ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА С МАЛЫМ УДЕЛЬНЫМ ВЕСОМ
FURNACE FOR BURNING FUEL WITH LOW SPECIFIC WEIGHT

Изобретение относится к котлостроению и может быть использовано при конструировании топок, в которых сжигаются твердые топлива, состоящие из небольших по размерам частиц, обладающих низким удельным весом, таких как: лузга подсолнечника, риса, гречихи и тому подобные растительные отходы.
Известна наиболее близкая к изобретению по техническому существу низкотемпературная вихревая топка для сжигания твердого топлива, обладающего большой парусностью [1] - прототип. Эта топка имеет вертикальную ориентацию. Задний экран топки формирует пережим, который делит топку на две камеры. В нижней камере на вертикальном фронтовом экране расположено топливоподающее устройство, обращенное под наклоном вниз, и три ряда сопел воздушного дутья, направленных вдоль подового и заднего экранов в сторону от фронтового экрана к выходу из топки. Кроме воздушных сопел, в нижней камере на боковых стенах топки, в зоне границы между верхней и нижней камерами, установлены дополнительные дутьевые сопла окончательного дожига.
Характерной особенностью низкотемпературного горения является ступенчатая подача необходимого для горения воздуха. При вводе в топку каждой порции воздуха требуется создание условий для его тщательного перемешивания с горючей смесью. Таким образом, низкотемпературный процесс горения предполагает наличие в топке удлиненного факела.
Подача топлива в направлении к поду топки со стороны фронтового экрана и наличие в средней части топки пережима заднего экрана являются конструктивными решениями, направленными на удлинение факела и, следовательно, на увеличение времени пребывания горючей смеси в топке.
Чем больше со стороны пода топки угол наклона оси топливоподающего устройства относительно вертикали и чем выше относительно пода расположено топливоподающее устройство, тем дальше от фронтового экрана вступают в интенсивный контакт нисходящий топливо-воздушный поток и поток воздуха, направленный вдоль пода топки. При этом место расположения в топке входного отверстия топливоподающего устройства должно находиться от пода на расстоянии, достаточном, чтобы нисходящий топливо-воздушный поток смог раскрыться на ширину топки для равномерного перемешивания топлива с воздухом, подаваемым вдоль пода топки из сопел, установленных внизу фронтового экрана.
Недостатком прототипа является установка топливоподающего устройства на вертикальном участке фронтового экрана.
Для увеличения зоны интенсивного горения и удлинения факела в нижней камере топки рационально приблизить траекторию нисходящего топливо-воздушного потока к фронтовому экрану. Однако необходимая для этого установка топливоподающего устройства на вертикальной стене с направлением его оси, близким к вертикали, не имеет приемлемого конструктивного решения в зоне высоких температур газов.
В итоге в реальной ситуации пространство в углу между фронтовым экраном и подом топки находится вне зоны интенсивного горения, которая смещается к заднему экрану топки и существенно укорачивает длину факела горения в нижней камере топки. К тому же процесс укорачивания факела усугубляется наличием интенсивного воздушного потока вдоль пода, направленного к заднему экрану.
К недостатку прототипа следует также отнести локальный концентрированный ввод топлива в сочетании с подачей воздуха для горения равномерно по всей ширине топки. В данном случае проблема распределения топлива по ширине топки в районе пода с достаточной степенью равномерности не может быть решена только выбором определенной высоты расположения входа топливоподающего устройства над подом. Во-первых, этому не способствует форма раскрытия нисходящего топливо-воздушного потока; во-вторых, влиять на процесс перемешивания топлива с воздухом возможно лишь в существенно ограниченных пределах, меняя количество воздуха, идущего через топливоподающее устройство.
Указанные недостатки прототипа, такие как: недостаточное заполнение факелом нижней камеры топки и ограниченные возможности качественного регулирования процесса смешения топлива с воздухом, способствуют повышению химического и механического недожогов, ухудшая экологические и экономические показатели.
Достигаемым результатом настоящего изобретения является топка, в которой для исключения спекания и плавления золы, ведущих к шлакованию, организован низкотемпературный процесс качественного горения.
Топка вертикально ориентирована. В горизонтальных сечениях имеет прямоугольную или близкую к ней форму. Передняя и задняя стены топки образуют пережим, который делит топку на верхнюю и нижнюю камеры.
Ступенчатая подача воздуха с сопутствующим отводом тепла создают в топке условия для низкотемпературного горения. Воздух для горения вводится в топку в определенной пропорции через топливоподающие устройства, через воздушные амбразуры, через каналы, расположенные в зоне стыка передней стены и пода топки, а также через ряды каналов, которые могут быть расположены, например, в конце пода вблизи задней стены и на самой задней стене.
Стены топки могут охлаждаться частично или полностью любым приемлемым способом, например, стены могут быть выполнены из плавниковых экранов, охлаждаемых водой, пароводяной смесью, паром и тому подобными теплоносителями.
Указанный результат изобретения достигается комбинированным конструктивным решением, позволяющим в нижней камере топки создать условия для качественного горения.
Наличие наклонного участка передней стены в районе выступа конструктивно позволяет установить на этом участке топливоподающие устройства таким образом, что направленные вниз нисходящие топливо-воздушные потоки встречаются с воздушным потоком, направленным вдоль пода, в непосредственной близости от передней стены. Это позволяет, по сравнению с прототипом, удлинить факел горения, приблизив начало зоны интенсивного горения к углу между передней стеной и подом топки.
С целью воздействия на процесс равномерной раздачи топлива и, следовательно, на улучшение качества горения непосредственно под топливоподающими устройствами на вертикально сориентированном участке передней стены установлены воздушные амбразуры с турбулизирующими устройствами, такими, например, как закручивающие сопловые аппараты.
Выступ пережима передней стены расположен ниже выступа пережима задней стены, чтобы обеспечить в верхней камере топки отжатие потока горючей смеси к передней стене с целью удлинения факела при расположении выходного окна из топки в верхней части задней стены.
Описанная выше топка лимитирует количество образующихся зон горения с неоптимальным соотношением топлива и воздуха, увеличивает длину факела (зоны интенсивного горения) и время пребывания горючей смеси в объеме топки и способствует снижению химического и механического недожогов, улучшая экономические и экологические показатели тепловой установки.
На фиг.1 в качестве примера показан главный вид топки согласно изобретению для сжигания твердого топлива; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1. Стрелками на фиг.1 указаны направления основных воздушных потоков и потоков продуктов сгорания.
Топка состоит из передней стены 1, задней стены 2, боковых стен 3. Передняя и задняя стены образуют пережим, делящий топку на нижнюю камеру 4 и верхнюю камеру 5. Пережим образуется посредством выступа передней стены 6 и расположенного над ним выступа задней стены 7. Снизу топка ограничена горизонтальным или наклонным подом 8. В нижней камере топки на наклонном участке выступа передней стены расположены топливоподающие устройства 9. На вертикально сориентированном участке передней стены нижней камеры непосредственно под топливоподающими устройствами установлены воздушные амбразуры 10 с турбулизирующими устройствами 11. Между передней стеной и подом топки расположены воздушные каналы 12. Дополнительно ряд воздушных каналов 13 может быть расположен на поду вблизи задней стены, и ряд воздушных каналов 14 может быть расположен непосредственно на задней стене. Местоположение горелок для вспомогательного или резервного топлива может быть разным в пределах имеющихся правил по их установке. В частности, установка этих горелок может быть совмещена с воздушными амбразурами 10, если при этом сохраняется функциональное назначение амбразур при сжигании твердого топлива.
Топка согласно изобретению работает следующим образом. На начальной стадии происходит прогрев топки, например, вспомогательным топливом (газ, мазут). В процессе растопки через топливоподающие устройства 9, воздушные амбразуры 10, воздушные каналы 12, 13, 14 подается количество воздуха, достаточное для их охлаждения. Когда температура газов в нижней камере топки достигнет требуемой величины, начинается постепенно увеличивающаяся подача твердого топлива одновременно с корректированной подачей воздуха в топочный объем.
Источники информации
1. Патент РФ №2251641, F23G 5/32, 7/00, 2003.