ТОПКА
FURNACE

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций и промышленных котельных агрегатах, работающих на газообразном топливе.
Известна топка, содержащая камеру сгорания с вертикальной плоскостью симметрии, боковые стены с экранными трубами, размещенные симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии камеры, подовое и потолочное перекрытия, заднюю стену с окном выхода продуктов сгорания, фронтовую стену с горелками (Л.Н.Сидельковский, В.Н.Юренев. Парогенераторы промышленных предприятий. М.: Энергия, 1978, с.185-187, рис.13-2). Недостаток устройства - высокий выход оксидов азота с продуктами сгорания и недожог топлива.
Известна топка, содержащая камеру сгорания с вертикальной плоскостью симметрии, боковые стены с экранными трубами, размещенные симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии топки, подовое и потолочное перекрытия, заднюю стену с окном выхода продуктов сгорания, фронтовую стену с двумя основными симметрично размещенными относительно вертикальной плоскости симметрии топки горелками, имеющими сопла для вывода в топку первичных и вторичных потоков воздуха и газа (патент РФ №2303193; F23C 1/12 от 10.04.2006 г.; БИ №20, 2007 г.). Топка обеспечивает пониженный выход оксидов азота. Недостаток устройства - повышенный недожог топлива при горизонтальном размещении топки с ограниченной высотой камеры сгорания.
Известна топка, содержащая камеру сгорания с вертикальной плоскостью симметрии, боковые стены с экранными трубами, размещенные симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии, подовое и потолочное перекрытия, заднюю стену с окном выхода продуктов сгорания, фронтовую стену с двумя симметрично размещенными относительно вертикальной плоскости симметрии основными горелками, имеющими щелевые вертикальные сопла для подачи первичного воздуха и газа, размещенные со стороны вертикальной плоскости симметрии камеры, щелевые вертикальные сопла для ввода вторичного воздуха, размещенные со стороны боковых стен с экранными трубами, а также разделяющие эти сопла щелевые вертикальные простенки (Осинцев К.В. Способ снижения теплового потока в направлении горелочных амбразур / К.В.Осинцев // Электрические станции, №11, 2009. - С.13-17). Устройство обеспечивает пониженный выход оксидов азота с продуктами сгорания. Недостаток топки - повышенный недожог газа при ограниченной высоте камер сгорания, используемых на котлах небольшой теплопроизводительности.
Задача изобретения - снижение недожога газа при пониженном выходе оксидов азота из горизонтальной топки с ограниченной высотой камеры сгорания.
Для решения обозначенной задачи в топке, содержащей камеру сгорания с вертикальной плоскостью симметрии, боковые стены с экранными трубами, размещенные симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии, подовое и потолочное перекрытия, заднюю стену с окном выхода продуктов сгорания, фронтовую стену с двумя симметрично размещенными относительно вертикальной плоскости симметрии основными горелками, имеющими щелевые вертикальные сопла для подачи первичного воздуха и газа, размещенные со стороны вертикальной плоскости симметрии камеры, щелевые вертикальные сопла для ввода вторичного воздуха, размещенные со стороны боковых стен с экранными трубами, а также разделяющие эти сопла щелевые вертикальные простенки, согласно изобретению на фронтовой стене под основными горелками устанавливается дополнительная горелка, имеющая размещенное со стороны пода щелевое горизонтальное сопло для подачи вторичного воздуха, размещенное со стороны основных горелок щелевое горизонтальное сопло для подачи первичного воздуха и газа, а также разделяющий эти сопла щелевой горизонтальный простенок.
При установке на фронтовой стене под основными горелками дополнительной горелки, оборудованной щелевым горизонтальным соплом для ввода вторичного воздуха, размещенным со стороны пода, и щелевым горизонтальным соплом для ввода первичного воздуха и газа, размещенным со стороны основных горелок, а также разделяющим эти каналы щелевым горизонтальным простенком, обеспечивается необходимое для полного выгорания газа время пребывания реагентных компонентов в топке при пониженном уровне температуры, активном радиационном теплообмене и минимальном уровне активности образования вредных оксидов азота, то есть решается поставленная задача изобретения.
Предлагаемая топка схематично представлена на чертежах.
На фиг.1 показана топка с камерой сгорания, имеющей вертикальную плоскость симметрии, параллельную боковым стенам, вид на фронтовую стену с горелками из топки; на фиг.2 - продольный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - горизонтальный разрез по Б-Б на фиг.1.
Топка на фиг.1, 2, 3 содержит камеру сгорания 1, ограниченную боковыми стенами 2, 3, фронтовой стеной 4, задней стеной 5, подовым перекрытием 6, потолочным перекрытием 7; камера сгорания 1 имеет вертикальную плоскость симметрии γ, а боковые стены 2, 3 - экранные трубы 8, 9 соответственно, причем стены 2, 3 с трубами 8, 9 симметричны относительно плоскости γ; в задней стене 5 выполнено окно 10 выхода продуктов сгорания, а на фронтовой стене 4 установлены симметрично относительно вертикальной плоскости γ две основные горелки 11, 12, а также одна дополнительная горелка 13; основные горелки 11, 12 имеют щелевые вертикальные сопла 14, 15 соответственно для подачи первичного воздуха и газа, размещенные со стороны вертикальной плоскости симметрии у, а также щелевые вертикальные сопла 16, 17 соответственно для подачи вторичного воздуха, размещенные со стороны боковых стен 2, 3 с экранными трубами 8, 9; при этом сопла 14, 15 разделены с соплами 16, 17 вертикальными щелевыми простенками 18, 19 соответственно; дополнительная горелка 13 размещена под основными горелками 11, 12, при этом она имеет горизонтальное щелевое сопло 20 для подачи вторичного воздуха, размещенное со стороны пода 6 камеры сгорания 1, а также щелевое горизонтальное сопло 21 для подачи первичного воздуха и газа, размещенное со стороны основных горелок 11, 12; внутри горелки 13 сопла 20 и 21 разделены простенком 22; трубы 8, 9 выведены в коллекторы 23, 24, 25, 26 соответственно.
Работа топки на фиг.1, 2, 3 осуществляется путем подачи в камеру сгорания 1 потоков первичного воздуха и газа, а также потоков вторичного воздуха; ввод реагентных потоков в камеру 1 производится через основные горелки 11, 12 и дополнительную горелку 13, причем через основные горелки 11. 12 первичный воздух и газ вводят через горелочные сопла 14, 15 вдоль вертикальной плоскости симметрии γ, а вторичный воздух через сопла 16, 17 вдоль боковых стен 2, 3 с экранными трубами 8, 9; через дополнительную горелку 13 вторичный воздух подают через сопло 20 вдоль пода, а потоки первичного воздуха и газа через сопло 21 со стороны основных горелок 11, 12. При взаимодействии топливных компонентов газа с кислородом воздуха происходит реакция окисления с выделением теплоты; последняя за счет радиационного теплообмена отводится к трубам 8, 9 и рабочей среде, в частности, воде и пару, циркулирующим в трубах 8, 9. Рабочая среда поступает в трубы 8, 9 через коллекторы 23, 24, отводится через коллекторы 25, 26; при этом вода и пар нагреваются, а образующиеся продукты сгорания охлаждаются и отводятся из камеры сгорания 1 через окно 10 в задней стене 5. В дальнейшем продукты сгорания охлаждаются в конвективных поверхностях нагрева и отводятся через дымовые трубы в атмосферу (эти элементы на фиг.1, 2, 3 не показаны). Вода в конвективных поверхностях нагрева догревается до необходимой температуры либо превращается в пар и подается потребителю (на фиг.1, 2, 3 не показан).
При установке на фронтовой стене 4 под основными горелками 11, 12 дополнительной горелки 13, оборудованной щелевым горизонтальным соплом 20 для ввода вторичного воздуха, размещенным со стороны пода 6, и щелевым горизонтальным соплом 21 для ввода первичного воздуха и газа, размещенным со стороны основных горелок 11, 12, а также разделяющим эти каналы щелевым горизонтальным простенком 22, обеспечивается необходимое для полного выгорания газа время пребывания реагентных компонентов в камере сгорания 1 при пониженном уровне температуры, активном радиационном теплообмене и минимальном уровне активности образования вредных оксидов азота, то есть решается поставленная задача изобретения.
Положительный эффект со снижением недожога газа и концентрации вредных оксидов азота и углерода достигается также в устройствах, имеющих дополнительные экранные трубы на фронтовой и задней стенах, потолочном и подовом перекрытиях.
Работа этих устройств аналогична работе топки на фиг.1, 2, 3.
Практическое применение изобретения - паровые и водогрейные котлы типа ДКВР с различной паро- и теплопроизводительностью (в частности, от 2 до 25 т пара в час). В сравнении с существующими топками улучшаются экологические характеристики котлов за счет снижения выбросов оксидов углерода и азота, снижается расход топлива.