ВИХРЕВАЯ КАМЕРНАЯ ТОПКА

Изобретение относится к организации факельно-слоевого и факельного сжигания жидкого топлива на основе угля и воды - композиционного водо-угольного топлива (ВУТ). Оно может использоваться в топливной промышленности, энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности в разработках новых и при реконструкции существующих технологических печей и топок котлов.
Известна образованная экранами и обмуровкой вихревая топка ЛПИ [Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М. - Энергия, 1976, рис.19-12]. Она содержит камеру сгорания с установленными на фронтовом экране с наклоном вниз прямоточными горелками и ориентированные встречно из под нижнего гиба заднего экрана щелевидные сопла вторичного дутья, расположенные внизу над системой удаления шлака. Струи, истекающие из щелевидных сопел вторичного дутья и горелок, действуя в паре, формируют течение в виде вихря с горизонтальной осью вращения. Вихрь стабилизирует горение и заполняет всю топку. Низкотемпературные вихревые топки ЛПИ пригодны для реконструкции и нашли применение при организации сжигания низкокачественных и плохо подготовленных топлив.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является вихревая топка, реализованная на базе парового котла ДКВР-6,5-13 [Пузырев Е.М., Мурко В.И., Звягин В.Н. и др. Результаты
опытно-промышленных испытаний работы мазутного котла ДКВР-6,5-13 на водо-угольном топливе. «Теплоэнергетика», 2001, №2. - С.69-71]. Эта вихревая топка оборудована стенкой с одним газовыпускным окном, делящим топку котла на основную камеру сгорания и камеру дожигания. С фронта котла располагаются два горелочных устройства, одно - основного топлива (водо-угольное), другое - растопочного (мазут). Дутьевой воздух подается в камеру сжигания по соплам от существующего высоконапорного вентилятора. Топка снабжена лючками, через которые возможна чистка внутренних поверхностей от зольных отложений.
Недостатками аналога являются:
- повышенный недожог топлива и соответственно низкая экономичность даже при значительном топочном объеме над вихревой зоной;
- повышенный износ экранов нижним дутьем;
- топка не используется при сжигании низкореакционных и обводненных топлив, так как в ней не предусмотрено мер по воспламенению и стабилизации горения;
Недостатками прототипа являются:
- затруднение организации вихря из-за верхнего парового барабана;
- недостаточная эффективность горелочного устройства (использовалось типовое горелочное устройство для данного типа котлов);
- необходимость установки второго горелочного устройства для растопочного топлива;
- неравномерный теплообмен в топке из-за несимметричного расположения основной камеры сгорания и камеры дожигания;
- неэффективная и затрудненная система очистки котла от зольных отложений.
Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, являются:
- устранение недостатков, присущих аналогу и прототипу;
- повышение стабильности и устойчивости горения, экономичности;
- расширение применимости схемы сжигания в вихревой топке при разработке новых и реконструкции существующих технологических печей и топок котлов;
- обеспечение надежной системы зажигания забалластированных топлив, преимущественно водоугольного топлива, с использованием различных растопочных систем;
- обеспечение надежного удаления летучей золы из зоны горения и зажигания топлива.
Поставленные задачи решаются тем, что в боковой стенке камеры сгорания, противоположной стенке с газовыпускным окном, выполнено дополнительное газовыпускное окно, симметричное первому, причем днище камеры сгорания содержит приемный желоб, перекрытый колосниковой решеткой, выход которого в одной из боковых стенок топки снабжен дверцей, а поды симметричных камер догорания топлива, расположенных между боковыми стенками основной камеры сгорания и боковыми экранами и (или) обмуровкой топки, выполнены с уклонами в сторону задней стенки топки и пересекаются в нижней части общим каналом, выход которого в той же боковой стенке топки также оборудован дверцей; при этом по крайней мере одно из горелочных устройств оборудовано патрубком, тангенциально примыкающим к внутренней поверхности устройства.
Оборудование в камере сгорания симметричных газовыпускных окон обеспечивает повышение устойчивости вихревого движения распыленных капель водоугольного топлива и топочных газов. Кроме того, при этом обеспечивается равномерный и эффективный теплообмен между топочными газами и тепловоспринимающими поверхностями топки, что повышает экономичность использования топлива.
Выполнение днища камеры сгорания с приемным желобом, перекрытым колосниковой решеткой, с выходом в одной из боковых стенок позволяет через дверцу обеспечить эффективное удаление образовавшейся в процессе эксплуатации топки золы.
Аналогично, выполнение подов симметричных камер догорания, расположенных между боковыми стенками основной камеры сгорания и обмуровкой и (или) экранами, с уклоном в сторону задней стенки топки, и оборудование общего канала, пересекающего поды в их нижней части и имеющего выход через дверцу в ту же стенку топки, обеспечивает эффективное и надежное удаление выпавших на дно камер догорания частиц золы через дверцы в процессе эксплуатации топки.
Желоб и канал могут быть оборудованы устройством для механического удаления золы, которое включается периодически по мере ее накопления.
Вихревая камерная топка (фиг.1, 2, 3, 4) состоит из экранов 1 и (или) обмуровки 2. Внутри топки размещена основная камера сгорания 3 с газовыпускным окном 4 в одной из боковых стенок и симметричным газовыпускным окном 9 в противоположной боковой стенке. С фронта топки установлены горелочные устройства 6 (на рисунке показано одно) с форсунками 7 (на рисунке показана одна) для подачи основного топлива. Одно из горелочных топлив оборудовано патрубком 8 с фланцем для крепления горелки растопочного топлива или плазмотрона (на рисунке не показан). В днище основной камеры сгорания выполнен приемный желоб 10, перекрытый колосниковой решеткой 11. выход желоба в боковой стенке топки снабжен дверцей 12.
Поды симметричных камер догорания 5, расположенных между боковыми стенками основной камеры сгорания и боковыми экранами и (или) обмуровкой топки выполнены с уклоном в сторону задней стенки топки и пересекаются в нижней части общим каналом 13, выход которого в той же боковой стенке оборудован дверцей 14. Для эвакуации» дымовых газов в задней стенке топки располагается окно 15.
Вихревая камерная топка работает следующим образом. На фланце патрубка 8 устанавливается горелка растопочного топлива или плазмотрон. Работа растопочной горелки или плазмотрона позволяет эффективно прогреть внутреннюю поверхность одного из горелочных устройств основного топлива. Этому способствует тангенциальное примыкание патрубка к внутренней поверхности одного из горелочных устройств основного топлива. Подача дутьевого воздуха в вихревую камеру через канал 16 обеспечивает образование вихря в камере сгорания. При достижении в камере сгорания необходимой температуры горелка растопочного топлива отключается и топка продолжает работать на основном топливе, преимущественно водоугольном.
Вследствие организованного вихревого вращения в основной камере происходит сгорание крупных угольных частиц и распыленных капель топлива. При этом обеспечивается необходимое время нахождения горящих частиц и капель в камере сгорания до их полного выгорания. Уменьшаясь по массе, зольные частицы смещаются к центру оси вращения вихря и через симметричные газовыпускные окна с топочными газами переходят в камеры дожигания. Там возможные непрореагировавшие газы (СО) и остатки углерода в зольных частицах догорают, отдавая при этом теплоту экранам. Далее продукты сгорания удаляются из топки через окно 15. При работе топки крупные зольные частицы или зольные конгломераты могут оседать на дно основной камеры сгорания в оборудованный желоб 10 или на поды камер дожигания. При накоплении зольных частиц производится их удаление через дверцы 12 и 14. При этом уклон подов в сторону задней стенки (в сторону движения газов) и наличие общего канала обеспечивают эффективное удаление золы из симметричных камер дожигания.
Техническая осуществимость и высокая экономическая эффективность разработанного технического предложения подтверждается работой топки на демонстрационной установке (г.Новокузнецк) и работой котла КП-07 в котельной ОАО «Хлеб» (г.Новокузнецк) (см. Приложение).