устройство для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива

Формула изобретения

1. Устройство для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива, содержащее топку, устройство подачи топлива, топочное устройство для сжигания топлива в слое с подводом первичного воздуха, отличающееся тем, что подвод вторичного воздуха осуществляется через циклонный предтопок, пристыкованный к топке выше колосниковой решетки на уровне подачи твердого топлива в топку, содержащий камеру сгорания и форсунку с подводом топлива и первичного воздуха.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к форсунке подведено высокореакционное топливо.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвод вторичного воздуха дополнительно осуществляется через сопла, установленные на стенках топки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что циклонный предтопок установлен на высоте, примерно равной одной трети высоты топки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форсунка предтопка содержит периферийный завихритель.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера сгорания предтопка снабжена тангенциальными соплами подачи первичного и вторичного воздуха.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит два и более предтопков.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что предтопки установлены друг напротив друга.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что предтопки установлены так, чтобы закручивание факела и/или вихревого потока вторичного воздуха на выходе из предтопка было направлено навстречу закручиванию факела и/или вихревого потока вторичного воздуха на выходе из противоположного предтопка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области котельной техники, в частности к устройствам для одновременного или попеременного сжигания жидкого, газообразного и твердого топлива.

Известны топочные устройства, конструкция которых позволяет сжигать одновременно или попеременно различные виды топлива в котельных установках. Так, например, известен циклонный предтопок (патент РФ №2180074, приоритет от 20.06.2000 г.), содержащий короб подвода воздуха, камеру сгорания и осевую форсунку. Предтопок обеспечивает надежное экономичное сжигание различных видов топлива, но он не позволяет сжигать кусковое топливо.

Также известно устройство, позволяющее сжигать низкореакционное топливо в пылевидном состоянии при помощи специальных горелок, которые устанавливают в нижней части топки (Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общей редакцией В.А.Григорьева, В.М.Зорина. - 2-е изд., перераб, т. 3. -М.: Энергоатомиздат, 1989, 608 с.).

Однако указанное устройство содержит ряд недостатков:

- требуется дополнительное устройство по подготовке и измельчению угля до пылевидного состояния;

- устройство требует подсвета основного факела мазутом или газом при помощи муфельных мазутных горелок или пылегазовых горелок, при этом происходит затягивание факела в область низких температур, так как мазут или газ сгорает быстрее из-за более высокой реакционной способности, что в свою очередь приводит к возникновению механического недожога;

- устройство не обеспечивает выход оксидов азота на уровне 200 мг/м (требования к экологически чистым ТЭС) без применения дополнительных средств, таких как стадийное (ступенчатое) сжигание, ввод реагента в зону горения и др.

Также известны устройства для получения горячей воды, пара или перегретого пара, позволяющие сжигать размолотое низкореакционное твердое топливо одновременно с высокореакционным топливом (а.с. SU 1185015 А, МКИ F 23 C 1/10, 1985 г. и патент RU 2138729, МПК F 23 C 1/10, 1999 г.), содержащие топочное пространство, горизонтальный и отпускной газоходы, трубную систему поверхностей нагрева воды и термоциклонный(ые) предтопок(и), пристыкованный(ые) к топочному пространству и служащий(ие) для термической подготовки твердого низкореакционного топлива, являясь таким образом горелками для сжигания полученной в нем(них) газовзвеси.

Однако такое устройство также не позволяет сжигать кусковой уголь, требует его предварительного измельчения, сортировки, дополнительной сушки, что не только усложняет конструкцию, но и увеличивает энергозатраты, кроме того, наблюдается механический недожог угля при недостаточном измельчении или при изменении качественных характеристик вводимого угля.

Известны также многотопливные паровые котлы, разработанные на базе слоевых котлов типа Е(КЕ) различной производительностью, которые используют в качестве топлива древесные отходы, содержащие топочную камеру, сопла подвода вторичного воздуха, предтопок для сжигания топлива, бункер-рукав для подачи топлива, горелки для подсвета газом (мазутом) (httpж//www.kotel.ru/catalog/boilermoregas/index.html). Применяются такие котлы, в основном, для выработки насыщенного пара, используемого на технологические нужды предприятий лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности, что в свою очередь ограничивает возможности применения этих конструкций. При применении угля в качестве топлива в вышеупомянутой конструкции наблюдается спекаемость верхнего слоя угля из-за открытых источников огня в виде форсунок, которые используются для подсвета или поддержания заданной нагрузки, а также наблюдается локальный перегрев экранных поверхностей нагрева при использовании все тех же форсунок или горелок, кроме того, высокореакционное топливо, сжигаемое в форсунках, забирает часть воздуха, подаваемого в слой, что ухудшает качество сгорания топлива в слое, повышает его унос. Также наблюдается недостаточное закручивание траектории перемещения твердых частиц топлива в топочном объеме и, как следствие, механический недожог угля.

Решаемая задача данного технического устройства - это создание теплогенерирующей установки, способной эффективно работать на различных видах топлива одновременно или попеременно с возможностью перехода с одного энергоносителя на другой без остановки технологического процесса при одновременном повышении эффективности теплообмена в топочной камере, увеличении КПД сгорания топлива путем снижения химического и механического недожога и улучшении экологических показателей за счет уменьшения выбросов окислов азота и углерода в атмосферу.

Данная задача решается устройством, которое содержит топку для котла, устройство подачи топлива, топочное устройство для сжигания топлива в слое с подводом первичного воздуха. Новым является то, что подвод вторичного воздуха осуществляется через циклонный предтопок, пристыкованный к топке выше колосниковой решетки на уровне подачи твердого топлива в топку и содержащий камеру сгорания и форсунку с подводом топлива и первичного воздуха. Лучше, когда к форсунке подведено только высокореакционное топливо. Дополнительно подвод вторичного воздуха может быть осуществлен и через сопла, установленные на стенках топки в “мертвых” зонах - в местах, где завихрения, идущие от предтопка, недосягаемы, увеличивая таким образом траекторию закручивания мелких частиц. Лучше, когда циклонный предтопок установлен на высоте, примерно равной одной трети от высоты топки. Лучше, когда форсунка предтопка содержит периферийный завихритель, а сама камера сгорания предтопка снабжена тангенциальными соплами подачи первичного и вторичного воздуха. Устройство может содержать два и более предтопков, причем лучше, когда предтопки установлены друг против друга и закручивание факела и/или вихревого потока вторичного воздуха на выходе из предтопка направлено навстречу закручиванию факела и/или вихревого потока вторичного воздуха на выходе от противоположного предтопка. Такое расположение предтопков позволяет концентрировать температурное воздействие в центральной высокотемпературной части топки и избегать локальных перегревов экранных поверхностей нагрева, а встречное закручивание выходящего из предтопков вторичного воздуха или факела позволяет увеличить качество сгорания мелких фракций топлива.

Изобретение поясняется схематическими чертежами. На фиг.1 показано устройство в разрезе с неподвижной колосниковой решеткой и одним циклонным предтопком, установленным на задней стенке топки; на фиг.2. показан разрез топки с неподвижной колосниковой решеткой и двумя установленными друг против друга циклонными предтопками.

Изобретение поясняется примером конкретного выполнения.

Пример 1. Устройство с неподвижной колосниковой решеткой и одним циклонным предтопком

Устройство содержит топку 1, устройство подачи кускового топлива 2, представляющее собой бункер, соединенный питателем с разбрасывателем, а также неподвижную колосниковую решетку 3 с подводом первичного воздуха и расположенный на задней стенке топки на уровне подачи твердого топлива в топку на высоте, примерно равной одной трети от всей высоты топки, циклонный предтопок 4 с подводом вторичного воздуха. К форсунке 5, установленной в предтопке подведено топливо и первичный воздух. Кусковое топливо подается в топку 1 через устройство 2 подачи топлива, где крупные куски сгорают на неподвижной колосниковой решетке 3 в потоке первичного воздуха, поступающего снизу. При этом мелкие горючие частицы твердого топлива с дымовыми газами выносятся из слоя или отделяются от более крупных в момент поступления в топку и под действием вихревого потока вторичного воздуха, выходящего из циклонного предтопка, закручиваются в вихревой зоне горения 6, в которой и происходит дожиг топлива. Вторичный и первичный воздух подается в кипящий слой и в предтопок от высоконапорного вентилятора (не показан) под изменяемым напором от 800-1000 мм вод.ст. и регулируется поворотньми заслонками (не показаны). При розжиге, при переходе работы котла на другой вид топлива или при поддержании стабильной работы котла в форсунку 5 дополнительно подается высокореакционное топливо с одновременной подачей первичного воздуха, напор подачи же вторичного воздуха в предтопок уменьшают до 200-400 мм вод.ст. В результате мелкие горючие частицы топлива закручиваются и сгорают под действием вихревого потока, возникающего на выходе из предтопка.

Пример 2. Топка с неподвижной колосниковой решеткой и двумя установленными друг против друга циклонными предтопками

Устройство содержит топку 1, устройство подачи кускового топлива 2, представляющее собой бункер, соединенный питателем с разбрасывателем, а также неподвижную колосниковую решетку 3 с подводом первичного воздуха и расположенные на боковых стенках топки на уровне подачи твердого топлива в топку циклонные предтопоки 4, установленные друг напротив друга, с подводом вторичного воздуха в короб предтопка. К форсункам 5, установленным в предтопках, подведено топливо и первичный воздух. Кусковое топливо подается в топку 1 через устройство 2 подачи топлива, где крупные куски сгорают на неподвижной колосниковой решетке 3 в потоке первичного воздуха, поступающего снизу. При этом мелкие горючие частицы твердого топлива с дымовыми газами выносятся из слоя или отделяются от более крупных в момент поступления в топку и под действием вихревых потоков вторичного воздуха, выходящих из циклонных предтопков, закручиваясь, сталкиваются в вихревой зоне горения 6, в которой происходит дожиг топлива. При розжиге, при переходе работы котла на другой вид топлива или при поддержании стабильной работы котла в форсунки 5 дополнительно подается высокореакционное топливо с одновременной подачей первичного воздуха под напором до 2000 мм вод.ст., напор подачи же вторичного воздуха в предтопок уменьшают до 300-400 мм вод.ст. В результате мелкие горючие частицы топлива, закручиваясь, сталкиваются и сгорают под действием вихревых потоков, возникающих на выходе из предтопков.

Техническим результатом устройства является улучшение качества сжигания твердого топлива. Сопоставительный анализ с другими техническими решениями, позволяющими сжигать кусковое топливо и использовать одновременно или попеременно различные виды топлив, показал, что такое техническое решение позволяет качественно изменить процесс сгорания и быстро, без конструктивных изменений переходить с одного вида топлива на другое или использовать их совместно. Объем мелкой фракции, неизбежно присутствующий в кусковом топливе, подхватываемый восходящим потоком газов, не успевающий сгореть в топке, значительно уменьшается, повышается КПД процесса сгорания. Объем продуктов мокрого пылеулавливания, направляемый в отстойники, также значительно снижается, что способствует меньшему загрязнению окружающей среды. В процессе сжигания отсутствует многократная циркуляция абразивных частиц твердого топлива, что снижает абразивный износ котла. Дополнительно в результате устранения открытого огня в топочном пространстве над кипящим слое достигается эффект понижения спекаемости слоя, а перевод котлоагрегта в пиковый режим происходит быстрее и менее технически сложно.

В отопительный период 2001 г. производились пуски циклонно-вихревых предтопков при работающем кипящем слое для поддержания заданной нагрузки в связи с неудовлетворительным качеством твердого топлива. Визуальные наблюдения показали улучшение смесеобразования и более эффективное использование топочного объема.

Параметры слоя, температура и аэродинамическое сопротивление оставались неизменными. Коэффициент полезного действия котла по данным экспресс-испытаний увеличился по q₂, t_yx и на 2-3%, кроме того, у данного котла существует преимущество быстрого прогрева слоя с помощью растопочных форсунок циклонных предтопков, а также плавного перехода на любой нагрузке с одного вида топлива на другой, так как для каждого горелочного устройства проводился свой тепловой расчет на оптимальные параметры котла.

Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемый способ имеет не только экономические преимущества, но и технические преимущества, достигаемые отличительными признаками.