ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к устройствам для сжигания измельченных низкосортных и низкореакционных твердых или жидких топливных отходов, в том числе суспензионного угольного топлива, полученного на основе отходов углеобогащения. Полезная модель может использоваться в разработках новых и при реконструкции существующих технологических печей и топок котлов.
Известна вихревая топка [1. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М. - Энергия, 1976, рис.20-9], образованная экранами и обмуровкой, содержащая газовыпускное окно и яруса горелочных устройств, тангенциально установленных и ориентированных на распложенные по оси топки условные окружности.
Недостатками этой вихревой топки являются: топка не пригодна для организации сжигания суспензионных угольных топлив, горючих отходов и дробленки торфа, сланцев и бурых углей, а также других малореакционных низкокачественных и плохо подготовленных топлив; для запуска топки и стабилизации горения требуется применение дорогого мазута; топка не может использоваться при реконструкции в котлах или топках малой и средней мощности и, в том числе, слоевых, так как конструктивно их компоновка отличается от П-образной.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является теплогенератор [2. Патент РФ на полезную модель №82825, 18.08.2008 г.]. Теплогенератор включает камеру сжигания топлива с системой подачи топлива, теплообменник с системой подачи рабочего агента и оборудование для отвода дымовых газов. При этом камера сжигания выполнена в виде вихревой камеры сгорания для сжигания суспензионного угольного топлива, оборудованной устройством для его зажигания выполненным в виде форкамеры, тангенциально примыкающей к внутренней поверхности камеры сгорания, при этом форкамера снабжена горелкой высокореакционного топлива, струя которого направлена тангенциально к внутренней поверхности форкамеры в сторону камеры сгорания и форсункой суспензионного угольного топлива, установленной по оси форкамеры. Кроме того, теплообменник в нижней части оборудован камерами для сбора и удаления золы, а оборудование для отвода дымовых газов снабжено системой улавливания пыли.
Недостатком этого теплогенератора является:
повышенный недожог топлива и соответственно низкая экономичность работы теплогенератора при использовании суспензионного угольного топлива, приготовленного на основе отходов углеобогащения, вследствие несимметричной подачи топлива в камеру сгорания. В результате не обеспечивается эффективного смешивания распыленного топлива с дутьевым воздухом (окислителем), одновременно подаваемым в камеру сгорания, что приводит к механическому и химическому недожогу топлива, особенно низкореакционного, забалластированного водой, и породными частицами.
Задачей настоящей полезной модели является:
устранение недостатка, присущего прототипу, а также повышение стабильности горения и экономичности работы теплогенератора при работе на суспензионном угольном топливе, приготовленном на основе отходов углеобогащения.
Задача достигается тем, что теплогенератор для получения горячего рабочего агента, включает вихревую камеру сгорания с горелочным устройством с форсункой суспензионного угольного топлива и устройством для его зажигания, систему подачи топлива, теплообменник с системой подачи рабочего агента, оборудование для очистки и отвода дымовых газов, камера сгорания снабжена, по меньшей мере, еще одним горелочным устройством с форсункой суспензионного угольного топлива, распыленная струя которого направлена тангенциально к внутренней поверхности камеры по ходу вращения в ней смеси горящего топлива и газов, при этом расстояния между горелочными устройствами одинаковы.
Оборудование камеры сжигания теплогенератора, по меньшей мере, еще одним горелочным устройством с форсункой суспензионного угольного топлива, распыленная струя которого направлена тангенциально к внутренней поверхности камеры по ходу вращения в ней смеси горящих топлива и газов, обеспечивает более полное перемешивание распыленного топлива с дутьевым воздухом, подаваемым в топку. Учитывая равные расстояния между горелочными устройствами, формируемый в камере сгорания вихрь равномерно заполняет топку, активизирует удержание частиц, смесеобразование и способствует полному выгоранию даже забалластированного топлива при минимальных избытках воздуха. Этим повышается экономичность и обеспечивается стабильное сжигание малореакционного суспензионного топлива, приготовленного из отходов углеобогащения.
На фиг. представлен общий вид теплогенератора, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
Теплогенератор состоит из горелочных устройств 1 с форсунками 2 суспензионного угольного топлива, устройства 3 для подачи высокореакционного топлива (форкамера) для зажигания суспензионного угольного топлива, установленном в одном из горелочных устройств, вихревой камеры сгорания 4 с пережимным окном 5, теплообменника 7 с камерой 6 для сбора и удаления золы и системы пылеулавливания 11. При этом горелочные устройства 1 расположены тангенциально к внутренней поверхности вихревой камеры сгорания 4, а форсунки 2 суспензионного угольного топлива установлены на оси горелочных устройств так, что распыленные струи топлива направлены тангенциально к внутренней поверхности вихревой камеры сгорания. Устройство 3 для подачи высокореакционного топлива расположено в одном из горелочных устройств тангенциально к его внутренней поверхности и с отклонением в сторону вихревой камеры сгорания 4. Расстояние между горелочными устройствами 1, число которых два или больше, одинаковы. Выход продуктов сгорания в теплообменник осуществляется через пережимное окно 5. Для сбора и удаления золы в нижней части теплообменника 7 расположена специальная камера 6. Газоход 10 соединяет теплообменник 7 с системой пылеулавливания 11. Для подачи нагреваемого рабочего агента в теплообменник предназначен трубок 9, а для отвода нагретого рабочего агента - патрубок 8.
Теплогенератор работает следующим образом.
Сначала включается в работу расположенная в одной из горелок 1 форсунка 2 высокореакционного топлива, предназначенная для розжига основного топлива. Пламя этой форсунки, направленное тангенциально к внутренней поверхности горелочного устройства в сторону камеры сгорания, прогревает внутреннюю поверхность горелочного устройства, а выходящие из него газы разогревают вихревую камеру сгорания 4.
После прогрева камеры сгорания до 500÷750°С (внутренняя поверхность форкамеры при этом разогревается до более высоких значений температуры), через форсунку горелочного устройства с устройством (форсункой) для зажигания суспензионного топлива подается распыленная водоугольная суспензия. Разработанная конструкция форкамеры обеспечивает высокую надежность зажигания основного топлива, когда распыленная струя водоугольной суспензии оказывается «обернутой» пламенем высокореакционного топлива. Воспламененная струя основного топлива поступает в вихревую камеру сгорания тангенциально внутренней поверхности последней. Благодаря этому она естественным образом, без разрушения, вовлекается в вихревое движение, которое дополнительно формируется тангенциальной подачей вторичного воздуха (на фиг.1, 2 не показано). Температура в камере сгорания начинает быстро повышаться. При достижении температуры 800-900°С (в зависимости от марки угля, из которого приготовлена суспензия) горелка высокореакционного топлива выключается, а включаются поочередно другие горелочные устройства. Учитывая симметричность их расположения на камере сжигания, повышается эффективность и стабильность ее работы даже при глубоко забалластированных топливах.
2
Таким образом, конструкция вихревой камеры 4 с несколькими горелочными устройствами обеспечивает надежное воспламенение и устойчивое горение основного топлива. Вихревое движение горящих частиц в камере с пережимным окном 5 обеспечивает пребывание частиц в камере на протяжении времени, необходимого для полного выгорания всех частиц. Камеру покидают с дымовыми газами только самые легкие, с полностью выгоревшим горючим частицы. Согласно полученным данным остаток горючих веществ в золовых частицах не превышает 3%, а насыпная плотность их не более 350 кг/м. Для сравнения: в шлаке и золе от сжигания угля в слоевых топках содержится от 15 до 55% углерода.
В теплообменнике наиболее крупные частицы золы оседают в камере, расположенной в нижней части теплообменника. Из этой камеры осевшая зола периодически удаляется.
Рабочий агент, проходящий через теплообменник, нагревается горячими газами. Соответственно, дымовые газы, проходящие через теплообменник, охлаждаются. При этом теплопередача происходит через стенки теплообменника без смешения дымовых газов и рабочего агента.
Отдавшие тепло газы с остатками тонких пылевых частиц поступают в систему пылеулавливания, после чего выбрасываются в атмосферу.
Техническая осуществимость и высокая эффективность работы теплообменника подтверждена при работе вихревой топки, работающей на суспензионном угольном топливе, на демонстрационной стенде.
В таблице приведены результаты, испытаний теплогенератора.
Наименование параметра
Единица измерения
Значение
Расход топлива через две форсунки
л/ч
100
Температура в топке
°С
950
Температура рабочего агента
(исходного воздуха)
°С
5
Температура нагретого воздуха
°С
100
Температура дымовых газов
°C
200