Топка для сжигания газомазутного топлива
FIRE CHAMBER FOR COMBUSTION OF GAS-BLACK OIL FUEL

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок.
Известна топка парового котла, выполненная в форме прямоугольного параллелепипеда, содержащая экраны прямоугольной формы, оборудованная встроенными горелками (Макаров А.Н. Распределение тепловых потоков в топке парового котла ТГМП-204 // Электрические станции. 2003. №1. С. 20-25).
Недостатком данной топки является ее форма в сочетании со встроенными горелками, обеспечивающая неравномерное распределение тепловых потоков по высоте топки.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению относится топка парового котла сверхкритического давления, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные горелки (Макаров А.Н. Излучение больших газовых объемов и теплообмен в топках паровых котлов // Электрические станции. - 2015. №3. С. 19-24).
Недостатком данной топки является неравномерное распределение тепловых потоков по высоте и периметру стен. В нижней объемной зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, выделяется две третьих части мощности факела, сгорает две третьих топлива. Максимальные тепловые потоки наблюдаются в нижней части фронтальной стены по оси ее симметрии на уровне горелок. В верхней части фронтальной стены по оси ее симметрии тепловые потоки в 6-7 раз меньше, чем в нижней части стены. По периметру любого горизонтального сечения топки, то есть по ширине и глубине, тепловые потоки отличаются в 2-3 раза по оси и на периферии фронтальной, задней и боковых стен. Неравномерное распределение тепловых потоков по высоте, ширине и глубине стен приводит к низкому парообразованию на периферии, а также в верхней части стен - к интенсивному парообразованию и росту внутритрубных отложений в нижней части стен на уровне горелок. Повышение тепловых нагрузок увеличивает температуру стенок металла и способствует возникновению и развитию высокотемпературной коррозии экранных труб. Все вышеперечисленное уменьшает срок службы экранных поверхностей нагрева и, соответственно, снижает надежность работы парового котла.
Задачей изобретения является разработка новой конструкции топки для сжигания газомазутного топлива, позволяющей снизить максимальные тепловые нагрузки в нижней части стен, выровнять тепловые потоки и парообразование в трубах по высоте, ширине и глубине стен и увеличить период между кислотными промывками котла.
Техническим результатом является повышение надежности и срока службы экранных труб топки.
Поставленная задача и технический результат достигается тем, что топка для сжигания газомазутного топлива включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные горелки. Согласно изобретению на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальная, боковые и задняя стены топки выполнены под углом 4-6° с наклоном вовнутрь топки с образованием четырехгранной усеченной пирамиды.
При выполнении на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальной, боковых и задней стен в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном под углом 4-6° вовнутрь топки все четыре стены верхней части приближаются к оси факела, средняя длина пути лучей факела до экранных поверхностей уменьшается, теплоотдача от факела к экранным поверхностям увеличивается, тепловые потоки в верхней части стен также увеличиваются.
При выполнении топки в форме прямоугольного параллелепипеда в нижней части и на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальной, боковых и задней стен в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном под углом 4-6° вовнутрь топки выравнивается тепловыделение по объему топки, увеличиваются тепловые потоки в верхней части, уменьшаются тепловые потоки в нижней части стены.
При выравнивании тепловых потоков по высоте, ширине и глубине стен выравнивается парообразование по высоте труб, а также в трубах, расположенных на центральной оси и на периферии стен. При равномерном парообразовании в трубах по их высоте, ширине, глубине снижаются внутритрубные отложения, увеличивается срок службы экранных поверхностей.
Выполнение фронтальной, боковых и задней стен топки в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном 4-6° вовнутрь топки с расстояния, меньшего 0,33 высоты топки, приведет к увеличению тепловых потоков от факела в нижней части топки, увеличению неравномерности распределения тепловых потоков по высоте топки.
Выполнение фронтальной, боковых и задней стен топки в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном 4-6° вовнутрь топки с расстояния, большего 0,33 высоты топки, приведет к незначительному приближению стен топки к оси факела и такому же незначительному увеличению тепловых потоков в верхней части стен. В результате не устраняется основной недостаток топок, выполненных в форме прямоугольного параллелепипеда, не устраняется неравномерное распределение тепловых потоков по высоте и периметру стен.
При выполнении на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальной, боковых и задней стен в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном вовнутрь топки под углом, большим 6°, увеличиваются сопротивление газовоздушного тракта, мощность электроприводов дутьевых вентиляторов, увеличивается расход электроэнергии на электропривод вентиляторов, на собственные нужды парового котла.
При выполнении на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальной, боковых и задней стен в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном вовнутрь топки под углом, меньшим 4°, стены незначительно приближаются к оси факела, снижается равномерность распределения тепловых потоков по высоте стен, уменьшаются тепловые потоки, парообразование в верхней части стен, коэффициент полезного действия топки парового котла.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку (разрез) предлагаемой топки котла и распределение изотерм по объему факела; на фиг. 2 представлен вид сверху в разрезе А-А; на фиг. 3 - распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен топки устройства по прототипу (1 - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной стены; 2 - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии боковой стены; 3 - распределение тепловых потоков по высоте на периферии боковой стены; 4 - распределение тепловых потоков по высоте на периферии фронтальной стены); на фиг. 4 - распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей предлагаемой топки, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда в нижней части и на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальная, боковая и задняя стены которой выполнены под углом 4-6° с наклоном вовнутрь топки с образованием четырехгранной усеченной пирамиды (1 - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стен; 2 - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен).
Топка состоит из пода 1, свода 2, стен 3, экранов 4, повторяющих внутреннюю поверхность топки. Топка выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда в нижней части 5 и на расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода 1, фронтальная, боковые и задние стены 3 топки выполнены под углом 4-6° с наклоном вовнутрь топки с образованием четырехгранной усеченной пирамиды. В стены 3 встроены встречно расположенные горелки 6, которые создают факел 7. Верхняя часть 8 топки соединена с конвективной частью котла газоходом 9.
Топка работает следующим образом.
В горелки 6, встречно расположенные во фронтальной и задней стенах 3, подают топливо, газ или мазут. В процессе сгорания топлива образуется вертикальный факел 7, занимающий весь объем топки. Ядро факела 7 ограничено изотермой 1750°С. Ширина топки такова, что экраны 4, расположенные напротив ядра горения факела 7, удалены от него и тепловые потоки на экраны 4 в наиболее теплонапряженной нижней части 5 снижаются. Догорание топлива происходит в верхней части 8 топки и тепловые потоки на экраны 4 недостаточны для интенсивного парообразования. На расстоянии, равном 0,33 высоты от топки, фронтальная, боковые и задняя стены 3 выполнены в форме четырехгранной усеченной пирамиды с наклоном под углом 4-6° вовнутрь печи, экраны 4 приближены к факелу 7, тепловые потоки на экраны 4 в верхней части топки увеличиваются. По высоте и периметру экранов 4 тепловые потоки выравниваются (фиг. 4), парообразование происходит равномерно по периметру и высоте экранов 4. Снижение тепловых потоков на экраны 4 в нижней части 5 уменьшает температуру экранов 4 и количество отложений в трубах, способствует замедлению их коррозии, что в свою очередь увеличивает срок службы и период между кислотными промывками котла.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.