Вихревая топка

(51) 23 1/06 (2006.01) 23 5/24 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ топлива в топочную камеру. По крайней мере один из каналов подключен к системе пылеприготовления. Другой из указанных каналов сообщается непосредственно с бункером сырого угля, минуя систему пылеприготовления, и наклонен под углом, превышающим угол естественного откоса топлива так, что сырой уголь поступает в топку самотеком. Канал для подачи сырого угля может быть снабжен средством для подачи серосвязывающего сорбента. Топка может быть снабжена средством для регулирования соотношения количеств пылеугольного и сырого топлива, подаваемых в топку. Предлагаемая конструкция вихревой топки обеспечивает эффективное тепловосприятие тепловых экранов при сжигании угля, повышение безшлаковочной мощности котельного агрегата и его ремонтопригодности, а также обеспечивает повышение экономических характеристик топки благодаря снижению расходов на измельчение и подготовку топлива.(74) Шабалина Галина Ивановна Шабалин Владимир Иванович Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Локтева Юлия Михайловна(57) Изобретение относится к теплоэнергетике, а более точно, к вихревым топкам котельных установок, и может быть использовано как для их модернизации, так и для создания новых. Вихревая топка включает топочную камеру,имеющую холодную воронку с подключенным в нижней части указанной холодной воронки нижним дутьем, и по меньшей мере два канала для подачи Изобретение относится к теплоэнергетике, а более точно, к вихревым топкам котельных установок, и может быть использовано как для их модернизации, так и для создания новых. Известны типовые промышленно используемые устройства для сжигания топлива, содержащие топочную камеру с системами подачи топлива и воздуха, воспламенения горючей смеси и газоходы для отвода теплоносителя. Традиционно считается,что наибольшая эффективность угольных топок достигается при сжигании угля в виде угольной пыли. В таких устройствах топливо подвергается предварительной сушке и измельчению с полностью включенными сепараторами, т.е. возвратом крупных частиц топлива на домол, а также тщательным смешиванием в горелках топлива и воздуха. Этим обеспечивается высокая скорость воспламенения,горения и выгорания топливных частиц. Реализующая указанные выше принципы организации сжигании топлива характерная конструкция топки с системой пылеприготовления описана в патенте РФ 2095691 (приоритет 15.10.91,публ. 10.11.97). В соответствии с описанием к этому патенту перед подачей в топочную камеру уголь из бункера сырого угля поступает в мельницу, где размалывается до заданных значений крупности частиц. Затем угольная пыль в смеси с воздухом подается в топку. Аналогичным образом устроены практически все промышленные топки, в которых уголь из бункера сырого угля поступает в мельницу, размалывается, а затем угольная пыль в смеси с воздухом поступает через горелку в топочную камеру. Эти схемы являются наиболее распространенными, т.е. в топочную камеру обычно поступает пылевоздушная смесь. Угольная пыль воспламеняется вблизи выхода из горелки, с образованием топочных газов, главным образом, трехатомных (СО 2, 2 и Н 2 О). Известно,что Тепловой расчет котлов изд.3,переработанное и дополненное, изд-во НПО ЦКТИ,1998, с.34 эти газы имеют прерывистый спектр излучения, а использование сильноизмельченного и высушенного топлива приводит к еще большему увеличению селективности излучения, т.к. такие мелкие частицы угля, как и газы, излучают тепловую энергию в определенных, сравнительно узких полосах спектра. Такой источник излучения может иметь очень высокую температуру в ядре. Однако его излучение по мере удаления от ядра ослабляется внутренней средой топочной камеры,заполненной недогоревшими частицами угольной пыли. Температура на периферии объема топочной камеры может оказаться относительно низкой. Излучение также ослабляется загрязнениями,образующимися на приемнике теплового излучения - тепловых экранах топочной камеры. Кроме того, при подготовке и измельчении топлива измельчается не только уголь, но и минеральные частицы, всегда имеющиеся в угле. Горение пылеугольных частиц вблизи ядра происходит при высокой температуре с 2 образованием эвтектик жидкого шлака, оседающих на топочных экранах (шлакованием) из-за измельчения минеральной составляющей вместе с топливом. Это проблема усугубляется при использовании топлив с неблагоприятными характеристиками золы(сланец, канско-ачинский уголь), имеющими в золе до 30-40 оксида кальция. Шлакование еще больше ухудшает тепловосприятие топочных экранов,являющихся приемниками излучения. Известно, что наименьшей селективностью излучения обладают горящие твердые тела(угольные частицы) с шероховатыми поверхностями, спектр излучения которых всегда является сплошным и сравнительно мало отличается по своему характеру от спектра излучения абсолютно черного тела. Кроме того, в вихревой топке с организацией многократной циркуляции топливных частиц источники излучения (горящие твердые частицы) излучают энергию непосредственно у стенок топочных экранов, что обеспечивает выравнивание теплового поля внутри всего объема топочной камеры. Для повышения тепловой эффективности топки и уменьшения шлакования экранов используют топливо углубленного фракционного состава. Наиболее близкой к совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели представляется конструкция вихревой низкоэмиссионной топки (Патент РФ 2067724 приоритет 29.12.94, публ. 10.10.96), содержащая камеру сгорания(топочную камеру) с установленной на ее стенке по меньшей мере одной наклоненной вниз горелкой для подачи топливовоздушной смеси и размещенным под устьем холодной воронки устройством ввода нижнего дутья (нижним дутьем). Горелочные устройства выполнены в виде по меньшей мере двух каналов, расположенных друг над другом, для подачи топливовоздушной смеси с регулированием соотношения топливо-воздух и с разделением измельченного топлива по фракциям с помощью делителя. Нижний канал наклонен более круто и через него организована подача грубоизмельченного топлива с подачей воздуха 1, а верхний служит для подачи вторичного воздуха совместно с пылью тонкого помола с 1. Однако эффективных делителей топлива на мелкие и крупные частицы на сегодняшний день не существует,а имеющиеся снижают производительность мельниц. Кроме того, при сжигании топлива, подаваемого в смеси с воздухом,увеличивается риск повышения содержанияв отходящих газах. В этой топке тепловая эффективность более высокая по сравнению с обычными камерными топками, т.к. концентрация твердых горящих частиц выше за счет сепарации топлива вниз. В то же время, процесс циркуляции крупных частиц в топочном пространстве функционирует только в нижней части топки, в зоне низких температур. Высокотемпературная и низкотемпературная зоны внутри топочной камеры оказываются разнесены. Низкая температура в вихревой зоне затрудняет воспламенение крупных частиц топлива. Несмотря на некоторое угрубление помола,наличие большого количества измельченных частиц способствует быстрому образованию оксида серы 2, который не всегда удается связать сорбентом, а также концентрациям оксидов азота ,превышающим допустимый регламент, из-за смешивания с воздухом. Такая топка имеет относительно невысокие техническо-экономические показатели. В основу настоящего изобретения модели поставлена задача создания топки с высокой тепловой эффективностью, путем повышения тепловосприятия топочных экранов с сохранением высокотемпературной зоны дожигания и низкотемпературной зоны повышенного теплообмена с улучшенным серосвязыванием и восстановительными условиями разрушения ,снижением шлакования и повышением экономических характеристик благодаря уменьшению расходов на подготовку топлива. Поставленная задача решается тем, что в вихревой топке, включающей топочную камеру,имеющую холодную воронку с подключенным в нижней части указанной холодной воронки нижним дутьем, по меньшей мере два канала для подачи топлива в топочную камеру, по крайней мере один из которых подключен к системе пылеприготовления, и бункер сырого угля, в соответствии с изобретением по меньшей мере один другой из указанных каналов сообщается непосредственно с бункером сырого угля, минуя систему пылеприготовления, и наклонен под углом,превышающим угол естественного откоса так, что сырой уголь поступает в топку самотеком. Благодаря наличию двух потоков топлива разного состава мелкофракционного топлива в смеси с воздухом из системы пылеприготовления,поступающего из одного канала,и крупнофракционного топлива из бункера сырого топлива, поступающего в топочную камеру из другого канала, в топочной камере образуется высокотемпературная зона, в которой сгорает угольная пыль, а теплообмен осуществляется преимущественно селективным излучением топочных газов, и низкотемпературная зона, в которой эффективный теплообмен осуществляется преимущественно за счет излучения крупных горящих частиц топлива со сплошным спектром излучения. Целесообразно, чтобы канал для подачи сырого угля был снабжен средством для подачи серосвязывающего сорбента. Топка может быть дополнительно снабжена средством для регулирования соотношения количеств пылеугольного и сырого топлива,подаваемых в топку. Меняя соотношение количеств подаваемых в топку мелких и крупных частиц угля,обеспечивающих суммарный теплообмен,обуславливаемый неэффективным излучением образующихся топочных газов от сгорания мелких частиц и эффективным излучением более крупных твердых частиц, например, в зависимости от температуры топочных газов на выходе из топки, по экологическим и экономическим показателям, а так же по условиям обеспечения скорости витания частиц топлива в воздушном потоке нижнего дутья,можно обеспечить наиболее эффективный режим работы топки. При этом работа топки в наиболее эффективном режиме может быть обеспечена при использовании топлива с разными характеристиками влажностью, минеральными составляющими и т.п. Известны конструкции вихревых топок,предусматривающих сжигание углей разного фракционного состава, как, например, описанная выше конструкция по патенту РФ 2067724, однако авторам неизвестны вихревые топки, конструкция которых предусматривала бы подачу в топочную камеру сырого дробленого угля самотеком непосредственно из бункера, без дополнительной подачи воздуха,и минуя систему пылеприготовления. Конструкция топки иллюстрируется фигурой чертежа, на котором схематически изображена вихревая топка в соответствии с изобретением. Как показано на Фиг.1, вихревая топка включает топочную камеру 1, холодную воронку 2 с подключенным в нижней части нижним дутьем 3,первый канал для подачи топлива с горелочным устройством 4, подключенный к системе 5 пылеприготовления (мельнице). Бункер 6 сырого угля подключен посредством трубопровода 7 к системе 5 пылеприготовления и посредством второго канала 8 для подачи топлива к топочной камере. Канал 8 для подачи топлива наклонен под углом к горизонту, превышающим угол естественного откоса. Угол естественного откоса в зависимости от крупности, влажности и других характеристик используемого в конкретном случае топлива можно найти в справочной литературе. Сырое топливо по каналу 8 для подачи топлива подают в топочную камеру самотеком, без дополнительной подачи воздуха. На Фиг.1 показан вариант расположения каналов друг над другом. На практике расположение и наклон канала для подачи топливовоздушной смеси определяется конструкцией конкретного топочного устройства по условиям зажигания,каналы могут быть разнесены как по вертикали, так и по горизонтали. Канал 8 для подачи топлива снабжен средством для подачи сорбента (на Фиг.1 не показано). Сорбент для связывания серы может подаваться также и/или в бункер сырого угля, и/или вместе с поступающим на электростанцию топливом, и/или в трубопровод 7 перед системой пылеприготовления. Возможна также организация работы топки с возвратом неиспользованного сорбента в топочную камеру вместе с золой. Топка снабжена средством 9 для регулирования соотношения количества пылеугольного и сырого топлива, подаваемого в топку. Средство 9 может быть выполнено любым подходящим образом. При работе топки в верхнюю зону через горелочное устройство 4 поступает подготовленное высушенное и измельченное топливо в смеси с воздухом в количестве 1, преимущественно с размером фракции меньше 1 мм (10002), а в нижнюю низкотемпературную зону из бункера 6 поступает топливо с размером фракции больше 1 мм в количестве 2 (10002) без подготовки и измельчения, в заданном значении топливо подается в низкотемпературную зону топочной камеры самотеком, без дополнительной подачи воздуха, в этой зоне образуется обедненная кислородом среда с высоким содержанием горящего угля. Путем тестирования устанавливают оптимальный коэффициент тепловой эффективности т. Для этого изменяют соотношение крупного топлива и пылеобразного топлива, меняя тем самым долю лучистого теплообмена за счет горения с поверхности крупных частиц, а не с объема топочных газов. Этим обеспечиваются наилучшие значения к.п.д. котла бр. Кроме того, это позволяет снизить концентрацию оксидов азотаза счет восстановления молекулярного азота в среде,обедненной кислородом, при высоком содержании горящего угля, а так же при вводе в низкотемпературную зону, с помощью средства для подачи сорбента, например, СаСО 3. Это позволяет снизить концентрацию оксидов серы О 2. Кроме того, благодаря тому, что крупное топливо поступает в топку без измельчения,неизмельченными остаются и минеральные частицы, которые легко улавливаются вместе с золой благодаря увеличению размера твердых золовых частиц. Предлагаемая конструкция топки обеспечивает эффективное тепловосприятие тепловых экранов при сжигании угля, повышение безшлаковочнной мощности котельного агрегата и его ремонтопригодности,а также обеспечивает повышение экономических характеристик топки благодаря снижению расходов на измельчение и подготовку топлива. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Вихревая топка, включающая топочную камеру,имеющую холодную воронку с подключенным в нижней части указанной холодной воронки нижним дутьем, по меньшей мере два канала для подачи топлива в топочную камеру, по крайней мере один из которых подключен к системе пылеприготовления, и бункер сырого угля,отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных каналов сообщается непосредственно с бункером сырого угля,минуя систему пылеприготовления, и наклонен под углом к горизонту, превышающим угол естественного откоса сырого угля так, что сырой уголь поступает в топку самотеком. 2. Вихревая топка по п.1, отличающаяся тем,что канал, сообщающийся непосредственно с бункером сырого угля, снабжен средством для подачи серосвязывающего сорбента. 3. Вихревая топка по п.1, отличающаяся тем,что топка снабжена средством для регулирования соотношения количеств пылеугольного и сырого топлива, подаваемых в топку.