ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО И/ИЛИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к устройствам для сжигания топлива, а более точно, для сжигания газообразного или жидкого топлива, в т.ч. доменного или коксового газа.
Известно, что процесс сжигания топлива интенсифицируется при перемешивании топлива с кислородом. Это особенно важно при сжигании такого топлива, как доменный газ, имеющего низкую калорийность и реакционную способность, требующего специальной организации факела. В большинстве случае улучшение перемешивания газообразного топлива с воздухом решается путем создания специальных конструкций газовых горелок.
Так, в патенте РФ №2075693 описана подовая горелка с щелевидным соплом и установленной в нем газораспределительной трубой. Перемешивание газа с воздухом обеспечивается за счет установки газовыпускных трубок поочередно с наклоном вверх и вниз под углом 15° к горизонтали и дополнительно за счет образования турбулизационных потоков в зазорах между поверхностью газораспределительной трубы и стенками сопла.
При работе топки газообразное топливо перемешивается с воздухом и загорается, причем газовоздушная смесь сгорает преимущественно вблизи горелки, а раскаленные продукты сгорании поднимаются в верхнюю часть, где отдают свою тепловую энергию тепловым экранам. Этим определяется неравномерность температурных полей в топочной камере и низкая эффективность работы топки.
В патенте РФ №2287110 описано сжигание одновременно газообразного и жидкого топлива, при этом для обеспечения перемешивания газообразного топлива с воздухом используют завихрение потока газообразного топлива с помощью специального завихрителя и перемешивание газа с воздухом путем подачи вторичного воздуха навстречу потоку газообразного топлива. Газо-воздушная смесь перемешивается с жидким топливом, что обеспечивается регламентированным взаимным расположением форсунок для впрыска жидкого топлива и сопел для подачи газообразного топлива. Эта конструкция не обеспечивает высокой однородности газо-воздушной смеси и, соответственно, однородности температурных полей внутри топочной камеры.
Известна вихревая топка (пат. РФ №2154234), содержащая камеру сгорания по меньшей мере с одной наклоненной вниз горелкой для подачи топливо-воздушной смеси, установленной на ее стенке, с холодной воронкой призматической формы, имеющей щелевое устье, образованное скатами стенок нижней части камеры сгорания. Под устьем холодной воронки размещено устройство для ввода воздуха нижнего дутья, причем стенка указанного устройства нижнего дутья, расположенная против сопла для подачи воздуха нижнего дутья выполнена вогнутой относительно этого сопла, которое расположено в нижней части указанного устройства нижнего дутья. Устройство для ввода нижнего дутья расположено по всей ширине устья холодной воронки, а вогнутая стенка в верхней части примыкает к устью холодной воронки и расположена таким образом, что воображаемая плоскость, являющаяся ее продолжением, пересекает противолежащий скат холодной воронки в его средней части. Ось сопла для подачи воздуха нижнего дутья проходит вдоль нижней части вогнутой стенки и направлена так, что угол между указанной осью и указанной вогнутой стенкой в нижней ее части составляет от 0 до 45°.
Данная конструкция в первую очередь призвана обеспечить попадание всех частиц топлива, провалившихся по тем или иным причинам в шлаковый комод, на нижнюю часть вогнутой стенки. Потеряв при ударе часть своей кинетической энергии, они окатываются вниз, подвергаясь действию набегающего снизу вверх потока нижнего дутья, который и возвращает их обратно в камеру сгорания.
Эта конструкция показывает хорошие результаты при сжигания твердого топлива, однако не предусматривает возможности использования газообразного топлива.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания топки для сжигания жидкого и/или газообразного топлива, в том числе коксового и доменного газов, обеспечивающей хорошее перемешивание топлива с воздухом и выравнивание температурных полей внутри топочной камеры и тем самым способствующей снижению вредных выбросов.
Поставленная задача решается тем, что в топке, содержащей камеру сгорания, имеющую щелевое устье, расположенное в нижней части камеры сгорания, устройство для ввода нижнего дутья, размещенное под указанным устьем по всей его ширине, причем стенка устройства нижнего дутья, расположенная напротив сопла для подачи воздуха нижнего дутья вогнута и в своей верхней части примыкает к устью камеры сгорания. Ось сопла для подачи воздуха нижнего дутья проходит вдоль нижней части вогнутой стенки. В соответствии с заявляемой полезной моделью в устройстве нижнего дутья по всей его ширине размещено горелочное устройство для подачи жидкого и/или газообразного топлива дискретными потоками.
При работе топки воздух нижнего дутья проходит между струями топлива, вытекающими из горелочного устройства, и подхватывает их. Топливо-воздушный поток, благодаря наличию вогнутой стенки, разворачивается, образуя вихревую зону.
Горящая топливо-воздушная смесь продолжает перемешиваться, одновременно поднимаясь в верхнюю часть топки и заполняя внутреннее пространство топочной камеры.
Целесообразно, чтобы горелочное устройство включало топливный коллектор, размещенный за пределами устройства нижнего дутья, сообщающийся с внутренним пространством устройства нижнего дутья с помощью трубопроводов через отверстия, выполненные в вогнутой стенке устройства нижнего дутья.
Такая конструкция обеспечивает расположение топливных струй в наиболее эффективной для создания вихревой зоны области топочной камеры.
Устройство нижнего дутья может быть разделено на части, в каждой из которых имеется воздушное сопло и расположенная напротив него вогнутая стенка с отверстиями для подачи топлива, причем соседние части являются осесимметричными друг относительно друга. Такая конструкция обеспечивает создание нескольких разнонаправленных вихревых потоков внутри топочной камеры и еще более эффективное перемешивание топлива с воздухом.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых
фиг.1 условно изображает топку, выполненную в соответствии с полезной моделью, в разрезе А-А на фиг.3;
фиг.2 изображает фрагмент горелочного устройства поз.6 на фиг.1 в увеличенном масштабе;
фиг.3 изображает щелевое устье топочной камеры, вид сверху;
фиг.4 условно изображает топку, выполненную в соответствии с полезной моделью, в разрезе Б-Б на фиг.2;
Как показано на фиг.1, топка содержит камеру 1 сгорания со щелевым устьем 2, расположенным в нижней части камеры 1. Устье 2 может быть образовано, например, наклоненными стенками камеры сгорания или трубными экранами. Под устьем 2 по всей его ширине расположено устройство 3 для ввода воздуха нижнего дутья. Стенка 4 устройства 3 выполнена вогнутой и расположена напротив сопла 5 для подачи воздуха нижнего дутья. Стенка 4 в своей верхней части примыкает к устью 2 камеры 1. Ось сопла 5 проходит вдоль нижней части вогнутой стенки 4. По всей ширине устройства 3 нижнего дутья, и, соответственно, всей ширине щелевого устья 2 камеры 1 расположено горелочное устройство 6 для подачи жидкого или газообразного топлива. Как показано на фиг.2, горелочное устройство 6 включает топливный коллектор 7, размещенный за пределами устройства 3 нижнего дутья, сообщающийся с внутренним пространством устройства 3 нижнего дутья с помощью трубопроводов 8 через отверстия 9 (фиг.2), выполненные в вогнутой стенке 4 устройства 3 нижнего дутья.
Горелочное устройство может быть выполнено и другим образом, например, в виде топливоподводящей трубки с отверстиями, сообщающейся с источником топлива, расположенной в устье топочной камеры. Ось трубки в этом случае проходит вдоль щелевого устья.
Как показано на фиг.3, устройство нижнего дутья может быть разделено на части, в каждой из которых имеется воздушное сопло 5 и расположенная напротив него вогнутая стенка 4 с отверстиями для подачи топлива, причем соседние части являются осесимметричными друг относительно друга, как показано на фиг.1 и фиг.4.
При работе топки топливо, жидкое или газообразное, подается из топливного коллектора 7 по трубопроводам 8 в устройство 3 нижнего дутья. Топливо подают под давлением, регулируя его так, чтобы топливо вытекало в виде дискретных струй. Одновременно через сопло 5 регулируемым потоком подают в расчетном количестве воздух. Воздушный поток проходит вдоль нижнего края стенки 4 и, следуя форме вогнутой стенки 4, попадает под струи топлива, исходящие из трубопровода 8. Топливо-воздушная смесь поднимается вдоль стенки 4 в устье 2 и, следуя заданному направлению, образует вихревой поток, который, многократно отражаясь от топочных экранов, и постепенно поднимаясь в верхнюю часть топки, продолжает перемешивать топливо и воздух. Эффективность перемешивания возрастает при использовании разделенного на части устройства нижнего дутья, как это показано на фиг.3. Стрелками показано направление подачи воздуха нижнего дутья. В этом случае образуется несколько разнонаправленных вихревых потоков, которые при взаимодействии обеспечивают еще более активное перемешивание топлива и воздуха.
Известно, что для уменьшения образования оксидов азота и окислов серы необходимо снижать температуру в топке, уменьшать концентрацию кислорода в зоне реагирования и сокращать время пребывания газов в зоне высоких температур.
ox
2
Как показали проведенные эксперименты, благодаря высокой степени однородности топливо-воздушной смеси в топку можно подавать только необходимое для сжигания данного топлива количество воздуха. Отсутствие избытка кислорода обеспечивает снижение температуры в топочной камере и, следовательно, снижение N и SО. Кроме того, использование устройства нижнего дутья позволяет легко регулировать длину факела и температуру по высоте топки, что позволяет, в зависимости от характеристик топлива, в том числе тепловых характеристик, обеспечивать наиболее эффективную работу топки.
Предлагаемая конструкция может быть использована как при реконструкции существующих топок, так и при строительстве новых.