ПЫЛЕГАЗОМАЗУТНАЯ ТОПКА
PULVERISED COAL/GAS/OIL FURNACE

Заявляемая пылегазомазутная топка относится к области тепловой энергетики и может быть использована на паровых котлах, снабженных шаровыми барабанными мельницами.
Известна пылегазомазутная топка, содержащая экранированные вертикальную камеру сгорания и двускатную холодную воронку, шлаковый комод, прямоточные пылеугольные горелки, направленные тангенциально и установленные поярусно с небольшим наклоном вниз, причем пылеугольные горелки нижних ярусов могут быть совмещены с растопочными горелками газа и мазута (аналог - фиг. 1, 2 на стр. 124, 125 в сб. «Паровые котлы большой мощности», изд. НПО ЦКТИ, Л., 1982 г.). Недостаток топки-аналога заключается в неэффективном использовании объема холодной воронки, в результате чего возрастает мехнедожог в золе уноса. При увеличении угла наклона горелок вниз с целью устранения этого недостатка увеличиваются мехнедожог в золе шлака и опасность шлакования скатов холодной воронки. Сосредоточение факелов отдельных горелок в приосевой зоне топки повышает в указанной зоне температуру факела, что с учетом стехиометрического режима сжигания приводит к повышенному образованию оксидов азота. Кроме того, топка-аналог предназначена только для котлов с прямым вдуванием угольной пыли.
Снижение образования оксидов азота обеспечено в топке, содержащей экранированные прямоугольную камеру сгорания и двускатную холодную воронку, шлаковый комод, группы, состоящие из установленных на одной стене камеры сгорания пылеугольных горелок, направленных наклонно вниз, с размещенными под ними горизонтально направленными газовыми горелками, а также из установленных на противоположной стене камеры сгорания горизонтально направленных сопл третичного воздуха с размещенными под ними соплами сбросного агента пылесистем, направленными наклонно вверх (прототип - фиг. 1, 2 патента РФ №2116563 «Топка», зарегистрирован в 1998 г.). Недостатки топки-прототипа заключаются в слабом использовании объема холодной воронки, в результате чего возрастают мехнедожог и температура газов на выходе из топки с возможностью шлакования пароперегревателя, особенно на мощных котлах.
Техническая задача предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности, экономичности и экологической безопасности работы топки. Технический эффект, обеспечивающий решение поставленной задачи за счет увеличения траектории движения горящей пыли в вихревых потоках, достигается тем, что заявляемая пылегазомазутная топка, как и прототип, содержит экранированные прямоугольную вертикальную камеру сгорания и двускатную холодную воронку, шлаковый комод, группы из пылеугольных и расположенных под ними газовых горелок, а также из мазутных горелок и расположенных под ними из сопл сбросного агента пылесистем и мазутных горелок, установленных на противоположных стенах камеры сгорания в общих вертикальных плоскостях. В отличие от прототипа горелки и сопла каждого наименования установлены на противоположных стенах по встречно-смещенной схеме, направлены с наклоном вниз и тангенциально относительно горизонтальной поверхности цилиндрического условного тела вращения, а сопла сбросного агента пылесистем, повернуты в горизонтальной проекции в одну сторону относительно указанных вертикальных плоскостей на угол arctg 2S/B, где S - среднее расстояние между вертикальными плоскостями размещения горелок и сопл, В - расстояние между большими стенами камеры сгорания.
Кроме того, в варианте исполнения пылегазомазутная топка отличается тем, что на больших стенах шлакового комода в вертикальных плоскостях размещения горелок и сопл установлены комбинированные сопла воздуха и газов рециркуляции с направлением их осей наклонно вверх и тангенциально относительно горизонтальной поверхности цилиндрического условного тела вращения.
Заявляемая пылегазомазутная топка иллюстрирована фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 и 2 схематически показаны группы горелок и сопл, расположенные соответственно в сечениях а-а, б-б фиг. 3, причем на фиг. 3 представлен горизонтальный разрез пылегазомазутной топки. Она содержит камеру сгорания 1, холодную воронку 2, шлаковый комод 3, а также установленные на противоположных стенах камеры сгорания 1 в общих вертикальных плоскостях а-а, б-б группы, состоящие из пылеугольных горелок 4 с расположенными под ними газовыми горелками 5, сопл сбросного агента пылесистем 7 с расположенными над ними соплами третичного воздуха 6, в которые встроены мазутные форсунки. Отличие пылегазомазутной топки состоит в том, что горелки и сопла одноименных наименований установлены на стенках камеры сгорания 1 с наклоном вниз и по встречно-смещенной схеме, направлены тангенциально относительно горизонтальной поверхности цилиндрического условного тела вращения 9, а сопла сбросного агента пылесистем в горизонтальной проекции повернуты в одну сторону относительно указанных плоскостей на угол arctg 2S/B, где S - среднее расстояние между вертикальными плоскостями размещения горелок и сопл, В - расстояние между большими стенами камеры сгорания 1. В варианте исполнения отличие пылегазомазутной топки состоит также в том, что на больших стенах шлакового комода 3 в вертикальных плоскостях размещения горелок и сопл дополнительно установлены комбинированные сопла воздуха и газов рециркуляции 8 с направлением их осей наклонно вверх и тангенциально относительно горизонтальной поверхности цилиндрического условного тела вращения 9.
Пылегазомазутная топка может работать в семи режимах: а) при сжигании трех видов топлива, б) при сжигании газа и мазута, в) при сжигании мазута и угольной пыли, г) при сжигании газа и угольной пыли, д), е), ж) - соответственно при сжигании одного вида топлива: мазута, газа, угольной пыли. В режимах б), в), г), д), е), ж) горелки отключенных видов топлива превращаются в дополнительные воздушные сопла. Индивидуальные шиберы перед горелками и соплами отсутствуют. Положение общих шиберов перед соответствующими коллекторами определяется при наладке и остается неизменным в любых (а-ж) режимах. Нижнее размещение газовых 5 и верхнее размещение мазутных 6 горелок способствует выравниванию температуры продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 1 при сжигании указанных видов высокореакционного топлива с сильно отличающимися излучательными свойствами продуктов сгорания (у мазута они значительно выше). Верхнее размещение пылеугольных горелок 4 с их наклоном вниз обеспечивает повышенную траекторию движения горящих угольных пылинок, что способствует полному их выгоранию. Установка комбинированных сопл 8 на больших стенах шлакового комода 3 с наклоном их осей вверх обеспечивает уменьшение содержания горючих в шлаке за счет выталкивающего и перемешивающего действия струй комбинированных сопл 8, каждое из которых выполнено в виде коаксиальных труб. Центральная труба предназначена для ввода в холодную ворону 2 газов рециркуляции, которые снижают температурный уровень продуктов сгорания в холодной воронке 2, обеспечивая бесшлаковочный режим ее работы, а также способствуют повышению температуры промежуточного пара на сниженных нагрузках котла. При отключении газов рециркуляции центральные трубы комбинированных сопл 8 охлаждаются снаружи воздухом. Аналогичную коаксиальную конструкцию имеет каждое комбинированное сопло сбросного агента пылесистем 7, в котором по центральному каналу в камеру сгорания 1 поступает сбросная угольная пыль, а по периферийному - воздух, который охлаждает центральный канал при отключении углеразмольных мельниц.
При сжигании угольной пыли топка работает следующим образом. Через пылеугольные горелки 4 в объем камеры сгорания 1 вдувается смесь первичного воздуха и угольной пыли. Она сначала движется в образующихся вихрях 9 с большим наклоном вниз. В приведенном на фиг. 1 случае этот угол составляет повышенную величину - порядка 70°. Благодаря этому в выходном сечении горелки периметр непосредственного контакта пылевоздушной смеси с высокотемпературными (1550-1600°С) продуктами сгорания является повышенным. Он более чем в 2,2 раза, превышает указанный периметр в случае, когда угол наклона вниз корпуса горелок 4 равен 0. Поэтому угольная пыль, подаваемая в камеру сгорания 1 с малым избытком воздуха, быстро и надежно загорается. Пылеугольные факелы при движении наклонно вниз перемешиваются в образующихся вихрях 9 с вторичным воздухом, поступающим в камеру сгорания 1 из отключенных по топливу газовых горелок 5 и с воздухом вместе со сбросной пылью, поступающими из комбинированных сопл 7. При движении продуктов сгорания с горящей угольной пылью в подъемных ветвях вихрей 9 горящая угольная пыль перемешивается с третичным воздухом, поступающим в камеру сгорания 1 из отключенных по топливу мазутных горелок 6. При этом значительная доля горящей пыли вовлекается во второй оборот движения в вихрях 9 (фиг. 1 и 2). По ходу движения факелов к ним подмешивается сбросная пыль и избыточный воздух из малых сопряженных вихрей с вертикальными осями вращения (поз. 10 на фиг. 3). Верхние сопряженные вихри образуются в результате взаимодействия воздушных струй друг с другом, поступающих в камеру сгорания 1 из отключенных по топливу мазутных горелок 6. Нижние сопряженные вихри вращаются в противоположные стороны по отношению к верхним, причем нижние вихри образуются в результате взаимодействия воздушных струй, поступающих в камеру сгорания 1 из отключенных по топливу газовых горелок 5, и подмешанной к ним горящей угольной пыли, а также струй сбросного агента пылесистем, поступающих в камеру сгорания 1 из сопл сбросного агента пылесистем 7. Топочный процесс оптимизируется, когда избыток воздуха на выходе из сопл третичного воздуха составляет 0,25-0,35 от теоретического количества воздуха, а скорость его истечения составляет 70-90 м/с. Указанные высокие скорости могут быть обеспечены, например, за счет установки вентиляторов третичного воздуха, подключенных по всасывающей стороне к воздуховодам горячего воздуха.
При использовании на котлах мазута в качестве второго растопочного топлива газовые горелки 5 могут быть преобразованы в газомазутные горелки за счет установки в них мазутных форсунок. В этом случае мазутные горелки 6 превращаются в сопла третичного воздуха.
x
3
В любых возможных комбинациях сжигаемых топлив обеспечивается ступенчатый режим сжигания, что наряду с рассредоточением ядра факела и значительной внутренней рециркуляцией продуктов сгорания, способствует снижению образования опасных оксидов (NO и SO) в факеле. Это имеет место даже при сжигании трех видов топлива, поскольку при избытке организованного воздуха порядка 1,1-1,15, его часть - с избытком не менее 0,2 поступает в холодную воронку 2 через комбинированные сопла 8. Тем не менее, несмотря на ступенчатый характер сжигания топлив, своевременное перемешивание реагентов, т.е. низкий избыток организованного воздуха (не более 1,15), обеспечивается за счет взаимодействия друг с другом движущихся в противоположных направлениях любых двух соседних вертикальных 9 и соприкасающихся по высоте топки сопряженных горизонтальных вихрей 10. Это значительно увеличивает турбулентное перемешивание продуктов сгорания в топке.
При использовании заявляемой пылегазомазутной топки значительно повышается надежность, экономичность и экологическая безопасность работы пылегазомазутных котлов тепловых электростанций.