КОТЕЛ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в качестве промышленных, отопительных и энергетических котлов кипящего слоя, сжигающих измельченное твердое топливо и горючие отходы.
4
Известен котел кипящего слоя, содержащий топку с расположенной внизу воздухораспределительной решеткой для подачи первичного воздуха под кипящий слой и сжигания измельченного твердого топлива в кипящем слое, фронтовую, заднюю и боковые ограждающие стены, образующие объем топки, сопло для подачи размолотого топлива с вторичным воздухом в виде аэросмеси, сопло для подачи вторичного дутья со скоростью 25-35 м/с и с количеством движения, равным 8-22 количества движения воздуха в аэросмеси. Топка выполнена из верхней и нижней камер, соединенных окном. Сопло для подачи размолотого топлива с вторичным воздухом, связанное с верхней камерой, и сопло для подачи вторичного дутья, связанное с нижней камерой, установлены с противоположных сторон в надслоевом объеме топки тангенциально к условному горизонтальному телу вращения. При этом сопло для подачи вторичного дутья размещено ниже сопла для подачи размолотого топлива с вторичным воздухом, и струи воздуха из сопла для подачи вторичного дутья ориентированы под область формирования струй аэросмеси из сопла для подачи размолотого топлива с вторичным воздухом. Вихревое течение, представляющее собой условное горизонтальное тело вращения, и создаваемое струями аэросмеси и воздуха из указанных сопл, обеспечивает перемешивание топочных газов и эффективное использование вторичного дутья в надслоевом объеме топки (авторское свидетельство SU 1453118, МКИ F 23 C 6/04).
Описанный котел кипящего слоя обладает следующими недостатками:
- низкой эффективностью сжигания топлива вследствие необходимости подачи соплами большого количества вторичного воздуха, так как для организации вихревого течения топочных газов, сильно загруженных выносимыми из кипящего слоя продуктами неполного сгорания топлива, требуется намного больший импульс вторичного дутья, чем при слоевом или пылеугольном сжигании топлива, из-за значительных потерь с уходящими газами;
- повышенным количеством твердых выбросов, то есть летучей золы, в верхнюю часть топки и конвективную часть котла и связанными с этим большими потерями тепла с механическим недожогом, а также выбросами пыли из котла. Повышенное количество твердых выбросов обусловлено подачей большой массы недогоревших частиц топлива с высокой скоростью под область формирования струй аэросмеси из сопла для подачи размолотого топлива с вторичным воздухом, где недогоревшие частицы за счет сил инерции пробивают струи вторичного воздуха и проникают в верхнюю часть топки, в зону низких, порядка 800-900°С, температур и затем - в конвективную часть котла, где не успевают выгорать полностью, что также приводит к повышенному механическому недожогу и дополнительному снижению эффективности сжигания топлива.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототипом) является котел кипящего слоя, содержащий топку с расположеной внизу воздухораспределительной решеткой для подачи первичного воздуха под кипящий слой от вентилятора и сжигания измельченного твердого топлива в кипящем слое, фронтовую, заднюю и боковые ограждающие стены с топочными экранами, образующие объем топки, устройства ввода топлива над кипящим слоем, сопла для подачи вторичного дутья, расположенные на противоположных фронтовой и задней ограждающих стенах. В газоходах установлены золоулавливающие устройства с осадительными бункерами и эжекторами возврата уноса. Нижняя часть задней ограждающей стены выполнена наклонной с образованием расширения кверху объема топки. Фронтовая ограждающая стена выполнена с уступом внутрь топки, являющимся потолочным
7
участком. Сопла для подачи вторичного дутья расположены тангенциально условному телу вращения на потолочном участке фронтовой ограждающей стены и задней ограждающей стене. При этом сопла, расположенные на потолочном участке, направлены в сторону наклонного участка задней ограждающей стены, а сопла, установленные на задней ограждающей стене ниже сопл, расположенных на потолочном участке, ориентированы вниз в сторону воздухораспределительной решетки. Эжекторы возврата уноса с осадительным бункером подключены к вентилятору и связаны с соплами для подачи вторичного дутья, размещенными на задней ограждающей стене. Таким образом, часть вторичного воздуха в эти сопла вводится отдельно и/или совместно с топливом и продуктами неполного сгорания, уловленными за топкой. Пристенная зона потолочного участка в надслоевом объеме топки является участком набегания потока. Использование сопл вторичного дутья приводит к активному вихревому движению топочных газов в надслоевом пространстве топки, способствующему перемешиванию горючих и окислителя (патент RU 2217658, МПК F 23 C 10/18, 5/24).
Основными недостатками котла кипящего слоя, выбранного в качестве прототипа, являются пониженная эффективность сжигания топлива, повышенное количество твердых выбросов, то есть летучей золы, из котла, и связанные с этим большие потери тепла с механическим недожогом. Указанные недостатки обусловлены тем, что в пристенной зоне потолочного участка, являющейся участком набегания потока, существует максимум профиля скоростей (Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Г.Шлихтинг. - М.: Наука, 1974). Поток топочных газов, циркулирующих в надслоевом объеме, подхватывает выносимые из кипящего слоя недогоревшие частицы топлива и частицы топлива, вводимого в топку над кипящим слоем, и направляет их на участок набегания, где они за счет сил инерции сепарируются к стенкам. При этом, благодаря высокой скорости, заметная их доля по инерции пробивает струи вторичного воздуха, либо беспрепятственно проникает между ними, и попадает в верхнюю часть топки, в зону низких, порядка 800-900°С,
температур, и, затем, в конвективную часть котла, где эти частицы не успевают выгорать полностью.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности сжигания топлива и снижение количества твердых выбросов из котла кипящего слоя.
Для достижения указанного технического результата в котле кипящего слоя, содержащем топку с расположенной внизу воздухораспределительной решеткой для подачи первичного воздуха под кипящий слой и сжигания измельченного твердого топлива в кипящем слое, фронтовую, заднюю и боковые ограждающие стены с топочными экранами, образующие объем топки, устройства ввода топлива над кипящим слоем, сопла для подачи вторичного дутья, установленные в газоходах котла золоулавливающие устройства с осадительными бункерами и эжекторами возврата уноса, причем нижняя часть задней ограждающей стены выполнена наклонной с образованием расширения кверху объема топки, фронтовая ограждающая стена выполнена с уступом вглубь топки, являющимся потолочным участком, а сопла для подачи вторичного дутья расположены на потолочном участке фронтовой ограждающей стены и задней ограждающей стене, согласно полезной модели сопла для подачи вторичного дутья, установленные на потолочном участке фронтовой и на задней ограждающих стенах, расположены по отношению друг к другу преимущественно на одинаковой высоте. Сопла для подачи вторичного дутья, расположенные на потолочном участке фронтовой ограждающей стены, направлены вниз в сторону воздухораспределительной решетки, а сопла для подачи вторичного воздуха, размещенные на задней ограждающей стене, направлены в сторону сопл, расположенных на потолочном участке.
Повышение эффективности сжигания топлива и снижение количества твердых выбросов из котла кипящего слоя обеспечиваются тем, что установка преимущественно на одинаковой высоте сопл для подачи вторичного дутья, расположенных на потолочном участке фронтовой ограждающей стены,
в сторону воздухораспределительной решетки, и сопл для подачи вторичного дутья, размещенных на задней ограждающей стене, в сторону сопл, расположенных на потолочном участке, приводит к полному отсутствию в пристенной зоне потолочного участка проскока недогоревших частиц топлива и частиц топлива, вводимых в топку над кипящим слоем, в верхнюю часть топки, в зону низких температур, и к минимальному проскоку этих частиц в зоне действия сопл для подачи вторичного дутья, размещенных на задней ограждающей стене, поскольку в этой зоне имеет место продольное смывание потоком внутренней поверхности задней ограждающей стены, характеризующееся отсутствием максимумов профиля скоростей и равномерной концентрацией твердой фазы, то есть летучей золы, в потоке.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображен котел кипящего слоя, продольный разрез.
На чертеже дополнительно показано следующее:
- направления подачи первичного воздуха, обозначенные сплошными линиями со стрелками;
- направления подачи топлива, обозначенные пунктирными линиями со стрелками;
- направления подачи вторичного воздуха, обозначенные штрихпунктирными линиями со стрелками;
- направление вывода дымовых газов из котла, обозначенное параллельными горизонтальными линиями со стрелками;
- расширение объема топки, отмеченное замкнутой пунктирной линией;
- направление вихревого движения газообразных и твердых продуктов неполного сгорания топлива, отмеченное замкнутой овальной линией с двумя стрелками.
Котел кипящего слоя содержит топку 1 с расположеной внизу воздухораспределительной решеткой 2 для подачи первичного воздуха по тракту 3 от вентилятора 4 под кипящий слой 5 и сжигания измельченного твердого
топлива в кипящем слое 5. Объем 6 топки 1 образован ограждающими стенами - фронтовой 7, задней 8 и двумя боковыми (на чертеже не обозначены), защищенными топочными экранами - фронтовым 9, задним 10 и двумя боковыми (на чертеже не обозначены) от воздействия высоких температур и для охлаждения топочных газов. Фронтовая 7 и задняя 8 ограждающие стены, снабженные топочными экранами 9 и 10 соответственно, в нижней части топки 1 выполнены наклонными под углом 50-55° к вертикали с образованием расширения кверху объема 6 топки 1, которое отмечено на чертеже замкнутой кривой пунктирной линией. Фронтовая 7 ограждающая стена над расширением объема 6 топки 1 выполнена с уступом вглубь топки 1, являющимся горизонтальным (на чертеже не показан) или наклонным потолочным участком 11.
На потолочном участке 11 фронтовой 7 ограждающей стены установлены сопла 12 для подачи вторичного дутья, а на вертикальной части задней 8 ограждающей стены над расширением кверху объема 6 топки 1 расположены преимущественно на одинаковой высоте с соплами 12 сопла 13 для подачи вторичного дутья. Сопла 12 направлены вниз в сторону воздухораспределительной решетки 2 вертикально (на чертеже не показано) или под углом 14 к вертикали, составляющим не более 15°. Сопла 13 направлены в сторону сопл 12 горизонтально (на чертеже не показано) или под углом 15, составляющим не более 45° к горизонтали. В стенах 7, 8 над кипящим слоем 5 размещены устройства 16 ввода топлива. В газоходах котла установлены золоулавливающие устройства 17 с осадительными бункерами 18, эжекторами 19 возврата уноса, которые подключены трактами 20 к вентилятору 4. Имеются и другие элементы, необходимые для обслуживания и эксплуатации котла кипящего слоя.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В кипящем слое 5 на воздухораспределительной решетке 2 частицы золы и горящего угля, образующиеся измельченным твердым топливом, которое подается из устройств 16 ввода топлива, разогретые до 800-1000°С,
поддерживаются в псевдоожиженном состоянии и интенсивно перемешиваются за счет продувания через слой первичного воздуха от вентилятора 4 по тракту 3. Газообразные и твердые продукты неполного сгорания топлива, выносимые из кипящего слоя 3, и подхватываемая потоком топливная мелочь дожигаются в надслоевом пространстве в вихре, сформированном в расширении объема 6 топки 1 путем подачи вторичного воздуха соплами 12 и 13 вторичного дутья.
Вихревое течение в расширении объема 6 топки 1 способствует хорошему перемешиванию газообразных и твердых продуктов неполного сгорания топлива и окислителя и обеспечивает более равномерное тепловосприятие фронтового 9, заднего 10 и боковых топочных экранов и, следовательно, их надежную работу.
Из топки 1 продукты сгорания удаляются дымососом (на чертеже не показан).
По сравнению с котлом кипящего слоя, выбранным в качестве прототипа, в пристенной зоне потолочного участка 11 с установленными на нем соплами 12 полностью отсутствует проскок недогоревших частиц топлива и частиц топлива, вводимых в топку 1 над кипящим слоем 5, в верхнюю часть топки 1, в область низких температур. Проскок этих частиц в зоне вертикального участка верхней части задней 8 ограждающей стены с установленными на ней соплам 13 минимален, так как в этой зоне происходит продольное омывание поверхности стены при отсутствии максимумов профиля скоростей и при равномерной концентрации твердой фазы в потоке.
Встроенные в газоходы котла золоулавливающие устройства 17 с осадительными бункерами 18 и эжекторами 19 возврата уноса выполняют двойную функцию, обеспечивая с одной стороны более полное выжигание горючих в уносе, а с другой - высокую концентрацию частиц в топке 1 и, соответственно, интенсивное охлаждение продуктов сгорания топочными экранами. При этом выполнение нижних частей фронтовой 7, задней 8 ограждающих стен с топочными экранами 9, 10 наклонными увеличивает теплосъем этих
участков по сравнению с вертикальными частями этих стен с экранами в 1,5-2,5 раза.
Таким образом, использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность сжигания топлива, снизить количество твердых выбросов из котла кипящего слоя и потери тепла с механическим недожогом.