ПРЕДТОПОК

Полезная модель относится к области энергетики, а именно, к котельным установкам и может быть использована в водогрейных и паровых котлах при переводе их с мазутного и газового топлива на искусственное композиционное жидкое топливо (ИКЖТ).
Известен циклонный предтопок, содержащий короб для подвода воздуха, размещенную в корпусе обмурованную цилиндрическую камеру с торцевыми крышками и с окнами. Предтопок оснащен устройством подачи воздуха и мазута в полость камеры содержащим спиралевидную стенку, установленную соосно корпусу, регулятор крутки, конус с окнами, крышку, периферийный завихритель, осевую форсунку с подводной трубой, имеющей окна. Устройство подачи газа содержит проходящий через крышку трубопровод, содержащий оснащенные задвижками осевую и тангенциальную ветви. Соосно камере сгорания установлен осевой газовый коллектор с радиальными отверстиями и осевыми соплами, оснащенными дозвуковыми эжекторными насадками. Газопроводы тангенциальной подачи газа в обечайку также оснащены соплами - насадками.
При работе предтопка воздух нагнетается в короб, где разветвляется и подается в камеру сгорания тангенциально через сопла и аксиально через завихритель. Часть воздуха перепускается из вихревой камеры в конус, образует кольцевую струю и вытесняет приосевое рециркулярное течение. Мазут подается форсунками в камеру сгорания, а регулировка подачи газа осуществляется посредством задвижек. Возможна работа предтопка только на газе или только на мазуте. (см. патент №2180074, кл.F23C 5/32, 2002 г.)
В результате анализа конструкции данного циклонного предтопка необходимо отметить, что при его функционировании на мазуте большое количество отходов выбрасывается в атмосферу, а возможности регулировки оптимального соотношения топливной смеси ограничены.
Известен циклонный предтопок котла, содержащий корпус, в котором образована обмурованная камера, на одном торце камеры установлена форсуночная горелка. Другой торец камеры выполнен открытым и сопрягается с кольцевым смесителем, выполненным в виде тора, в котором установлены тангенциальные патрубки для подачи инертных горячих газов в кольцевой смеситель из топки котла, и тангенциальные сопла для эжекции смеси инертных горячих газов из кольцевого смесителя инертным горячим газом, поступающим из конвективной части котла. В смесителе имеется кольцевой канал для ввода смеси инертных газов в газификационную камеру, а также тангенциальные сопла для ввода растопочного топлива в кольцевой смеситель и патрубки для подачи сжатого воздуха, необходимого для распыления растопочного топлива и образования рабочей смеси в кольцевом смесителе, а также патрубки для подачи водяного пара. Форсуночная камера сообщена с камерой горения, а последняя - с камерой дожигания, на выходе которой имеется выходное сопло, сопрягаемое с топкой котла.
В процессе работы предтопка в газификационную камеру поступает растопочное топливо в виде аэросмеси через сопла из кольцевого смесителя, а в камеры горения и дожигания поступает нагретый воздух. Растопочное топливо сгорает в циклонном предтопке котла, создавая в нем температуру около 900 градусов. Далее через форсунку горения подают водоугольное топливо, которое смешивается с нагретым воздухом и загорается. После наличия устойчивого горения топлива, подача растопочного топлива в газификационную камеру прекращается. Из кольцевого смесителя в газификационную камеру подается смесь инертных горячих газов по тангенциальным соплам и кольцевому каналу. Из газификационной камеры летучие газы и частицы топлива попадают в камеру горения, воспламеняются и сгорают, несгоревшие частицы выносятся в камеру дожигания. Отходящие газы с температурой примерно 1450 градусов через выходное сопло в торце камеры дожигания поступают в топку котла, где отдают тепло рабочей среде. (см. патент РФ, №2013691, F23C 5/00, 1994 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данного предтопка необходимо отметить, что при его функционировании за счет наличия камеры дожигания обеспечивается высокая степень сжигания топливной смеси, однако данный результат обеспечивается за счет наличия дополнительной камеры, что увеличивает массу и габариты предтопка и создает сложности при его состыковки с котлом, так как предтопок не имеет возможности установки в заданное положение перед состыковкой.
Задачей настоящей полезной модели является разработка предтопка, обеспечивающего при работе практически полное сжигание топливной смеси, а также простую и удобную состыковку с котлом.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в предтопке, содержащем кожух, в котором установлены состыкованные торцами камеры сгорания, имеющие разный внутренний диаметр, один свободный торец одной из камер имеет возможность стыковки с топкой котла, а на свободном торце другой камеры смонтирован форсуночный блок, в форсуночном блоке и камерах сгорания установлены связанные с каналами подачи воздуха сопла, новым является то, что предтопок снабжен основанием, а кожух смонтирован на основании с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а каналы подвода воздуха в форсуночный блок и камеры сгорания образованы в воздухозаборнике радиальными перегородками и оснащены регулируемыми задвижками.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - предтопок, общий вид;
на фиг.2 - короб предтопка, осевой разрез.
Предтопок выполнен в виде короба 1 с воздухозаборником 2, имеющим возможность стыковки с модулем нагнетания воздуха, например, компрессором (не показан). Тракт воздухозаборника 2 радиальными перегородками разделен на несколько каналов подвода воздуха, которые обозначены позициями 3, 4, 5. В каждом канале установлена регулируемая задвижка (не показана). На коробе закреплены опоры 6 и 7 для установки кожуха на основании 8. Опоры выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность поворота предтопка в вертикальной плоскости на 90 градусов, то есть, перевода его из горизонтального положения в вертикальное и наоборот. Основание может быть оснащено колесным ходом (не показан) для облегчения стыковки предтопка с котлом.
В коробе 1 размещены две обмурованные изнутри камеры сгорания 9 и 10 цилиндрической формы. Камеры состыкованы торцами друг с другом. Камера 9 имеет внутренний диаметр «d», а камера 10 - диаметр «D», при этом соблюдается условие - d<D.
К свободному торцу камеры 10 пристыкован фланец 11 с выходом 12, выполненным в виде диффузора.
К свободному торцу камеры 9 пристыкован фланец 13 с форсуночным блоком 14. Форсуночный блок оснащен как минимум, одной форсункой, которая имеет два независимых регулируемых подвода 15 и 16, один из которых (15) предназначен для подвода растопочного топлива (например, мазута) и ИКЖТ, а другой (16) - для подвода воздуха к соплам форсунки.
Канал 3 предназначен для подвода воздуха с целью обеспечения горения подаваемой из форсунки в камеру 9 топливной смеси (смесь воздуха и мазута или смесь ИКЖТ и воздуха, в зависимости от стадии работы предтопка).
Каналы 4 и 5 обеспечивают поступление воздуха в полость камер сгорания топлива при открытых регулируемых задвижках. В полость камер сгорания воздух подается через сопловые блоки, в каждом из которых по четыре сопла (не показаны), выходы которых расположены вдоль внутренней образующей камер сгорания. Наиболее целесообразно блоки сопел располагать друг относительно друга под углом 120 градусов.
Предтопок работает следующим образом.
Перед началом работы предтопок состыковывают с котлом (мазутным или газовым), для чего последний на основании 8 переводится в горизонтальное или вертикальное положение (это зависит от модификации котла. Компоновку котла и предтопка осуществляют таким образом, чтобы выход 12 сообщался с топкой котла.
Соединяют воздухозаборник 2 с модулем нагнетания воздуха. Устанавливают задвижки каналов 3, 4, 5 в заданное положение.
Подсоединяют подводы 15 и 16 к каналам подачи мазута и воздуха. После растопки предтопка канал 15 соединяют с каналом подачи ИКЖТ.
В качестве ИКЖТ может быть использована смесь 40 процентов воды и горючего компонента - рядового угля, его отсевов, углешламов обогатительных фабрик, мелких фракций гидродобычи угля и пр. Твердый компонент топлива перед смешиванием с водой проходит тонкодисперсное измельчение, механохимическую активацию.
Первоначально осуществляют розжиг предтопка. Розжиг может быть осуществлен посредством использования известных устройств розжига, например, плазменного или вручную, для чего на коробе выполняют лючки (не показаны).
Для розжига используют, как правило, подогретый до 90 градусов, мазут, например, марки M100, который через подвод 15 подают в форсунку форсуночного узла 14, где он смешивается с воздухом, подаваемым через подвод 16 и из форсунки газомазутная смесь подается внутрь камеры 9, где поджигается. Включается модуль подачи воздуха, который нагнетает воздух в каналы 3, 4, 5. По каналу 3 воздух поступает к форсуночному узлу, охлаждая его и нагнетается в камеру 9, улучшая условия горения смеси.
По каналам 4 и 5 воздух поступает в полости камер 9 и 10, улучшая условия горения топлива в них и сообщая его компонентам спиралеобразное перемещение по камерам 9 и 10. это позволяет практически полностью осуществить сжигание газомазутной смеси.
При разогреве камеры 9 до температуры 750-800 градусов подача мазута отключается и подвод 15 подключается к каналу подвода ИКЖТ, который подается к форсуночному узлу. Процесс сжигания ИКЖТ аналогичен описанному выше процессу сжигания газомазутной смеси.
Разогретые продукты горения через выход 12 фланца 11 поступают в топку котла для разогрева его теплоносителя. Обеспечение раздельной подачи воздуха от компрессора к форсуночному узлу и в камеры позволяет обеспечить оптимальное условие горения в каждом из модулей предтопка за счет обеспечения оптимального соотношения компонентов топливной смеси.
Перевод системы «предтопок-котлоагрегат» на ИКЖТ позволит:
- уменьшить вредные выбросы в атмосферу,
- отказаться от использования дефицитных видов топлива (мазута, газа).
- уменьшить себестоимость вырабатываемой на тепловых электростанциях и котельных электрической энергии на 10-30%.
Монтаж кожуха предтопка на основании с возможностью поворота позволяет расширить область его использования и обеспечить стыковку практически с котлами большинства модификаций