Устройство для сжигания суспензионных топлив

Техническое решение относится к области устройств для сжигания суспензионных топлив, в том числе водоугольного топлива, и может найти применение в теплоэнергетике.

Известен котел для сжигания суспензионных топлив [Патент РФ №2766244, F23C 3/00, 2021 г.], содержащий муфельную камеру сжигания топлива с топливными пневматическими форсунками и дутьевыми соплами и камеру охлаждения дымовых газов, экранированную кипятильными трубами. Между камерой сгорания и камерой охлаждения дополнительно установлена секционная камера дожигания топлива и частичного охлаждения дымовых газов с экранированными стенками. Недостатками данного устройства являются неполное сжигание топлива в котле, нарушение режимов сжигания топлива, сложность в управлении процессом горения топлива.

Известно топочное устройство для сжигания водоугольного топлива [Патент РФ №2518754, F23C 3/00, F23J 1/02, 2014 г.], включающее футерованную камеру сгорания цилиндрической формы с горизонтальной осью вращения и плоскими торцевыми стенками, и камеру охлаждения, сообщающиеся между собой посредством газоперепускных окон, в нижней части топочного устройства установлен золоуловитель, выполненный в форме воронки, а дутьевые сопла установлены внутри камеры сгорания с касательной подачей окислителя и установлена центральная огнеупорная вставка, ниже золоуловителя установлена камера шлакоудаления. К недостаткам данного устройства можно отнести следующие: низкая температура сжигания топлива, которая приводит к неполному сгоранию топлива и образованию большого количества шлака, трудно удаляемого из кипящего слоя; сложность организации процесса ввода и сжигания водоугольного топлива; унос мелкодисперсных частиц угля в окружающую среду; низкий коэффициент использования водоугольного топлива.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для сжигания суспензионных топлив [Патент РФ №2794290, F23C 6/00, 2023 г.], содержащее камеру сгорания топлива с топливными пневматическими форсунками, секционную камеру дожигания топлива и охлаждения дымовых газов, и дополнительную камеру сгорания топлива, оснащенную форсункой и дутьевым соплом. Недостатками данного устройства являются: наличие застойных зон в камерах сгорания, что приводит к образованию обратных вихрей, тормозящих движение основного потока топочных газов; нерациональный ввод дутьевого воздуха в камеры.

Предлагаемое техническое решение направлено на совершенствование конструкции устройства для сжигания суспензионных топлив с целью повышения качества сгорания топлива, надежности процесса горения водоугольного топлива в камерах сгорания топлива. Техническое решение позволит повысить качество сгорания суспензионного топлива за счет интенсификации процессов горения топлива, эффективного смешивания потоков топлива и воздуха в камерах сгорания, уменьшения потерь энергии на транспортирование продуктов сгорания к рабочей теплообменной части котла.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве для сжигания суспензионных топлив, внутренняя поверхность предварительной и вторичной камер сгорания топлива выполнена либо цилиндрической формы, либо в виде призмы с количеством граней более четырех, внутренняя поверхность камеры дожигания топлива и охлаждения топочных газов выполнена конической формы, камеры сгорания сообщаются между собой цилиндрическим каналом или каналом прямоугольного поперечного сечения, имеющим в нижней центральной части отверстие для вывода шлака в золоуловитель, при этом камера вторичного сгорания топлива расположена вертикально. Канал расположен тангенциально к внутренней боковой поверхности камеры вторичного сгорания топлива. Форсунки и дутьевые сопла размещены на боковых поверхностях предварительной и вторичной камер сгорания топлива и направлены по касательной к внутренней поверхности соответствующей камеры сгорания. Форсунки и дутьевые сопла размещены на противоположных сторонах боковой поверхности камеры сгорания топлива, как предварительной, так и вторичной камер сгорания.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фигуре 1 показана схема устройства для сжигания суспензионных топлив; на фигуре 2 поперечный разрез А-А предварительной камеры сгорания топлива; на фигуре 3 показан вариант схемы устройства для сжигания суспензионных топлив с вертикально расположенной предварительной камерой сгорания топлива.

Устройство для сжигания суспензионных топлив состоит из цилиндрической или в виде призмы, горизонтально или вертикально расположенной, предварительной камеры 1 сгорания топлива, цилиндрической или в виде призмы вторичной камеры 2 сгорания топлива, конической камеры 3 дожигания топлива и охлаждения топочных газов. В предварительной камере сгорания 1 установлены пневматические топливные форсунки 4 и дутьевые сопла 5 для ввода воздуха. Во вторичной камере сгорания 2 также установлены пневматические топливные форсунки 6 и дутьевые сопла 7. Камеры сгорания 1 и 2 соединены между собой горизонтальным каналом 8 цилиндрической или прямоугольной формы с отверстием 9 для вывода шлака в нижней части канала, напротив данного отверстия установлен золоуловитель 10. Камеры 2 и 3 расположены вертикально, одна под другой. Форсунки 4 и 6 и дутьевые сопла 5 и 7 размещены, соответственно, на боковой поверхности камер 1 и 2 сгорания топлива и направлены по касательной к внутренней поверхности камеры, что обеспечивает круговое вихревое движение продуктов сгорания в камерах. Над камерой 3 установлена рабочая часть 11 котла с теплообменными трубами.

Устройство работает следующим образом. В предварительную камеру 1 сгорания через форсунки 4 подается топливо, а через дутьевые сопла 5 вводится воздух тангенциально к внутренней цилиндрической поверхности камеры. Это обеспечивает круговое вихревое движение продуктов сгорания в камере по винтовой траектории. Высокореакционное топливо воспламеняется. После разогрева стенок камеры предварительного сгорания до 500-600°С к высокореакционному топливу в малой пропорции добавляется водоугольное топливо. По мере повышения температуры внутри камеры сгорания, доля водоугольного топлива увеличивается, с выходом на режим работы котла подается только водоугольное топливо. Далее разогретые топочные газы по каналу 8 поступают во вторичную камеру 2 сгорания топлива. В камеру 2 через форсунки 6 подается дополнительная порция топлива, а через дутьевые сопла 7 вводится необходимое количество воздуха тангенциально к внутренней стенке камеры, что обеспечивает поддержание высокой температуры топочных газов в камерах 1 и 2 и, следовательно, полное сгорание топлива. Затем нагретые топочные газы поступают в камеру 3 дожигания топлива и охлаждения топочных газов. За счет конической формы камеры 3, расширяющейся вверх, вертикальная скорость несгоревших частиц топлива, поступающих в камеру 3, уменьшается и частицы топлива возвращаются обратно во вторичную камеру 2 для повторного сжигания. Из камеры 3 топочные газы направляются в рабочую часть 11 котла. Образующийся при сгорании топлива шлак стекает по стенкам камер сгорания в канал 8, затем по нижней поверхности канала в отверстие 9 для вывода шлака и далее в золоуловитель 10.

Использование предлагаемого устройства для сжигания суспензионных топлив обеспечивает, по сравнению с существующими устройствами, более эффективное использование энергии топочных газов при нагреве теплоносителя в котельном оборудовании; повышение качества сгорания топлива за счет уменьшения количества застойных зон в камерах сгорания и дожигания топлива; повышение коэффициента полезного действия котельного оборудования. Устройство может быть использовано при сгорании суспензионных топлив в котлах большой и средней мощности.