|
| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2228489
ВИХРЕВАЯ ТОПКА
Имя изобретателя: Фокин Г.М.; Шарапов М.А.; Пузырев Е.М.; Комогорова Г.П.; Жидких О.И.; Вичкапов А.М.
Имя патентообладателя: ЗАО "Производственное объединение Бийскэнергомаш"; Комогорова Галина Петровна; Пузырев Евгений Михайлович
Адрес для переписки: 659303, Алтайский край, г. Бийск, ул. П. Мерлина, 63, ЗАО "ПО Бийскэнергомаш"
Дата начала действия патента: 2001.08.10
Изобретение может использоваться в промышленных и энергетических котлах сжигающих лузгу, измельченные растительные, горючие и древесные отходы или твердое топливо. Вихревая топка содержит, по крайней мере, одну экранированную вихревую камеру сгорания и одну камеру дожигания, соединенные газоперепускным окном, которое обрамлено направленным в сторону вихревой камеры сгорания аэродинамическим выступом с размером 100-200 мм, отношение поперечного размера вихревой камеры сгорания к ее глубине составляет 2-6, а отношение поперечного размера вихревой камеры сгорания к диаметру газоперепускного окна составляет 1,4-5, при этом эжектор подачи топлива оканчивается диффузором с выходом, расположенным на фронтовой стенке вихревой камеры сгорания на расстоянии не менее 100 мм от пода, наклоненным вниз и ориентированным под корень группы первых сопел дутья, установленных вдоль нижней образующей вихревой камеры сгорания, причем первые сопла дутья направлены вверх под углом 30-45º и ориентированны под корень второй группы сопел дутья, расположенных на задней стенке вихревой камеры сгорания и направленных по касательной к аэродинамическому выступу газоперепускного окна, кроме того, отношение площадей поперечных сечений эжектора подачи топлива и каждой группы сопел дутья равно 1,25-2, а отношение скоростей дутья в них соответственно равно 0,8-0,5, а и газовую горелку. Вихревая топка может содержать две вихревые камеры сгорания и расположенную между ними камеру дожигания. Газовая горелка располагается в вихревой камере сгорания или в камере дожигания и наклонена к поду вихревой камеры сгорания. Использование данной вихревой топки позволят упростить конструкцию, повысить эффективность сжигания топлива, увеличить экологическую безопасность топки.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в промышленных и энергетических котлах сжигающих лузгу, измельченные растительные, горючие и древесные отходы или твердое топливо.
Известна топка котла [1, рис. 8-21, 8-22], выполненная в виде экранированной камеры дожигания и циклонных предтопков, подключенных к ней через газовыпускные окна. Циклонные предтопки образованны сложно изогнутыми экранами и имеют тангенциальные сопла дутья.
Такая топка, благодаря наличию циклонных предтопков, обеспечивает полное выгорание топлива. Однако топка не нашла широкого применения. В циклонных предтопках используется высокотемпературный топочный процесс с жидким удалением шлака, поэтому имеет место повышенная эмиссия опасных для окружающей среды оксидов азота, серы и возгонов минеральной части (золы).
Известны топки с циклонными предтопками [2, стр. 7], которые дороги, сложны в изготовлении и ремонте, т.к. образованы сложноизогнутыми экранами. Особенно сложную конструкцию имеют газовыпускные окна, выполненные вогнутыми внутрь предтопка экранами.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является вихревая топка [3]. Вихревая топка образована экранами и обмуровкой. Она имеет сопла дутья и расположенное в торцевой стенке газовыпускное окно, причем поперечные размеры камеры сгорания превышают ее глубину, т.е. расстояние между торцевыми стенками. Вихревая топка содержит контур циркуляции частиц с сепарационным устройством, питателем частиц и поверхностями нагрева. За вихревой камерой сгорания располагается камера дожигания. Газовыпускное окно имеет простейшую конструкцию - выполнено в виде отверстия.
Эта топка имеет простую конструкцию и позволяет за счет вынесенного теплообменника использовать экологически более чистый низкотемпературный топочный процесс.
Недостатками прототипа являются сложность из-за наличия контура циркуляции частиц и низкая эффективность сжигания топлива из-за возможности его спекания и уноса мелких не догоревших частиц, так как не предусматривается подача и поддержание потока топлива в вихревой топке во взвешенном состоянии. Кроме того, в прототипе не предусмотрена возможность увеличения и глубокого регулирования мощности топки.
Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности сжигания топлива и дополнительно предусматривается возможность увеличения и глубокого регулирования мощности топки.
Данное техническое решение обеспечит следующий технический результат: увеличение экологической безопасности за счет более полного сгорания топлива путем создания условий выгорания частиц топлива во взвешенном состоянии, оптимальное соотношение расходов дутья между эжектором и двумя группами сопел дутья, упрощение конструкции и схемы запитки воздушным дутьем вихревой топки.
Поставленная цель достигается тем, что вихревая топка содержит, по крайней мере, одну экранированную вихревую камеру сгорания и камеру дожигания, соединенные газоперепускным окном, которое обрамлено направленным в сторону вихревой камеры сгорания аэродинамическим выступом размером 100-200 мм. Отношение поперечного размера А вихревой камеры сгорания к ее глубине В составляет 2-6, а отношение поперечного размера А вихревой камеры сгорания к диаметру Д газоперепускного окна составляет 1,4-5, при этом эжектор подачи топлива оканчивается диффузором с выходом, расположенным на фронтовой стенке вихревой камеры сгорания на расстоянии не менее 100 мм от пода, наклоненным вниз и ориентированным под корень группы первых сопел дутья, установленных вдоль нижней образующей вихревой камеры сгорания, причем первые сопла дутья направлены вверх под углом 30-45º и ориентированны под корень второй группы сопел дутья, расположенных на задней стенке вихревой камеры сгорания и направленных по касательной к аэродинамическому выступу газоперепускного окна, кроме того, отношение площадей поперечных сечений эжектора подачи топлива и каждой группы сопел дутья равно 1,25-2, а отношение скоростей дутья в них соответственно равно 0,8-0,5.
Вихревая топка и содержит газовую горелку. Вид исполнения вихревой топки предполагает, что она содержит две вихревые камеры сгорания и расположенную между ними камеру дожигания, при этом газовая горелка может располагаться в вихревых камерах сгорания или камере дожигания, причем наклонена к поду вихревой камеры сгорания, или камеры дожигания.
Благодаря применению вихревой камеры сгорания с большими поперечными размерами можно упростить ее конструкцию.
За счет подачи топлива эжектором подачи топлива, предлагаемой направленности сопел дутья, соотношению сечений и скоростей топливо горит во взвешенном состоянии без спекания. При этом расположение в газоперепускном окне направленного в сторону вихревой камеры сгорания аэродинамического выступа с размером 100-200 мм и выполнение вихревой камеры сгорания с отношением поперечных размеров к ее глубине, равным 2-6, снижает унос мелких частиц топлива. Таким образом, конструкция вихревой топки повышает эффективность сжигания топлива.
Предлагаемое выполнение вихревой топки из двух вихревых камер сгорания и расположенной между ним камеры дожигания дополнительно увеличивает мощности топки и обеспечивает возможность ее глубокого регулирования. Дополнительно введена газовая горелка в состав вихревой топки в качестве растопочной при использовании резервного вида топлива, при этом она может быть расположена как в вихревой камере сгорания, так и в камере дожигания. Этим обеспечивается расширение функциональных особенностей вихревой топки, а и более быстрый выход на режим при пусковом цикле.
Сопоставительный анализ уровня техники, представленный аналогами, позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию “новизна”.
 |  |
 |  |
 | На фиг.1 схематично показано вертикальное сечение, а на фиг.2 - горизонтальное сечение предлагаемой вихревой топки. На фиг.3 дополнительно показано горизонтальное сечение предлагаемой вихревой топки в варианте с двумя камерами сгорания. На фиг.4 показан разрез предлагаемой вихревой топки, проходящий через расположенную в камере дожигания газовую горелку, на фиг.5 дополнительно показано сечение, проходящее через газовые горелки, расположенные в вихревых камерах сгорания предлагаемой вихревой топки в варианте с двумя вихревыми камерами сгорания. Вихревая топка содержит, по крайней мере, одну вихревую камеру сгорания 1 и камеру дожигания 2. Эти камеры образованы экранами 3 и обмуровкой 4, соединены газоперепускным окном 5 с аэродинамическим выступом 6. Конструктивно камеры 1, 2 ограничены внешними торцевыми 7 и внутренними разделительными 8 стенками. |
Вихревая топка имеет вспомогательные системы. Система топливоподачи с эжектором подачи топлива 9, питателем 10 и бункером 11 топлива подключена к вихревой камере сгорания 1 через диффузор 12. Система подачи воздуха имеет группы первых 13, вторых 14 сопел дутья, эжектор подачи топлива 9, диффузор 12, воздуховоды 15, шиберы 16 и общий вентилятор 17 и и подключена к вихревой камере сгорания 1. Система охлаждения и удаления продуктов сгорания содержит трубы конвективной поверхности 18 нагрева котла и выходное окно 19. Они подключены к камере дожигания 2.
Газоперепускное окно 5 обрамлено направленным в сторону вихревой камеры сгорания 1 аэродинамическим выступом 6 с размером 100-200 мм. Аэродинамический выступ 6 уменьшает вынос мелких частиц, в том числе не догоревшего топлива, и в предлагаемой конструкции может быть выполнен типовой арочной кладкой из клинового шамотного кирпича, что значительно упрощает конструкцию топки. Выступ менее 100 мм малоэффективен, а более 200 мм трудно изготовить из стандартного клинового кирпича.
На фиг.1-5 обозначены: А - поперечный размер вихревой камеры сгорания; В - глубина вихревой камеры сгорания; Д - диаметр газоперепускного окна.
Отношение поперечного размера А вихревой камеры сгорания 1 к ее глубине В, т.е. к расстоянию между ее боковыми стенками, принято 2-6 из условий обеспечения хорошего удержания мелких частиц от выноса и возможности размещения необходимой для низкотемпературного топочного процесса площади охлаждающих экранов 3. Так, отношение меньшее 2 из-за больших осевых скоростей в вихре не обеспечивает хорошего удержания частиц при предлагаемой простой конструкции газоперепускного окна 5. Кроме того, вихревая камера сгорания 1 с большой глубиной плохо вписывается в профиль котлов. Для типичных теплонапряжений топочного объема и отношения размеров 5-6, как показывают оценочные расчеты, вся площадь охлаждающих экранов 3 может быть размещена на поверхности внешней стенки 7. Причем это условие выполняется при обеспечении низкотемпературного топочного процесса даже для топлив высокой калорийности.
Таким образом, при предлагаемом отношении размеров 2-6, можно для любых топлив использовать простую конструкцию вихревой топки: прямые экраны, причем только на внешней торцевой стенке 7 вихревой камеры сгорания 1, и выполненную кладкой из шамотного кирпича разделительную стенку 8 с газоперепускным окном 5.
Отношение поперечного размера А вихревой камеры сгорания 1 к диаметру Д газоперепускного окна 5 выбрано 1,4-5, что позволяет проектировать и изготовлять вихревые топки различной мощности.
Выход диффузора 12 предлагается располагать с наклоном вниз, на расстоянии не меньше 100 мм от пода топки. Наклон тракта подачи топлива позволяет работу системы топливоподачи на малых нагрузках, а его подъем над подом топки обеспечивает подсос горячих топочных газов под вводимую топливовоздушную струю, ее быстрый прогрев и воспламенение, т.е. повышает эффективность сжигания топлива.
Ориентирование топливовоздушной струи под корень группы первых 13 сопел дутья,
направление этих сопел вверх под углом 30-45
и ориентирование под корень второй 14 группы сопел дутья, направленных по касательной к
аэродинамическому выступу 6 обеспечивает поддержание потока топлива во взвешенном
состоянии, исключает возможность его спекания и и повышает эффективность сжигания
топлива. При этом направление второй 14 группы сопел дутья по касательной к
аэродинамическому выступу 6, с одной стороны, исключает прямой выброс потока в
газоперепускное окно 5, а с другой, обеспечивает максимальную длину траектории
перелета потока от задней к фронтовой стенке топки, т.е. наилучшие условия выгорания во
взвешенном состоянии.
Предлагаемые отношения площадей поперечного сечения эжектора подачи топлива 9 и каждой группы сопел дутья 1,25-2 и скоростей дутья в них соответственно 0,8-0,5 сохраняет одинаковое произведение скорости на площадь сечения, т.е. расходы дутья. Коэффициент аэродинамического сопротивления эжектора подачи топлива значительно выше, чем у сопел дутья. За счет уменьшенных в 0,8-0,5 раз скоростей дутья можно выровнять перепады давления в эжекторе подачи топлива и в соплах дутья и обеспечить их работу от общего вентилятора 17 без регулирования шиберами 16, что и упрощает схему вихревой топки.
С другой стороны, по условию выгорания топлива и поддержания его во взвешенном состоянии желательно в сечениях подачи иметь одинаковый расход дутья. Это обеспечивается уменьшением в 1,25-2 раза площади поперечных сечений сопел дутья.
Начальный температурный режим создается растопочной газовой горелкой 20 (фиг.1), расположенной в вихревой камере сгорания и наклоненной к поду вихревой камеры сгорания. В случае применения горючих отходов, газовая горелка располагается в камере дожигания 20 (фиг.4) и служит для более полного выгорания горючих газов, поступающих из вихревой камеры сгорания. При любом виде расположения газовой горелки, она и может служить в качестве горелки резервного вида топлива.
Вихревая топка, как показано на фиг.3, может содержать две вихревые камеры сгорания 1 и расположенную между ним камеру дожигания 2. Применение двух вихревых камер сгорания обеспечивает размещение большой площади экранов 3 на внешних стенах 7, позволяет, по крайней мере, в два раза увеличить общую мощность и глубину регулирования нагрузки вихревой топки. В данной конфигурации вихревой топки газовая горелка 20 может располагаться или в камере дожигания (фиг.4) или газовые горелки могут располагаться в каждой вихревой камере сгорания (фиг.5).
За вихревой топкой далее по ходу дымовых газов установлены трубы конвективной поверхности 18 нагрева котла и выходное окно 19.
Предлагаемая вихревая топка работает следующим образом.
Благодаря тангенциальной подаче дутья через эжектор подачи топлива 9 и группы сопел 13, 14 дутья в вихревой камере сгорания 1, образованной внешней 7 и разделительной 8 стенками, экранами 3 и обмуровкой 4, организуется вихревое течение. При работе топки за счет центробежных сил, увеличенных поперечных размеров вихревой камеры сгорания 1 и аэродинамического выступа 6 происходит удержание горящих частиц топлива в узкой пристенной зоне до их глубокого выгорания и измельчения во вращающемся потоке газов. Расположение сопел 13, 14 внизу и на подъемном участке, т.е. в зоне оседания и выпадения частиц из потока, позволяет повысить эффективность удержания частиц и устойчивость вращения двухфазного потока без чрезмерного увеличения скорости дутья.
Кроме дутья для обеспечения процесса из бункера 11 с помощью питателя 10 равномерно дозируется топливо. Топливо подается эжектором подачи топлива 9 в вихревую камеру сгорания 1 через диффузор 12. Повышение давления в диффузоре 12 и высокоскоростной поток дутья в эжекторе подачи топлива 9 исключают обратный прорыв горячих топочных газов в тракт подачи топлива при пульсациях давления в топке. Таким образом, предлагаемая система топливоподачи обеспечивает стабильную подачу топлива, исключает автоколебательные режимы горения с повышенным выносом не догоревших частиц, т.е. повышает эффективность сжигания топлива.
Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, воспринимается охлаждающими экранами 3, что обеспечивает работу топки без спекания и потерь топлива. При этом вся площадь охлаждающих экранов 3, необходимая для низкотемпературного топочного процесса, может разместиться на одной торцевой стенке 7.
Вращающийся поток газообразных продуктов сгорания и мелких частиц выходит через газоперепускное окно 5 в камеру дожигания 2. Аэродинамический выступ 6 срезает и возвращает в топку периферийный поток, который наиболее насыщен частицами и уменьшает их вынос. После камеры дожигания 2 поток продуктов сгорания проходит поверхности нагрева 18, охлаждается ими и через выходное окно 19 удаляется из котла.
По результатам патентного поиска, предлагаемая вихревая топка не найдена, а конструкция топки не следует явным образом из уровня техники, так как она основана на результатах многочисленных практических и экспериментальных испытаний и конструктивных проработок, а значит представленное изобретение обладает “изобретательским уровнем”.
Возможность осуществления изобретения “Вихревая топка” подтверждается описанием аналогов, описанием предлагаемого изобретения, технической документацией заявителя: 04.374.00.00 СБ, 04.365.00.00 СБ, 04.3800.000 СБ, 04.350.00.00 СБ, 04.3900.000 СБ, 00.8022.516 СБ, отчетом по балансовым испытаниям котла Е 14-2,1-350 ГДВ с вихревой топкой 00.8022.516 СБ, установленного в котельной Урюпинского МЭЗа для работы на лузге.
Результаты испытаний: видимый унос, горение, СО при полном сжигании лузги, при измерениях газоанализатором DELTA 2000, находятся в допустимых пределах требований соответствующих документов ТУ 24.118-94
Использование предлагаемой вихревой топки по сравнению с прототипом [3] позволяет упростить конструкцию, повысить эффективность сжигания топлива и дополнительно предусматривает возможность увеличения и глубокого регулирования мощности топки, а и увеличить экологическую безопасность топки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий, - М.: Энергия, 1978 г.
2. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990 г.
3. Патент RU N 2132512, F 23 С 5/24, опубл. 27.06.99, бюл. №18.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Вихревая топка, содержащая, по крайней мере, одну экранированную вихревую камеру сгорания и одну камеру дожигания, соединенные газоперепускным окном, которое обрамлено направленным в сторону вихревой камеры сгорания аэродинамическим выступом с размером 100-200 мм, отношение поперечного размера вихревой камеры сгорания к ее глубине составляет 2-6, а отношение поперечного размера вихревой камеры сгорания к диаметру газоперепускного окна составляет 1,4-5, при этом эжектор подачи топлива оканчивается диффузором с выходом, расположенным на фронтовой стенке вихревой камеры сгорания на расстоянии не менее 100 мм от пода, наклоненным вниз и ориентированным под корень группы первых сопел дутья, установленных вдоль нижней образующей вихревой камеры сгорания, причем первые сопла дутья направлены вверх под углом 30-45º и ориентированы под корень второй группы сопел дутья, расположенных на задней стенке вихревой камеры сгорания и направленных по касательной к аэродинамическому выступу газоперепускного окна, кроме того, отношение площадей поперечных сечений эжектора подачи топлива и каждой группы сопел дутья равно 1,25-2, а отношение скоростей дутья в них соответственно равно 0,8-0,5, а и газовую горелку.
2. Вихревая топка по п.1, отличающаяся тем, что содержит две вихревые камеры сгорания и расположенную между ними камеру дожигания.
3. Вихревая топка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что газовая горелка располагается в вихревой камере сгорания и наклонена к поду вихревой камеры сгорания.
4. Вихревая топка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что газовая горелка располагается в камере дожигания.
Версия для печати
Дата публикации 29.01.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018