Твердотопливная низкотемпературная вихревая топка

Полезная модель относится к организации камерного сжигания измельченного топлива и может использоваться при реконструкции существующих и создании новых промышленных и энергетических твердотопливных котлов. Она обеспечивает повышение экономичности за счет снижения потерь тепла с провалом и физическим теплом шлака, а также благодаря выводу золы в сухом виде, пригодном для использования.
Известна применяемая в энергетике твердотопливная низкотемпературная вихревая топка (ТНТВ) (Патент РФ №2253800, МПК F23C 5/24, F23C 7/02), имеющая установленные на фронтовом экране с наклоном вниз прямоточные горелки и щелевое сопло нижнего дутья, установленное на противоположной стенке в нижней части холодной воронки (ХВ) и расположенную ниже ХВ дополнительную камеру с дополнительным соплом, причем сопло нижнего дутья и прямоточные горелки направлены встречно и тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения. Струи горелок и нижнего дутья, действуя в паре, создают горящий вихрь, заполняющий ХВ и включающий ХВ в активный топочный процесс и теплообмен. При этом наиболее крупные частицы топлива, провалившиеся через ХВ в дополнительную камеру, возвращаются с дутьем из дополнительного сопла обратно в ТНТВ топку.
Недостатком этой ТНТВ топки является низкая экономичность из-за большого недожога с провалом. Во-первых по тому, что эта ТНТВ топка имеет повышенный провал, так как все крупные частицы выпадают в дополнительную камеру при развороте вихря над устьем ХВ. Кроме того, по мере выгорания в ТНТВ топке будет скапливаться не только крупные частицы топлива, но и зола, поэтому из-за необходимости выгрузки золы вместе с ней будет выгружаться и недогоревший уголь, причем в горячем, не пригодном для транспортировки виде и с потерями физического тепла.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбранное в качестве прототипа является полезная модель (Патент ПМ РФ № 86705 МПК F23C 5/24). Она имеет расположенные на фронтовом экране с наклоном вниз прямоточные горелки и плоское сопло нижнего дутья, установленное на противоположной стенке, а в нижней части ХВ водоохлаждаемую колосниковую решетку, снабженную водоохлаждаемой шурующей планкой, причем сопло нижнего дутья и прямоточные горелки направлены встречно и тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения
Струи горелок и нижнего дутья, действуя в паре, создают горящий вихрь, заполняющий ХВ и включающий ХВ в активный топочный процесс и теплообмен. При этом наиболее крупные частицы топлива, провалившиеся через ХВ, дожигаются на колосниковой решетке и далее выгружаются шурующей планкой.
Недостатком этой ТНТВ топки является низкая экономичность из-за большого недожога с провалом, по тому, что все крупные частицы выпадают на колосниковую решетку при развороте вихря над устьем ХВ. Поэтому при повышенной нагрузке ТНТВ топки или при увеличении зольности топлива колосниковая решетка не справится с глубоким выжиганием из выгружаемой золы горючих элементов, а слой может зашлаковаться. Кроме того, зола выгружается в горячем, не пригодном для транспортировки виде и с потерями физического тепла.
Техническим результатом полезной модели является повышение экономичности ТНТВ топки.
Технический результат достигается тем, что в ТНТВ топке, содержащей расположенные на фронтовом экране с наклоном вниз прямоточные горелки и сопла нижнего дутья, установленные на противоположной стенке в нижней части холодной воронки, а также расположенную под холодной воронкой дожигающую колосниковую решетку, причем сопла нижнего дутья и прямоточные горелки направлены встречно и тангенциально к условному телу с горизонтальной осью вращения, предлагается выполнить сопла нижнего дутья в виде расположенного горизонтально ряда отдельных сопл, причем также в нижней части холодной воронки, но на противоположной от них стенке, по встречно смещенной схеме установить сопла встречного дутья.
При работе ТНТВ топки топливовоздушные струи горелок и воздушные струи нижнего дутья, действуя в паре, создают горящий вихрь, заполняющий ХВ. Горящий поток топливовоздушной смеси сначала натекает на задний экран, по нему движется вниз, сливается с нижним дутьем, далее разворачивается в нижней части ХВ и восходит по фронтовому экрану вверх. Этот разворот потока в нижней части ХВ будет сопровождаться выбросом горящих частиц топлива центробежными силами на дожигающую колосниковую решетку. Однако при этом струи, истекающие из сопл встречного дутья, проходят между струй нижнего дутья и сливаясь формируют восходящий по заднему экрану встречно вихрю поток, который несколько тормозит вихрь и частицы, что снижает выброс частиц центробежными силами и уменьшает их провал. Далее этот встречный поток останавливается, оттесняется от экрана и скатывается с вихрем обратно, вместе с частицами, затем он подхватывается струями нижнего дутья, и поднимается по фронтовому экрану, сливаясь с горящим вихрем.
В итоге предлагаемые технические решения обеспечивают заявленное повышение экономичности ТНТВ топки, так как уменьшают провал частиц топлива на дожигающую колосниковую решетку и обеспечивая более глубокую степень выжигания горючих из провала.
В п.2 предлагается дополнительно сопла встречного дутья и, по меньшей мере, часть сопл нижнего дутья направить под небольшим углом вниз, на дожигающую колосниковую решетку. Это позволяет выжигать горючие из крупных выпадающих частиц топлива за счет подачи на слой верхнего дутья, а также выдувать из слоя более мелкие частицы обратно в вихрь. При этом струи сначала ударяются о слой, затем отражаются от него вверх и далее движутся вдоль экрана.
В п.3 предлагается дополнительно выполнить дожигающую колосниковую решетку в виде транспортера пластинчатого типа с подачей холодного дутья под слой и через сопла над слоем со стороны выгрузки золы. Это позволяет не только дожечь горючие из слоя золы, но также охладить золу и выгрузить её в пригодном для транспортирования охлажденном виде с возвратом физического тепла с присосом подогретого воздуха через ХВ.
В итоге предлагаемые технические решения по пп.2 и 3 обеспечивают дополнительное повышение экономичности ТНТВ топки за счет более глубокого дожигания горючих из золы и утилизации её физического тепла.
На фиг. 1 условно показано вертикальное продольное сечение ТНТВ топки с транспортером выгрузки золы, а на фиг. 2 – схема встречно смещенной установки сопл нижнего и встречного дутья.
Твердотопливная низкотемпературная вихревая (ТНТВ) топка 1 (фиг.1) образована фронтовым 2, задним 3 и боковыми 4 экранами котла. На фронтовом экране 2 расположены с наклоном вниз прямоточные горелки 5, а в нижней части холодной воронки (ХВ) 6 установлены по встречно смещенной схеме (фиг.2) горизонтальными рядами отдельные сопла 7 нижнего дутья и сопла 8 встречного дутья, соответственно со стороны заднего 3 и фронтового 2 экранов. Сопла нижнего дутья 7 и прямоточные горелки 5 направлены встречно и тангенциально к условному телу формируемого из топливовоздушных струй 9 горящего вихря 10 с горизонтальной осью вращения. При этом в ТНТВ топке 1 также формируются горящие потоки: восходящий по заднему экрану 3 поток 11 и основной поток 12, восходящий по фронтовому экрану 2. Благодаря встречно смещенной схеме (фиг.2), условно показанные стрелками струи 13, истекающие из сопл 8 встречного дутья, свободно проникают между струями 14, которые истекают из сопл 7 нижнего дутья и затем они сливаются.
Под ХВ 6 располагаются водоохлаждаемая дожигающая колосниковая решетка 15. Дожигающая колосниковая решетка 15, как и в прототипе, может выполняться с шурующей планкой 16 и подключаться для удаления золы к транспортеру 17 пластинчатого типа. В другом варианте транспортер 17 пластинчатого типа сам выполняется как дожигающая колосниковая решетка 15. На дожигающей колосниковой решетке 15 располагается слой золы 18, а под ней воздушный короб 19. Транспортер 17 подключен к бункеру золы 20 и в зоне выгрузки имеет сопла 21 для подачи холодного воздуха.
При работе ТНТВ топки 1 топливовоздушные струи 9, истекающие из прямоточных горелок 5 и струи 14, истекающие из сопл 7 нижнего дутья, действуя в паре, создают горящий вихрь 10, заполняющий ХВ 6. Причем горящий поток сначала натекает на задний экран 3, здесь он раздваивается, частично движется вверх в виде горящего потока 11, а основной поток 12 идет вниз, разворачивается в нижней части ХВ 6, сливается со струями 14 нижнего дутья, далее и восходит по фронтовому экрану 2. При этом весь топочный объём, включая объём ХВ 6, включается в активный топочный процесс и теплообмен с восприятием теплоты сгорания топлива фронтовым 2, задним 3 и боковыми 4 экранами котла.
Разворот потока в нижней части ХВ сопровождается выбросом горящих частиц топлива центробежными силами на дожигающую колосниковую решетку 15 с шурующей планкой 16, но при этом струи 13, истекающие из сопл 8 встречного дутья проходят между струй 14 нижнего дутья и сливаясь формируют восходящий по заднему экрану 3 встречно вихрю 10 поток, который несколько тормозит вихрь и частицы, что снижает выброс частиц центробежными силами и уменьшает их провал. Далее этот встречный поток останавливается вихрем 10, оттесняется от заднего экрана 3, и объединяется с вихрем 10, а затем вместе с заторможенными частицами подхватывается струями 14 нижнего дутья и поднимается по фронтовому экрану 2 в основном потоке 12.
Горящие частицы топлива, попавшие на водоохлаждаемую колосниковую решетку 15, догорают и охлаждаются на ней в слое золы 18 в потоке холодного дутья поступающего из воздушного короба 19. Шурующая планка 16 производит шуровку слоя и удаляет сгоревшую золу с колосниковой решетки 15 на пластинчатый транспортер 17 и слой золы 18 удаляется в бункер золы 20. В варианте выполнения транспортера 17 пластинчатого в виде дожигающей колосниковой решетки 15, слой золы 18 дожигается на пластинчатом транспортере 17 в поступающем из воздушного короба 19 дутье. Слой золы 18 при этом охлаждается потоком холодного дутья, которое поступает из воздушного короба 19 и из сопл 21.
В итоге зола выгружается в бункер золы 20 выжженной, в охлажденном, пригодном для использования и дальнейшей транспортировки виде, а подогретый воздух в виде присоса входит в ТНТВ топку снизу, через ХВ. Таким образом, предлагаемые технические решения обеспечивают заявленное повышение экономичности ТНТВ топки.