся, рост внутритрубных отложений и выход оксидов азота увеличатся.
При расположении второго яруса горелок с наклоном их осей вверх под углом, большим 15-18° к горизонтальной плоскости, факелы второго яруса горелок приблизятся к экранным поверхностям фронтальной и задней стен, тепловые нагрузки на экранные поверхности труб возрастут, что приводит к интенсивному парообразованию и росту внутритрубных отложений в нижней части стен напротив факелов второго яруса горелок. Повышение тепловых нагрузок на экранные поверхности фронтальной и задней стен увеличивает температуру металла труб стен и способствует возникновению и развитию высокотемпературной коррозии экранных труб.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку (разрез) предлагаемой топки котла и распределение изотерм по объему факела; на фиг. 2 представлен вид сверху в разрезе А-А; на фиг. 3 распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен топки устройства - прототипа (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стены; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен); на фиг. 4 - распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей предлагаемой топки, второй ярус горелок которой расположен с наклоном их осей вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стен; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен).
Топка состоит из пода 1, свода 2, стен 3, экранов 4, повторяющих внутреннюю поверхность топки. Топка выполнена в нижней части 5 в форме прямоугольного параллелепипеда, в средней части 6 и в верхней части 7 в форме четырехгранной усеченной пирамиды. В стены 3 встроены в два яруса встречно расположенные горелки 8. Первый ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, вниз под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Второй ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, вверх под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Первый и второй ярусы горелок 8 создают вертикальный факел 11 заполняющий верхний объем нижней части 5, среднюю 6 и верхнюю 7 части топки. Топка работает следующим образом.
В горелки 8, расположенные в два яруса на противоположных фронтальной и задней стенах 3, подают топливо, газ или мазут, и воздух для создания горючей смеси. В процессе сгорания топливно-воздушной смеси в горелках 8 образуются факелы 10 первого яруса, направленные под углом 15-18° к горизонтальной плоскости вниз, и факелы 10 второго яруса,. направленные под углом 15-18° к горизонтальной плоскости вверх. Для уменьшения максимальной температуры высокотемпературной зоны с 1750°С до 1700°С, второй ярус горелок 8 расположен в стенах 3 с наклоном осей 9 вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. В нижней зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, в зоне горелок 8 первого и второго ярусов и выше горелок, сгорает более половины поступающего в топку топлива. Остальная часть несгоревшего топлива с помощью дутьевого вентилятора поступает в среднюю часть 6 и верхнюю часть 7 топки, где сгорает, образуя вертикальный факел 11.
2
При расположении второго яруса горелок 8 с наклоном их осей 9 вверх под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, объем зоны, находящейся между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 увеличивается, концентрация сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 уменьшается, температура газового объема уменьшается. При снижение концентрации сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8, максимальная температура высокотемпературной зоны снижается с 1750°С до 1700°С, тепловые потоки на экраны 4 стен 3 топки, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются с 510 до 480 кВт/м, а на экранные поверхности, расположенные в нижней части средней зоны топки 6, увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен 3 в нижней 5 и средней 6 частях топки. Снижение тепловых потоков на поверхности стен 3, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшает температуру экранов 4 и количество отложений в трубах, способствует замедлению их высокотемпературной коррозии, что повысит надежность экранных поверхностей нагрева, увеличится срок их службы и период между кислотными промывками котла. При снижении температуры высокотемпературного газового объема, ограниченного изотермой, с 1750°С до 1700°С выход оксидов азота из топки и загрязнение атмосферного воздуха уменьшаются.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.