СОПЛО ДЛЯ ВВОДА ТРЕТИЧНОГО ВОЗДУХА В ТОПОЧНУЮ КАМЕРУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА С ЕДИНЫМ СРЕДСТВОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА ВО ВСЕ КАНАЛЫ

Область использования
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетических котлов.
x
x
x
Одним из наиболее распространенных технологических методов предотвращения образования оксидов азота (NO) при сжигании топлива в топках энергетических котлов является двух- или трехступенчатое сжигание топлива. В обоих случаях в основные горелки подается первичный воздух (при сжигании пылевидного твердого топлива) и вторичный воздух, в сумме составляющие только часть воздуха, необходимого для горения, а оставшаяся его часть, называемая третичным воздухом, подается через дополнительные сопла выше зоны активного горения. В результате горение летучих веществ топлива происходит в зоне с недостатком окислителя (восстановительная зона топочного пространства), что значительно снижает количество образующихся NO. Чем выше будут расположены сопла третичного дутья, то есть, чем больше окажется восстановительная зона, тем выше будет эффект подавления образования NO. Однако не менее важной задачей является обеспечение полноты выгорания топлива. В связи с этим количество и характер подачи в топку третичного воздуха должны определяться исходя из задачи обеспечения допустимого минимального предела содержания горючих веществ в газах, уносимых из топки (недожог).
x
Высокую степень выгорания топлива можно обеспечить за счет улучшения качества перемешивания третичного воздуха с потоком продуктов сгорания топлива. Улучшение смесеобразования позволяет увеличить восстановительную зону за счет более высокого расположения в топке сопл третичного дутья, что позволит более эффективно снижать выбросы NO без риска повышения недожога.
Уровень техники
В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбрано сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла, содержащее снабженные подводящими патрубками и образованные системой концентрических обечаек центральный канал для прямоточной подачи воздуха и по меньшей мере один кольцевой канал с предусмотренным по меньшей мере для кольцевого канала, примыкающего к центральному, средством организации крутки подаваемого в него воздуха, а также средством регулирования подачи воздуха в указанные каналы (ЕР 1655539, F23L 9/04, 2006 - [1]). В сопле согласно [1] средство регулирования подачи воздуха в центральный и кольцевой каналы выполнено в виде отдельных шиберов, установленных перед патрубками указанных каналов. К недостаткам сопла [1] можно отнести громоздкость и необходимость регулирования положения каждого шибера в отдельности, что при переходе котла на режим работы с пониженной нагрузкой затрудняет достижение оптимального соотношения открытия/закрытия указанных шиберов и тем самым снижает эффективность смешения третичного воздуха с потоком продуктов сгорания топлива. Кроме того, управление работой большого числа шиберов представляет собой достаточно сложную технологическую задачу и соответственно уменьшает надежность регулирования.
Раскрытие полезной модели
x
Задачей полезной модели является обеспечение полноты выгорания топлива при максимальной величине восстановительной зоны топочного пространства, обеспечивающей в максимальной степени предотвращение образования NO в процессе сжигания топлива. Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в повышении эффективности смешения третичного воздуха с потоком продуктов сгорания и надежности регулирования процессом, в том числе при работе котла на пониженных нагрузках, при компактности конструкции сопла.
Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем, что сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического парового котла содержит снабженные подводящими патрубками и образованные системой концентрических обечаек центральный канал для прямоточной подачи воздуха и по меньшей мере один кольцевой канал с предусмотренным по меньшей мере для кольцевого канала, примыкающего к центральному, средством организации крутки подаваемого в него воздуха, а также средством регулирования подачи воздуха в указанные каналы, согласно полезной модели все указанные патрубки объединены в один подводящий патрубок, установленный на продолжении обечайки внешнего из имеющихся концентрических каналов, входной участок центрального канала отогнут в сторону обечайки смежного с ним кольцевого канала, входные торцы обечаек всех внутренних каналов расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси сопла, а средства регулирования подачи воздуха в указанные каналы объединены в единое средство одновременного воздействия на подачу воздуха во все каналы, выполненное в виде лепесткового поворотного шибера, имеющего форму половины внутреннего сечения внешней обечайки сопла, а ось вращения указанного шибера расположена в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, причем шибер в закрытом положении находится в плоскости, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка центрального канала. При этом сопло может содержать дополнительное средство регулирования подачи воздуха одновременно во все кольцевые каналы, выполненное в виде дополнительного шибера по форме аналогичного главному шиберу с осью вращения также расположенной в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, и в закрытом положении размещенного в той же плоскости, что и главный шибер, со стороны, противоположной нахождению в закрытом положении главного шибера, причем при открытии шиберов максимальный угол поворота каждого из них составляет 90°.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в том, что объединение патрубков кольцевого и центрального каналов в один подводящий патрубок позволяет установить единое средство регулирования подачи воздуха в указанные каналы в виде лепесткового поворотного шибера, что позволяет обеспечить компактность конструкции сопла, одновременно воздействовать на подачу воздуха во все каналы и упрощает настройку положения указанного шибера для повышения эффективности смешения третичного воздуха с продуктами сгорания и надежности регулирования процессом. Отгиб входного участка центрального канала в сторону обечайки смежного с ним кольцевого канала обеспечивает возможность закрытия входного сечения осевого канала, что при наличии одного шибера обеспечивает диапазон регулирования его работы. Расположение входных торцов обечаек всех внутренних каналов в одной плоскости, перпендикулярной оси сопла, придание шиберу формы половины внутреннего сечения внешней обечайки сопла, а также расположение оси вращения указанного шибера в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, причем шибер в закрытом положении находится в плоскости, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка центрального канала, обеспечивает максимальную плотность перекрытия указанных каналов в закрытом положении шибера. Таким образом, все отличительные признаки полезной модели взаимосвязаны для обеспечения совместно с ограничительными признаками указанного выше технического результата. Исключение любого из этих признаков приведет к невозможности получения указанного результата.
Краткое описание фигур чертежей
На фиг.1 схематически изображено сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла с одним лепестковым поворотным шибером; на фиг.2 - то же с двумя лепестковыми поворотными шиберами; на фиг.3 - вид сбоку фиг.1 и 2; на фиг.4 - лепестковый поворотный шибер.
Подробное описание полезной модели
Сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла (не показаны) содержит (фиг.1, 2, 3) снабженные одним подводящим патрубком 1 и образованные системой концентрических обечаек, в данном примере внешней обечайкой 2 и внутренней обечайкой 3, центральный канал 4 для прямоточной подачи воздуха и один кольцевой канал 5 с предусмотренным для него средством организации крутки подаваемого в него воздуха. В рассматриваемом примере данное средство выполнено в виде осевого закручивающего аппарата 6. Сопло также содержит единое средство регулирования подачи воздуха в указанные каналы 4, 5 в виде лепесткового поворотного шибера 7 (фиг.1, 2, 4). Входной участок 4.1 центрального канала 4 отогнут в сторону обечайки 2 смежного с ним кольцевого канала 5, входные торцы обечаек 2, 3 обоих каналов 4, 5 расположены в одной плоскости 8, перпендикулярной оси сопла. Указанный шибер 7 имеет форму половины внутреннего сечения внешней обечайки 2 сопла (фиг.4), а ось 9 вращения указанного шибера 7 расположена в серединной части плоскости 8 совмещения входных торцов обечаек 2, 3, причем шибер 7 в закрытом положении находится в плоскости 8, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка 4.1 центрального канала 4.
Сопло может содержать дополнительное средство регулирования подачи воздуха одновременно во все кольцевые каналы (в данном примере - в кольцевой канал 5), выполненное в виде дополнительного шибера 10 по форме аналогичного главному шиберу 7 (фиг.2). Ось 11 вращения шибера 10 расположена в серединной части плоскости 8 совмещения входных торцов обечаек 2, 3, и в закрытом положении шибер 10 размещен в той же плоскости 8, что и главный шибер 7, со стороны, противоположной нахождению в закрытом положении главного шибера 7. При открытии шиберов 7 и 10 максимальный угол поворота каждого из них составляет 90°.
Работа устройства
Поток третичного воздуха входит в сопло через патрубок 1 и с помощью лепесткового поворотного шибера 7 (и в случае наличия - шибера 10) (фиг.1, 2) разделяется на 2 потока: кольцевой и центральный. Первый поступает в кольцевой канал 5, закручивается осевым аппаратом 6 и подается в топку котла. Второй поток попадает в центральный канал 4 и подается в топку котла прямотоком. Количество воздуха, идущего в тот или другой канал, определяется положением шибера 7 (или шиберов 7 и 10 - в случае наличия двух шиберов). В случае наличия одного шибера 7 он в закрытом положении может полностью перекрывать только центральный канал 4, а при наличии двух шиберов 7 и 10 они в закрытом положении могут полностью перекрывать оба канала: центральный 4 и кольцевой 5. Оптимальное с точки зрения смесеобразования в топке распределение потоков достигается соответствующим положением шибера 7 (и в случае наличия - шибера 10) в результате наладочных испытаний. При снижении нагрузки снижается массовая скорость продуктов сгорания в топке. Поскольку качество смешения определяется соотношением массовых скоростей смешиваемых потоков, в этом случае возникает необходимость снизить массовую скорость подаваемого третичного воздуха. В этом случае снова регулируют положение шибера 7 (и при наличии - шибера 10) для нахождения его оптимального положения в целях обеспечения максимальной эффективности смешивания потока третичного воздуха с потоком продуктов сгорания.