устройство для сжигания водоугольного топлива

Классы МПК:F23C1/10 жидкого и пылевидного топлива 
F23C3/00 Устройства для сжигания топлива, отличающиеся формой камеры сгорания
F23K1/02 смешивание твердого топлива с жидкостью, например приготовление суспензий 
F23C9/06 для обеспечения полного сгорания
F23C7/00 Устройства для сжигания, характеризующиеся приспособлениями для подачи воздуха
F23L9/06 с подводом воздуха в горящий слой 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "Протэн-К" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-03-17
публикация патента:

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидкого, в том числе водоугольного топлива (ВУТ) в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах, и обеспечивает при его использовании однородность температур по объему топки. Указанный технический результат достигается в топочном устройстве для сжигания водоугольного топлива, содержащем футерованную камеру сгорания цилиндрической формы с горизонтальной осью вращения и плоскими торцевыми стенками, вблизи осей симметрии которых размещены газоперепускные окна, и экранированную кипятильными трубами камеру охлаждения с конвективным пучком труб внутри нее, сообщающиеся между собой посредством газоперепускных окон, причем камера сгорания установлена внутри камеры охлаждения, на фронтальной стенке камеры сгорания смонтированы топливные форсунки, осуществляющие как раздельную, так и совместную подачу разных видов топлива и первичного окислителя, и дутьевые сопла, установленные с касательной подачей окислителя, а внутри камеры сгорания установлена центральная огнеупорная вставка, причем дополнительно в нижней части камеры сгорания установлено щелевое сопло, соединенное с зоной позади конвективного пучка труб камеры охлаждения газоходом для принудительной перекачки газов из этой зоны в камеру сгорания с возможностью регулирования расхода газа и скорости на выходе из сопла, при этом угол отклонения оси сопла от касательной к образующей цилиндра камеры сгорания изменяется от 0 до 30 градусов, а также установлен газоход от камеры охлаждения из зоны позади конвективного пучка труб до дутьевого сопла с возможностью регулирования расхода газа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

устройство для сжигания водоугольного топлива, патент № 2460014 устройство для сжигания водоугольного топлива, патент № 2460014

Формула изобретения

1. Топочное устройство для сжигания водоугольного топлива, содержащее футерованную камеру сгорания цилиндрической формы с горизонтальной осью вращения и плоскими торцевыми стенками, вблизи осей симметрии которых размещены газоперепускные окна, и экранированную кипятильными трубами камеру охлаждения с конвективным пучком труб внутри нее, сообщающиеся между собой посредством газоперепускных окон, причем камера сгорания установлена внутри камеры охлаждения, на фронтальной стенке камеры сгорания смонтированы топливные форсунки, осуществляющие как раздельную, так и совместную подачу разных видов топлива и первичного окислителя, и дутьевые сопла, установленные с касательной подачей окислителя, а внутри камеры сгорания установлена центральная огнеупорная вставка, отличающееся тем, что дополнительно в нижней части камеры сгорания установлено щелевое сопло, соединенное с зоной позади конвективного пучка труб камеры охлаждения газоходом для принудительной перекачки газов из этой зоны в камеру сгорания с возможностью регулирования расхода газа и скорости на выходе из сопла, при этом угол отклонения оси сопла от касательной к образующей цилиндра камеры сгорания изменяется от 0 до 30°, а также установлен газоход от камеры охлаждения из зоны позади конвективного пучка труб до дутьевого сопла с возможностью регулирования расхода газа.

2. Топочное устройство для сжигания водоугольного топлива по п.1, отличающееся тем, что газоход от камеры охлаждения соединен с дутьевым соплом посредством струйного эжектора с активной дутьевой воздушной струей.

3. Топочное устройство для сжигания водоугольного топлива по п.1, отличающееся тем, что щелевое сопло в нижней части камеры сгорания выполнено в виде линейки цилиндрических трубок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидкого, в том числе водоугольного топлива (ВУТ), в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах.

Известны способы и устройства сжигания жидкого топлива, включая водоугольное топливо, обеспечивающие его распыл и вдув в топку за счет атмосферного воздуха, либо горячего воздуха, либо воздуха и горячих дымовых газов, воспламенение и стабилизацию горения с использованием тангенциальной закрутки потоков [Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н., Мурко В.И., Нехороший И.Х. Производство и использование водоугольного топлива. - М.: Изд-во Акад. Горных наук, 2001. - 176 с.]. Указанные устройства имеют тот недостаток, что сочетания отдельных узлов не оптимизированы. В результате, режим работы котла недостаточно устойчив.

Наиболее близким решением является топочное устройство для сжигания водоугольного топлива [RU 2389948, 13.04.2009, МПК 8 F23C 3/00, 8 F23C 7/00], содержащее футерованную камеру сгорания, а также экранированную кипятильными трубами камеру охлаждения с пучком конвективных труб внутри, сообщающиеся между собой посредством газоперепускных окон, в котором камера сгорания размещена внутри камеры охлаждения, причем так, что они имеют общую фронтальную стенку, на которой смонтированы форсунки, осуществляющие как раздельную, так и совместную подачу ВУТ, других видов топлива и первичного окислителя, и дутьевые сопла, а внутри камеры сгорания установлена центральная вставка.

Недостаток названной конструкции топки для сжигании водоугольного топлива заключается в том, что она не обеспечивает достаточно однородных температурных полей внутри камеры сгорания. В зоне взаимодействия топливного факела и струи дутьевого воздуха происходит интенсивное горение топлива и резкое повышение температуры. В результате частицы угля и золы налипают на стенки камеры сгорания и плавятся, что приводит к шлакованию поверхностей топки. Кроме того, скорость потока горячих газов в нижней части камеры сгорания оказывается недостаточно высокой, в силу чего со временем происходит накопление золы и ее плавление.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение однородности температур по объему топки, повышение эффективности сжигания ВУТ и увеличение надежности работы топки.

Для достижения поставленной задачи предлагается топочное устройство для сжигания водоугольного топлива, содержащее футерованную камеру сгорания цилиндрической формы с горизонтальной осью вращения и плоскими торцевыми стенками, вблизи осей симметрии которых размещены газоперепускные окна, и экранированную кипятильными трубами камеру охлаждения с конвективным пучком труб внутри нее, сообщающиеся между собой посредством газоперепускных окон, причем камера сгорания установлена внутри камеры охлаждения, на фронтальной стенке камеры сгорания смонтированы топливные форсунки, осуществляющие как раздельную, так и совместную подачу разных видов топлива и первичного окислителя, и дутьевые сопла, установленные с касательной подачей окислителя, а внутри камеры сгорания установлена центральная огнеупорная вставка. Согласно изобретению дополнительно в нижней части камеры сгорания установлено щелевое сопло, соединенное с зоной позади конвективного пучка труб камеры охлаждения газоходом для принудительной перекачки газов из этой зоны в камеру сгорания с возможностью регулирования расхода газа и скорости на выходе из сопла, при этом угол отклонения оси сопла от касательной к образующей цилиндра камеры сгорания изменяется от 0 до 30 градусов, а также установлен газоход от камеры охлаждения из зоны позади конвективного пучка труб до дутьевого сопла с возможностью регулирования расхода газа. Газоход от камеры охлаждения соединен с дутьевым соплом посредством струйного эжектора с активной дутьевой воздушной струей. Щелевое сопло в нижней части камеры сгорания выполнено в виде линейки цилиндрических трубок. Струи газа, формируемые цилиндрическими трубками, более устойчивы по сравнению со струями, создаваемыми щелевым соплом, особенно при пониженных расходах газа.

Возвращенные уходящие газы практически не содержат кислорода и имеют температуру на уровне 150°С. Температура газов в области интенсивного горения топлива принимает значения выше 1000°С.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить температуру в топке за счет затрат тепла на нагрев возвратных уходящих газов, а также снизить концентрацию кислорода в воздушно-топливной среде в зоне впрыска водоугольной суспензии и, тем самым, снизить здесь интенсивность горения углерода. При этом зона интенсивного горения углерода может быть увеличена вплоть до размеров всей камеры горения, а максимальная температура газов внутри камеры приближена к среднему значению. Кроме того, в нижней части камеры сгорания увеличится скорость потока газов, что обеспечит вынос мелких легких частиц золы из камеры сгорания. Такой режим горения обеспечивает полноту выгорания ВУТ, снижение максимальных температур в топке, снижение выхода токсичных газовых выбросов (в частности, оксидов азота) и предотвращает шлакование котлоагрегатов. Теплота, затраченная на дополнительный нагрев возвратных газов, забирается от потока газов в теплообменной части топочного устройства, при этом кпд котла изменяется мало.

На фиг.1 и 2 показаны продольное и поперечное сечения предлагаемого топочного устройства. Где: 1 - камера охлаждения; 2 - кипятильные трубы; 3 - конвективный пучок труб камеры охлаждения; 4 - камера сгорания; 5 - торцевые стенки камеры сгорания; 6 - газоперепускные окна; 7 - центральная вставка; 8 - дутьевые сопла; 9 - фронтальная стенка камеры сгорания; 10 - топливные форсунки; 11 - зона позади конвективного пучка труб; 12 - щелевое сопло; 13 - струйный эжектор; 14, 15 - газоходы; 16 - устройство регулирования расхода газа.

Внутри камеры охлаждения 1 топочного устройства установлены кипятильные трубы 2, конвективный пучок труб 3 и камера сгорания 4 с торцевыми стенками 5, в которых установлены газоперепускные окна 6. Внутри камеры сгорания 4 смонтирована центральная вставка 7. На фронтальной стенке 9 установлены дутьевые сопла 8 и топливные форсунки 10. От зоны позади конвективного пучка труб 11 камеры охлаждения 1 установлены газоход 14 к щелевому соплу 12, расположенному в нижней части камеры сгорания 4, и газоход 15 к дутьевым соплам 8. При этом подвод газов от камеры охлаждения к щелевому соплу 12 может быть организован, например, с помощью вентилятора или компрессора, к дутьевым соплам и выполнен в форме струйного эжектора 13, где роль активной струи играет дутьевой воздух. Оба газохода оснащены устройствами 16 для регулировки расходов горячих газов, поступающих из камеры охлаждения в камеру сгорания через щелевое сопло и дутьевое сопло.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При запуске топочного устройства в камеру сгорания 4 через топливные форсунки 10 подают высокореакционное жидкое топливо, например дизельное топливо, через сопла 8 вдувают окислитель и в камере организуется режим горения. За счет тепла, выделяемого при горении топлива, происходит разогрев стенок камеры сгорания и центральной вставки. После разогрева стенок камеры до температуры 400-500°С к дизельному топливу добавляют в малой пропорции водоугольное топливо. По мере дальнейшего повышения температуры внутри камеры сгорания доля дизельного топлива в подаваемой смеси уменьшается, а доля ВУТ увеличивается вплоть до выхода котла на расчетный режим работы, когда подача дизельного топлива прекращается полностью. Создаваемая форсункой воздушно-капельная струя, примыкая к стенкам центрального тела за счет эффекта Коанда, закручивается в кольцевом канале в вихревой поток. Дутьевой газ попадает в камеру сгорания по касательной к ее стенкам и поддерживает закрутку потока внутри камеры. Таким образом, газ поступает в камеру сгорания тангенциально к ее стенкам и уходит из камеры через газоперепускные окна 6, расположенные на торцевых стенках камеры сгорания вблизи их осей вращения. Поэтому скорости потока газа практически во всем объеме камеры имеют тангенциальную составляющую и радиальную составляющую, направленную к оси симметрии камеры сгорания. Капля ВУТ (или частица угля), попавшая в такой поток, под действием центробежных сил, обусловленных тангенциальными составляющими скорости потока, стремится выбраться на стенку камеры сгорания, но радиальные потоки газа препятствуют такому движению. В результате происходит расслоение потока капель (и частиц угля): наиболее крупные капли выносятся на внешние орбиты, мелкие располагаются ближе к оси камеры. За счет тепла, получаемого от сгорания дизельного топлива на начальном этапе, а затем и угля, а также тепла, переизлучаемого стенками камеры сгорания 4 и внутренней вставки 7, происходят нагрев, сушка, воспламенение, а затем интенсивное горение частиц угля. По мере выгорания угля, масса частиц уменьшается, уменьшаются центробежные силы, действующие на эти частицы, и частицы перемещаются на круговые орбиты с меньшим радиусом. При этом частицы с большей массой находятся в зоне горения больший интервал времени и, как результат, все частицы угля успевают прогореть в пределах топки.

Интенсивность горения частиц угля зависит еще и от концентрации кислорода в данном месте. В области взаимодействия воздушно-топливной струи, формируемой форсункой, и воздуха, поступающего через дутьевое сопло, концентрация кислорода максимальна. Интенсивность горения здесь особенно велика, и, как следствие, температура принимает максимальные значения. Подмешивание уходящих газов, имеющих температуру порядка 150 градусов и практически не содержащих кислорода, к воздуху, подаваемому через дутьевые сопла, уменьшает местную температуру газов, снижает локальную концентрацию кислорода и, тем самым, уменьшает интенсивность горения топлива, увеличивает скорость газов в их вихревом движении. Благодаря этому горение угля становится более равномерным по всему объему топки.

Вдув уходящих газов через нижнее щелевое сопло 12 приводит к увеличению как местной скорости газов, так и скорости в более удаленных частях топки. Это позволяет выносить из топки мелкие легкие частицы золы, скапливающиеся в нижней части топки.

Осуществление изобретения.

На заводе стеновых блоков, г.Новосибирск, и в поселке Мошково Новосибирской области, котлы со слоевым сжиганием угля были переоборудованы на сжигание угля в виде ВУТ. На первом этапе на котлах не была организована переброска части уходящих газов в камеру сгорания. При эксплуатации котлов возникли проблемы со шлакованием поверхностей нагрева. Установка газоходов от зоны позади конвективного пучка труб до камеры сгорания и переброска части уходящих газов с температурой порядка 150°С в камеру сгорания позволили снизить максимальную температуру в камере сгорания и решить проблему со шлакованием.

Класс F23C1/10 жидкого и пылевидного топлива 

горелка для пыли высокой концентрации -  патент 2451879 (27.05.2012)
способ утилизации жидких смазочных отходов с твердотопливными включениями -  патент 2324860 (20.05.2008)
топочное устройство для сжигания угольного жидкого топлива -  патент 2230982 (20.06.2004)
способ воспламенения и стабилизации горения углеродосодержащего жидкого топлива в форкамере -  патент 2229058 (20.05.2004)
горелочное устройство -  патент 2204082 (10.05.2003)
циклонный предтопок (варианты) -  патент 2190154 (27.09.2002)
устройство для получения горячей воды, пара и перегретого пара -  патент 2138729 (27.09.1999)
способ сжигания низкореакционного угля -  патент 2119613 (27.09.1998)

Класс F23C3/00 Устройства для сжигания топлива, отличающиеся формой камеры сгорания

Класс F23K1/02 смешивание твердого топлива с жидкостью, например приготовление суспензий 

Класс F23C9/06 для обеспечения полного сгорания

устройство для сжигания кускового твердого и жидкого топлив в пульсирующем потоке -  патент 2423646 (10.07.2011)
способ уменьшения эмиссии оксидов азота при сжигании топлива в топке парового газомазутного котла -  патент 2323385 (27.04.2008)
каталитический котел медленного горения -  патент 2319909 (20.03.2008)
способ сжигания жидкого или газообразного топлива для получения тепла и воздухонагреватель для его осуществления -  патент 2306483 (20.09.2007)
способ сжигания газообразного топлива (варианты) -  патент 2224176 (20.02.2004)
способ уничтожения невыработанных остатков жидких компонентов ракетных топлив в отработанных ступенях жидкостных ракет -  патент 2196081 (10.01.2003)
способ сжигания черного щелока в котле утилизации и котел утилизации -  патент 2095505 (10.11.1997)
котел -  патент 2072063 (20.01.1997)
устройство для снижения образования окисдов азота при сжигании топлива -  патент 2059924 (10.05.1996)

Класс F23C7/00 Устройства для сжигания, характеризующиеся приспособлениями для подачи воздуха

способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (nox) -  патент 2525422 (10.08.2014)
способ сжигания топлива и устройство для его осуществления -  патент 2508501 (27.02.2014)
способ вихревого сжигания и/или газогенерации твердых топлив и реактор для его осуществления -  патент 2499955 (27.11.2013)
топочное устройство с охлаждаемым подом -  патент 2464494 (20.10.2012)
горелка с внутренним сгоранием -  патент 2462660 (27.09.2012)
способ регулирования мощности теплогенератора с псевдоожиженным слоем -  патент 2451876 (27.05.2012)
вертикальная призматическая топка для сжигания древесных отходов -  патент 2451240 (20.05.2012)
циклонный предтопок -  патент 2443940 (27.02.2012)
горелка, турбинный двигатель и печь с такой горелкой -  патент 2435101 (27.11.2011)
горелка газовой турбины и способ смешивания топлива и воздуха в зоне завихрения в горелке газовой турбины -  патент 2429413 (20.09.2011)

Класс F23L9/06 с подводом воздуха в горящий слой 

Наверх