ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА
FURNACE FOR BURNING GAS AND HEAVY OIL FUEL

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, и в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок.
Известна топка парового котла, выполненная в форме прямоугольного параллелепипеда, в нижней части которого, у пода, на фронтальной и задней стенах, двумя ярусами, напротив друг друга горизонтально расположены 16 газомазутных горелок. (Макаров А.Н. Излучение больших газовых объемов и теплообмен в топках паровых котлов // Электрические станции. - 2015. №3. с. 19-24).
Недостатком данной топки является ее форма в сочетании с горизонтально расположенными газомазутными горелками, обеспечивающая неравномерное распределение тепловых потоков по высоте топки.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению относится топка парового котла, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки (RU 2613539, кл. F23C 3/00, 2017).
Недостатком данной топки является неравномерное распределение температур по газовому объему факела и тепловых потоков по высоте стен. В нижней части топки, выше горелок, находится высокотемпературная объемная зона, ограниченная изотермой 1750°С, напротив которой наблюдаются максимальные тепловые потоки излучения факела на экранные поверхности нагрева. В нижней объемной зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, выделяется более половины мощности факела. В следующей за ней по высоте средней газовой объемной зоне, составляющей одну третью часть объема топки, выделяется более одной третьей части мощности факела, в верхней объемной зоне топки выделяется более одной десятой мощности факела. Неравномерное выделение мощности факела по газовому объему топки вызывает неравномерное распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен. В нижней части фронтальной стены тепловые потоки на экранные поверхности в 3,5 раза больше, чем в верхней части фронтальной стены. Неравномерное распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей стен приводит к низкому парообразованию в верхней части стен и к интенсивному парообразованию и росту внутритрубных отложений в нижней части стен на уровне горелок. Повышение тепловых нагрузок на экранные поверхности увеличивает температуру стенок металла, и способствует возникновению и развитию высокотемпературной коррозии экранных труб. Высокотемпературная газовая объемная зона, ограниченная изотермой 1750°С, занимает около 70% нижней объемной зоны топки. Известно следующее: чем больше объем газа в высокотемпературной зоне, тем больше выход оксидов азота из топки.
Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции топки для сжигания газомазутного топлива, позволяющей уменьшить высокотемпературную газовую объемную зону и максимальные тепловые нагрузки в нижней части экранных стен, выровнять тепловые потоки и парообразование по высоте, увеличить период между кислотными промывками котла, снизить выход оксидов азота из топки.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и срока службы экранных труб топки, снижение выбросов оксидов азота и загрязнения атмосферного воздуха.
Поставленная проблема и технический результат достигается тем, что топка для сжигания газомазутного топлива, выполненная в нижней части в форме прямоугольного параллелепипеда, в верхней части в форме четырехгранной усеченной пирамиды, включающая под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные в горизонтальной плоскости в два яруса горелки. Согласно изобретению первый ярус горелок расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости.
При расположении первого яруса горелок с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости концентрация сгоревшего топлива в высокотемпературной газовой объемной зоне, ограниченной изотермой 1750°С, уменьшается так как факелы первого яруса горелок направлены не горизонтально в высокотемпературную газовую объемную зону, а вниз под углом 15-18°. В результате распределенного сгорания топлива в нижней части топки высокотемпературная объемная зона, ограниченная изотермой 1750°С, уменьшится, тепловые потоки на экранные поверхности стен, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшатся, тепловые потоки на экранные поверхности стен, расположенные в нижней части топки у пода, увеличатся. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен в нижней части топки. Вследствие уменьшения высокотемпературной газовой объемной зоны, ограниченной изотермой 1750°С, выход оксидов азота из топки и загрязнение атмосферного воздуха уменьшатся.
При расположении первого яруса горелок с наклоном их осей вниз под углом, большим 15-18° к горизонтальной плоскости, факелы горелок соприкасаются с экранными поверхностями труб, расположенными на поде. Тепловая нагрузка на экранные поверхности труб, расположенные на поде, увеличивается и может достичь недопустимых значений, при которых развивается высокотемпературная коррозия экранных труб с аварийным выходом их из эксплуатации.
При расположении первого яруса горелок с наклоном их осей вниз под углом, меньшим 15-18° к горизонтальной плоскости, концентрация сгоревшего топлива и объем высокотемпературной газовой зоны, ограниченной изотермой 1750°С, уменьшатся незначительно, тепловые потоки на экранные поверхности стен напротив высокотемпературной объемной зоны увеличатся, рост внутритрубных отложений и выход оксидов азота увеличатся.
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 - прототипа (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стены; б - распределение тепловых потоков на периферии фронтальной и боковой стен); на фиг. 4 - распределение тепловых потоков по высоте экранных поверхностей предлагаемой топки, первый ярус горелок которой расположен с наклоном их осей вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости (а - распределение тепловых потоков по вертикальной оси симметрии фронтальной и боковой стен; б - 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 нижней части 5 в форме прямоугольного параллелепипеда, в средней части 6 и в верхней части 7 в форме четырехгранной усеченной пирамиды. В стены 3 встроены в два яруса встречно расположенные горелки 8. Первый ярус горелок 8 расположен с наклоном их осей 9 и факелов 10, которые создают горелки 8, под углом 15-18°С к горизонтальной плоскости. Второй ярус горелок 8 расположен в горизонтальной плоскости. Первый и второй ярусы горелок 8 создают вертикальный факел 11 заполняющий верхний объем нижней части 5, среднюю 6 и верхнюю 7 части топки.
Топка работает следующим образом.
В горелки 8, расположенные встречно в два яруса, в фронтальной и задней стенах 3, подают топливо, газ или мазут. В процессе сгорания топлива в горелках 8 второго яруса, расположенных в горизонтальной плоскости, образуются факелы 10, находящиеся на общей горизонтальной оси 9 горелок 8. Для уменьшения объема высокотемпературной газовой зоны, ограниченной изотермой 1750°С, первый ярус горелок 8 расположен в стенах 3 с наклоном осей 9 вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости. В нижней зоне топки, составляющей одну третью часть ее объема, в зоне горелок 8 и выше их расположения, сгорает более половины поступающего в топку топлива. Остальная часть несгоревшего топлива с помощью дутьевого вентилятора поступает в среднюю часть 6 и верхнюю часть 7 топки, где сгорает, образуя вертикальный факел 11. При расположении первого яруса горелок 8 с наклоном осей 9 вниз под углом 15-18° к горизонтальной плоскости, объем зоны, находящейся между осями 9 горелок 8 первого и второго ярусов увеличивается, концентрация сгоревшего топлива в единице высокотемпературного объема, находящегося между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8 уменьшается, температура газового объема уменьшается. В результате уменьшения концентрации сгоревшего топлива в объемной зоне, находящейся между осями 9 первого и второго ярусов горелок 8, высокотемпературный газовый объем, ограниченный изотермой 1750°С, уменьшается, тепловые потоки на экранные поверхности стен 3, расположенные напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшаются, а на экранные поверхности стен 3, расположенные в нижней части топки, у пода 1, увеличиваются. Происходит выравнивание тепловых потоков по экранным поверхностям стен 3 в нижней части стен. Снижение тепловых потоков на экраны стен 3, расположенных напротив высокотемпературной газовой объемной зоны, уменьшает температуру экранов и количество отложений в трубах, способствует замедлению их коррозии, что в свою очередь увеличивает срок службы экранных поверхностей нагрева и период между кислотными промывками котла. При уменьшении высокотемпературного объема, ограниченного изотермой 1750°С, выход оксидов азота из топки и загрязнение атмосферного воздуха уменьшаются.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.