ТОПКА ПАРОГЕНЕРАТОРА
STEAM GENERATOR FURNACE

Изобретение относится к топочным устройствам мощных энергоблоков парогенераторов и может быть использовано в теплоэнергетике.
Известен парогенератор, содержащий образованную соосно размещенными равносторонними призмами вертикальную кольцевую топку. В нижней ее части на наружной стенке по касательной к условной окружности, равной 0,5-0,75 диаметра окружности, вписанной в наружную призму топки, установлены горелки (SU №658358, МПК F22В 31/00, 1976).
Х
Недостатком этого парогенератора является неполное сгорание топлива, приводящее к образованию большого количества окисей азота NO, а также шлакование экранированных стенок кольцевой печи.
Известна топка парогенератора с вертикальной кольцевой камерой сгорания, образованной установленными в виде концентричных призм внешним и внутренним трубчатыми экранами. В нижней части внешнего трубчатого экранов размещены горелки и сопла нижнего яруса вторичного воздуха. Они направлены тангенциально в одну сторону между призмами внешнего и внутреннего экранов. Горелки установлены подвижно, а сопла вторичного воздуха расположены на внешнем трубчатом экране в два яруса по высоте топки. Диапазон регулирования диаметра окружности, тангенциально к которой направлены сопла горелок, составляет 0,4÷0,7 D, где D - диаметр окружности, вписанной в сечение призмы внешнего экрана (RU №61842 U1, МКИ F23С 5/08, 2005).
Х
Недостатком этой топки парогенератора является неполное сгорание топлива, что приводит к образованию большого количества окисей азота NO и их выбросу в атмосферу. Кроме того, происходит шлакование внешних трубчатых экранов кольцевой камеры сгорания, что приводит к преждевременному их ремонту.
Х
Задачей изобретения является повышение полноты сгорания топлива, снижение образования окисей азота NO и уменьшение зашлакованности внешних трубчатых экранов кольцевой камеры сгорания.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно считать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.
Сущность изобретения заключается в том, что топка парогенератора с вертикальной кольцевой камерой сгорания, образованной в виде коаксиальных равносторонних призм, боковые грани которых образованы внешним и внутренним трубчатыми экранами, в нижней части внешнего трубчатого экрана размещены горелки и воздушные сопла, направленные тангенциально по ходу вращения факела, а воздушные сопла установлены по высоте топки ярусами. Новым согласно изобретению является дополнительная установка горелок и воздушных сопел среднего яруса, причем воздушные сопла всех ярусов установлены отдельно и после горелок на расстоянии 1-2 диаметра амбразуры горелки между продольными осями воздушных сопел и горелок под углом 0-15° к следующему по ходу вращения факела внешнему трубчатому экрану, горелки и воздушные сопла нижнего яруса выполнены из расчета подачи в них воздуха, соответственно, 70-75% и 25-30% от всего воздуха, необходимого для сгорания топлива, подаваемого в эти горелки, а горелки нижнего и верхнего ярусов выполнены из расчета подачи в них топлива, соответственно, 80-85% и 15-20% от всего топлива, подаваемого для сгорания в кольцевую камеру.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез топки парогенератора, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б.
Топка парогенератора содержит вертикальную кольцевую камеру 1 сгорания, образованную в виде коаксиальных равносторонних призм, боковые грани которых образованы внешним 2 и внутренним 3 трубчатыми экранами. В нижней части внешнего трубчатого экрана 2 установлены горелки 4 и воздушные сопла 5 нижнего яруса, направленные тангенциально по ходу вращения факела.
Воздушные сопла 5 нижнего яруса установлены отдельно и после горелок 4 на расстоянии 1-2 диаметра амбразуры горелки 4 между продольными осями воздушных сопел 5 и горелок 4 под углом 0-15° к следующей по ходу вращения факела боковой грани внешнего 2 трубчатого экрана. Выше нижнего яруса воздушных сопл 5 и горелок 4 аналогично установлены воздушные сопла 7 и горелки 6 среднего яруса. Горелки 4 нижнего яруса и горелки 6 среднего яруса выполнены из расчета подачи в них топлива, соответственно, 80-85% и 15-20% от всего топлива, подаваемого для сгорания в кольцевую камеру 1 сгорания. Горелки 4 и сопла 5 нижнего яруса выполнены из расчета подачи в них воздуха, соответственно, 70-75% и 25-30% от всего воздуха, необходимого для сгорания топлива, подаваемого в эти горелки 4. Выше среднего яруса горелок 6 и сопл 7 выполнен верхний ярус воздушных сопл 8, которые направлены навстречу горелкам 4 и 6 нижнего и среднего ярусов.
Топка парогенератора работает следующим образом.
Кольцевую камеру 1 сгорания разогревают посредством сжигания в ней мазута или газа. Затем в кольцевую камеру 1 сгорания через горелки 4 и воздушные сопла нижнего яруса подают, соответственно, топливовоздушную смесь и воздух. Под действием высокой температуры в кольцевой камере 1 сгорания топливовоздушная смесь загорается и в ней создается устойчивый вихревой факел. Затем аналогичным образом зажигается топливовоздушная смесь, подаваемая в кольцевую камеру 1 сгорания через горелки 6 среднего яруса, она под действием высокой температуры вихревого топочного факела нижнего яруса воспламеняется.
Расположение воздушных сопл 5, 7 отдельно и после, соответственно, горелок 4, 6 на расстоянии 1-2 диаметра амбразуры горелок 4, 6 между продольными осями воздушных сопл 5, 7 и горелок 4, 6 разделяет струи топливовоздушной смеси между воздушными струями. Это способствует лучшему зажиганию топливовоздушной смеси и ее лучшему сгоранию. Кроме того, такое расположение воздушных сопл 5, 7 и угол их наклона 0-15° к следующей по ходу вращения факела боковой грани внешнего трубчатого экрана 2 способствует «прилипанию», под влиянием сил Коанда, воздушных струй к внешним трубчатым экранам 2. Эти воздушные струи защищают внешние трубчатые экраны 2 от шлакования и коррозии путем создания вдоль них окислительной атмосферы. При уменьшении расстояния между продольными осями воздушных сопл 5, 7 и горелок 4, 6 менее одного диаметра амбразуры горелок 4, 6 воздушные струи из воздушных сопл 5, 7 быстро сливаются со струями топливовоздушной смеси из горелок 4, 6 и эффекта ступенчатой подачи воздуха для улучшения зажигания не возникает. При увеличении расстояния между продольными осями воздушных сопл 5, 7 и горелок 4, 6 более двух диаметров амбразуры горелок 4, 6 ухудшается выгорание топлива, т.к. дополнительный воздух не участвует в горении на начальном участке факела. При угле наклона более 15° эффект Коанда не проявляется. Угол наклона сопл 5, 7 внутри указанного диапазона 0-15° зависит от шлакующих и коррозионных свойств сжигающего топлива.
Горячие топочные газы, образующиеся при сгорании топливовоздушной смеси в нижнем и средних ярусах, поднимаются вверх по кольцевой камере 1 сгорания, отдавая тепло внешнему 2 и внутреннему 3 экранам. В результате чего температура топочных газов снижается. Через сопла 8 верхнего яруса навстречу движению топочных газов подается воздух. Этим обеспечивается дожигание топлива, гашение остаточной крутки отходящих газов и, как следствие, равномерное омывание поверхностей нагрева, расположенных в газоходе (не показан).
Х
2
Через горелки 4 нижнего яруса подается 80-85%, а через горелки 6 среднего яруса 15-20% всего топлива, подаваемого для сгорания в кольцевую камеру 1. Такое двухступенчатое сжигание позволяет улучшить сжигание топлива и уменьшить образование окисей азота NO. Это достигается разным временем пребывания топлива в кольцевой камере сгорания. Основная часть топлива 80-85%, подаваемого через горелки 4 нижнего яруса, больше времени находится в кольцевой камере 1 и полностью догорает в вихревом топочном факеле, образованном горелками 6 и соплами 7 среднего яруса. Меньшая же часть топлива 15-20%, подаваемого с недостатком кислорода через горелки 6 среднего яруса в кольцевую камеру 1, при сгорании образует продукты неполного сгорания, которые служат восстановителем для преобразования NO в нейтральный N.
Х
Через горелки 4 и сопла 5 нижнего яруса подается, соответственно, 70-75% и 25-30% от всего воздуха, необходимого для сгорания топлива, подаваемого в эти горелки 4. Такое соотношение воздуха позволяет снизить количество образования окисей азота NO при сжигании топлива.
Х
Предлагаемая топка парогенератора позволяет за счет своей конструкции и за счет оптимального перераспределения топливовоздушной смеси и воздуха между горелками и воздушными соплами нижнего и среднего ярусов улучшить сжигание топлива, существенно снизить образование окисей азота NO и уменьшить их выброс в атмосферу. Кроме того, изобретение позволяет уменьшить шлакование трубчатых экранов кольцевой камеры сгорания.