ВИХРЕВАЯ ТОПКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания топлива для выработки насыщенного, перегретого пара или горячей воды за счет сжигания измельченных растительных отходов, лузги подсолнечника, шелухи пшеницы, гречихи, овса и других сельскохозяйственных культур, древесных отходов.
Известна конструкция топочного устройства вихревого типа для сжигания растительных отходов (RU №2230980 С2 публ. 20.06.2004 «Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство (варианты)». Топочное устройство содержит питатель топлива, систему первичного дутья, и по меньшей мере, одно газоперепускное окно с соплами вторичного дутья, которые направлены в топку навстречу выходящему потоку и ориентированы тангенциально к контуру газоперепускного окна. При этом газоперепускное окно имеет форму усеченного конуса с углом полураскрытия 0-30° и отношением длины к диаметру выходного сечения, равным 0,2-2,0, причем сопла вторичного дутья расположены в выходном сечении газоперепускного окна.
Недостатками известного топочного устройства являются низкая эффективность сжигания топлива и накопление несгоревшего топлива в золоуловителях установки с возможным последующим возгоранием, приводящим к возникновению пожара или взрывам. Подача вторичного дутья в полость газоперепускного окна, создающего веерообразный экран перед выходом из него газов, улучшает перемешивание потока, как в полости камеры сгорания, так и непосредственно в полости газоперепускного окна, но не предотвращает вынос недогоревших частиц топлива из топки.
Наиболее близкой к заявляемой является вихревая топка для сжигания растительных отходов (RU №2228489 С2 публ. 10.05.2004 «Вихревая топка») - прототип..
Известная вихревая топка содержит, по меньшей мере, одну экранированную вихревую камеру сгорания с эжектором подачи топлива, газовой горелкой, системой первичного дутья, включающей две группы сопел и камеру дожигания, соединенные газоперепускным окном, которое снабжено направленным в сторону вихревой камеры сгорания аэродинамическим выступом. Эжектор подачи топлива ориентирован под корень первой группы сопел первичного дутья, установленных вдоль нижней образующей вихревой камеры сгорания и направленных вверх под углом 30-45°, причем сопла этой группы ориентированы под корень второй группы сопел первичного дутья, расположенных на задней стенке вихревой камеры сгорания и направленных по касательной к аэродинамическому выступу газоперепускного окна.
Недостатками известной вихревой топки является недостаточная эффективность, так как для ее устойчивой работы требуется подготовка топлива определенного фракционного состава. Попадание большого количества частиц топлива другого размера нарушает аэродинамику и снижает устойчивость процесса горения. При сжигании нефракционного топлива происходит постоянный вынос недогоревших частиц из камеры сгорания в камеру дожигания и их последующее осаждение и спекание золы в экономайзере.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение недостатков прототипа, в частности создание условий для более полного и стабильного сгорания частиц топлива, предотвращение выноса из топки недогоревших частиц.
Поставленная техническая задача решается двумя вариантами.
Согласно первому варианту в вихревой топке, содержащей, по крайней мере, одну экранированную вихревую камеру сгорания с питателем топлива, газовой горелкой и системой первичного дутья и сообщающуюся с ней камеру дожигания, вихревая камера сгорания снабжена фестоном, выполненным в ее верхней части, сопла вторичного дутья установлены ниже уровня фестона и направлены навстречу выходящему потоку продуктов горения, камера дожигания разделена газоплотным экраном на нисходящую и восходящую сообщающиеся внизу части с общим подом, причем восходящая часть снабжена двумя группами сопел дополнительного дутья направленными навстречу потоку продуктов горения, первая из которых установлена в подовой области и ориентирована вдоль образующей пода, вторая - на уровне или выше нижнего края газоплотного экрана и направлена вниз под углом 30-60°, при этом вихревая камера сгорания через фестон сообщсообщена с нисходящей частью камеры догорания.
Согласно второму варианту в вихревой топке, содержащей, по крайней мере, одну экранированную вихревую камеру сгорания с питателем топлива, газовой горелкой, системой первичного дутья и сообщающуюся с ней камеру дожигания, вихревая камера сгорания снабжена фестоном, выполненным в ее верхней части, и группой сопел вторичного дутья, установленных ниже уровня фестона и направленных в вихревую камеру навстречу выходящему потоку продуктов горения, а камера дожигания разделена газоплотным экраном, на нисходящую и восходящую сообщающиеся внизу части, в ее дне установлен или опрокидывающийся колосник или колосник с шурующей планкой, при этом камера дожигания снабжена двумя группами сопел дополнительного дутья, направленными навстречу выходящему потоку продуктов горения, первая из которых установлена под колосником и ориентирована вдоль него, а вторая - на уровне или выше нижнего края газоплотного экрана и направлена вниз под углом 30-60°, при этом вихревая камера сгорания через фестон сообщена с нисходящей частью камеры догорания.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности вихревой топки за счет более полного сгорания частиц топлива, предотвращения выноса их недогоревших остатков, расширения фракционного состава частиц топлива и возможность глубокого регулирования мощности топки
Отличительными признаками предложенной полезной модели является наличие фестона в верхней части вихревой камеры сгорания и, установленных ниже него сопел вторичного дутья, разделение камеры дожигания газоплотным экраном на сообщающиеся нисходящую и восходящие части, и наличие в восходящей части системы дополнительного дутья.
Выполнение в верхней части вихревой камеры сгорания фестона увеличивает путь и время пребывания частиц топлива в вихревом потоке в камере сгорания, а подача вторичного дутья, создающего веерообразный экран перед входом в него газов, препятствует выносу недогоревших частиц топлива, улучшает их перемешивание в газовом потоке в полости камеры сгорания. Подача вторичного дутья регулируется в зависимости от вида и фракционного состава сжигаемого топлива, а также от его загрузки, т.е. от режима работы топки.
Разделение камеры дожигания газоплотным экраном на сообщающиеся нисходящую и восходящие части вдвое увеличивает путь недогоревших частиц, а наличие системы дополнительного дутья, с одной стороны, исключает их осаждение и спекание в подовой части, а с другой - создает веерообразный экран в восходящей части камеры перед выходящим потоком продуктов горения, препятствуя выносу из камеры зольных остатков и их накопление в конвективном пучке и экономайзере.
Установка в подовой части опрокидывающегося колосника или колосника с шурующей планкой обеспечивает возможность механизации золоудаления.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение эффективности вихревой топки за счет более полного сгорания частиц топлива, предотвращения выноса их недогоревших остатков, возможности расширения фракционного состава частиц топлива и возможность глубокого регулирования мощности топки.
На фиг.1. показан поперечный разрез варианта вихревой топки, а на фиг..2 и 3 ее продольные разрезы соответственно по вихревой камере сгорания и по камере дожигания, выполненной с общим подом.
Вихревая топка содержит одну вихревую камеру сгорания 1 и камеру дожигания 2 экранированные экранами 3 и 4.
Вихревая камера сгорания 1 снабжена питателем топлива 5, газовой горелкой 6, системой первичного дутья 7, фестоном 8 и группой сопел вторичного дутья 9. Камера дожигания 2 разделена газоплотным экраном 10 на нисходящую 11 и восходящую 12, сообщающиеся внизу части с общим подом 13. Восходящая часть камеры догорания снабжена двумя группами сопел дополнительного дутья 14 и 15.
Предлагаемая вихревая топка работает следующим образом.
Топливо питателем топлива 5 подают в вихревую камеру сгорания 1, экранированную экранами 3, где растопочной газовой горелкой 6 создается начальный температурный режим, обеспечивающий устойчивое воспламенение топлива. Благодаря подаче дутья через систему сопел первичного дутья 7 и группу сопел вторичного дутья 9 в вихревой камере сгорания организуется вихревое течение, при котором происходит удержание горящих частиц топлива в узкой пристеночной зоне до их глубокого выгорания и измельчения во вращающемся потоке. Выполнение в верхней части вихревой камеры сгорания фестона 8 увеличивает путь и время пребывания частиц топлива в вихревом потоке в камере сгорания, а подача вторичного дутья через группу сопел 9, создает веерообразный экран перед входом в него продуктов горения, препятствуя выносу недогоревших частиц топлива, улучшает их перемешивание в газовом потоке в полости камеры сгорания 1. Тепло, выделяющееся при сгорании топлива воспринимается экранами 3. Далее поток продуктов горения и мелких недогоревших частиц топлива из вихревой камеры сгорания 1 через фестон 8 истекает в нисходящую часть 11 камеры дожигания 2, где в ее нижней части за счет дополнительного дутья через сопла 14 и 15 организуется вихревое течение, при котором происходит догорание частиц топлива, зольные остатки остаются на поде 13, а газообразные продукты горения выводятся из вихревой топки по восходящей части 12 камеры дожигания. Тепло, выделяющееся в результате догорания частиц топлива воспринимается экранами 4 и 10, зольные остатки периодически удаляются с пода.
На фиг.4 показан поперечный разрез варианта вихревой топки, а на фиг.2 и 5 продольные разрезы соответственно по камере сгорания и по камере дожигания, выполненной с опрокидывающимся колосником.
Вихревая топка содержит одну вихревую камеру сгорания 1 и камеру дожигания 2, экранированные экранами 3 и 4. Вихревая камера сгорания 1 снабжена питателем топлива 5, газовой горелкой 6, системой первичного дутья 6, фестоном 8 и группой сопел вторичного дутья 9. Камера дожигания 2 разделена газоплотным экраном 10 на нисходящую 11 и восходящую 12, сообщающиеся внизу части, в ее дне установлен опрокидывающийся колосник 16, камера дожигания также снабжена двумя группами сопел дополнительного дутья 14 и 15.
На фиг.6 показан поперечный разрез варианта вихревой топки, а на фиг.2 и 7 продольные разрезы соответственно по камере сгорания и по камере дожигания, выполненной с колосником с шурующей планкой.
Вихревая топка содержит одну вихревую камеру сгорания 1 и камеру дожигания 2 экранированные экранами 3 и 4. Вихревая камера сгорания 1 снабжена питателем топлива 5, газовой горелкой 6, системой первичного дутья 7, фестоном 8 и группой сопел вторичного дутья 9. Камера дожигания 2 разделена газоплотным экраном 10 на нисходящую 11 и восходящую 12, сообщающиеся внизу части, в ее дне установлен колосник с шурующей планкой 17 и снабжена двумя группами сопел дополнительного дутья 14 и 15.
Оба варианта вихревой топки работают аналогично описанному выше. Отличие состоит лишь в том, что зольные остатки в камере дожигания не накапливаются, а удаляются из нее в процессе работы в одном варианте за счет срабатывания опрокидывающегося колосника 16, а в другом - за счет работы колосника с шурующей планкой 17.
Использование предлагаемой вихревой топки по сравнению с прототипом позволяет повысить ее эффективность за счет более полного сгорания частиц топлива, предотвращения выноса их недогоревших остатков, расширения фракционного состава частиц топлива и возможность глубокого регулирования мощности топки, а также обеспечивает повышение экологической безопасности.