топка водогрейного котла

Формула изобретения

ТОПКА ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА, содержащая призматическую камеру сгорания, образованную фронтовым, задним, левым и правым боковыми экранами, сводом и подом, и три горелки, по меньшей мере две из которых установлены на расстоянии 1,5 м от пода, отличающаяся тем, что каждая из горелок выполнена вихревой и установлена соответственно на фронтальном, левом и правом боковых экранах под углом вниз 10^o от нормали к экрану и под углом 40^o от нормали к экрану в сторону направления вращения воздуха в горелке и на расстоянии 4,7 м от вертикального ребра камеры сгорания, противоположного наклону горелки на соответствующем экране.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к газомазутным водогрейным котлам.

Известны конструкции топок котлов, в которых горелки размещены тангенциально условной окружности или условной поверхности цилиндра.

Наиболее близким техническим решением является существующая конструкция топки водогрейного котла КВГМ-100, взятая за прототип, в которой на фронтальной стене призматической камеры сгорания симметрично расположены три роторные газомазутные горелки (РГМГ), образующие треугольник с одной горелкой сверху.

Недостатком известной конструкции является частый выход горелок из строя и значительная неравномерность тепловосприятия труб верхнего конвективного пучка, обусловленная забрасыванием факела верхней горелки в конвективный пучок и приводящая к пережогу труб при возникновении поверхностного кипения воды. По этой причине котел в основном режиме надежно работает только на 70-80% проектной мощности.

В предлагаемой конструкции топки установлены вихревые горелки с одинаковым направлением вращения воздуха, которые размещены по одной на фронтальной и боковых стенах камеры сгорания на расстоянии 1,5 м от пода и на расстоянии 4,7 м от правого ребра соответствующей стены для горелок правого вращения и от левого ребра для горелок левого вращения. Горелки расположены таким образом, что их оси отклонены вправо и вниз в случае правого вращения воздуха и влево и вниз при левом вращении, а углы между осью горелки и нормально и внутренней поверхностью стенки в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляют соответственно 40 и 10^о.

Предлагаемое техническое решение позволяет интенсифицировать теплообмен в топке и уменьшить неравномерность тепловосприятия экранных труб и конвективного пучка за счет конвективной теплоотдачи от дымовых газов к экранным трубам при горизонтальном закручивании потока дымовых газов. Кроме того, в топке такой конструкции возникают условия для более полного сжигания топлива.

Сравнительный анализ предлагаемой конструкции и прототипа позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".

Тангенциальное расположение горелок по отношению к условной окружности известно в ряде конструкций, наклон горелок вниз на угол 10^о также известен, но в совокупности с другими отличиями предлагаемой конструкции данные признаки позволяют достигнуть указанный результат. Предлагаемые значения угла между осью горелки и нормалью к внутренней поверхности 40^о и расстояние от соответствующего ребра до горелки 4,7 м не выявлены в известных конструкциях и найдены экспериментально для котла типа КВГМ-100, это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематически представлена топка, разрез в плане для случая использования вихревых горелок правого вращения; на фиг.2 схематически продольный разрез топки в вертикальной плоскости, параллельной фронтальной стене.

Топка содержит камеру сгорания, образованную фронтальной стеной 1, боковыми стенами 2, промежуточным экраном 3 и подом 4, и горелки 5.

Топка работает следующим образом. Факелы отдельных горелок 5 перемешиваются в нижней части топки и формируют топочный вихревой факел, отличающийся повышенными скоростями дымовых газов в пристенной области. Это обеспечивает увеличение тепловосприятия фронтального и боковых экранов, расположенных на соответствующих стенах 1,2 и промежуточного экрана за счет конвективной теплоотдачи, вследствие чего увеличивается мощность топки и снижается температура газов на входе в конвективный пучок. Соответственно исключается заброс факела отдельной горелки в конвективный пучок и улучшаются условия работы верхнего конвективного пакета. Сочетание закрученных факелов горелок 5 и общего вихревого факела обеспечивает снижение недожога и рециркуляцию дымовых газов из нижней части топки в корень факела горелки, что способствует уменьшению концентрации оксидов азота.

Экспериментальные исследования различных вариантов расположения горелок на изотермической модели котла КВГМ-100 показали, что только предлагаемая конструкция топки обеспечивает достаточно равномерное распределение топочного вихря по сечению, причем, поток практически касателен экранов, и скорость газа в пристеночной области выше, чем в средней части. При этом наблюдается интенсивное подъемно-вихревое движение воздуха в углах топки, что позволяет компенсировать недостаточное лучевое тепловосприятие конвективным и снизить неравномерность тепловосприятия экранных поверхностей в целом. Кроме того, отмечено, что слияние вращающихся факелов горелок приводит к образованию топочного вихря с направлением, противоположным направлению горелок. Такая структура факела способствует лучшему перемешиванию продуктов сгорания, более полному сгоранию топлива и снижению концентрации оксидов азота.

Результаты теплового расчета натурного котла КВГМ-100 с учетом экспериментальных данных показывают, что при производительности котла 100% коэффициент теплоотдачи конвекцией _к= 88,4 Вт/(м^2. К), а суммарный коэффициент теплоотдачи увеличивается примерно до 280 Вт/(м^{2 .}К) по сравнению с 204 Вт/(м^{2 .}К) для существующей конструкции. За счет этого, в основном режиме мощность топки возрастает на 12,5% а КПД котла увеличивается на 0,15% Для пикового режима соответствующие значения составляют 11,5% и 1,05%

Пример конкретного применения позволяет сделать вывод о промышленной применимости предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемой конструкции топки обеспечивает следующие преимущества:

1. Интенсификация теплообмена в топке за счет конвективной теплоотдачи.

2. Улучшение условий работы конвективного пучка котла КВГМ-100 за счет снижения его мощности при увеличении тепловосприятия в топке и вследствие уменьшения тепловой неравномерности верхнего конвективного пакета.

3. Уменьшение неравномерности тепловосприятия экранных поверхностей.

4. Более полное сгорание топлива и лучшее перемешивание продуктов сгорания, способствующее снижению недожога и концентрации оксидов азота.