RU2594840C1

RU2594840C1 - Вертикальная призматическая топка

Info

Publication number: RU2594840C1
Application number: RU2015115351/06A
Authority: RU
Inventors: Константин Владимирович Осинцев; Владимир Валентинович Осинцев
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-08-20

Abstract

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций при сжигании природного газа и угольной пыли. Вертикальная призматическая топка содержит фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы многофункциональные горелки, имеющие по три вертикальных щелевых сопла с собственными вертикальными плоскостями симметрии соответственно, для подачи пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха, разделенные простенками, размещенные с образованием вертикального ряда на каждой из боковых стен топки и с наклоном к задней стене дополнительные вертикальные щелевые сопла для подачи третичного воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания, причем каждая симметричная группа состоит из горелок двух соседних вертикальных рядов, примыкающих соответственно к боковым стенам и вертикальной плоскости симметрии топки, вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси горелок вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны боковых стен топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны плоскости симметрии топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны боковых стен топки, сопла для подачи пылеуглевоздушной смеси во всех горелках установлены в центре соответственно между соплами для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси. В каждой горелке вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи вторичного воздуха и вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи газовоздушной смеси наклонены к вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси на угол 3-12 град, угол наклона вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам, к вертикальной плоскости симметрии топки, составляет 5-15 град, а угол наклона вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи третичного воздуха к задней стене топки равен 10-25 град, расстояние между этой плоскостью симметрии на выходе из сопл для подачи третичного воздуха и задней стеной (0,10-0,25)C, где C - ширина боковой стены, м. Изобретение позволяет снизить расход воздуха на сдувание шлака с задней стены и концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания. 9 ил.

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций при сжигании природного газа и угольной пыли.

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы горелки для комбинированного ввода и организованного сжигания природного газа и угольной пыли, размещенные на боковых стенах дополнительные сопла для подачи воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания (патент РФ №2215237; F23C 1/12 от 25.11.2002 г.; Б.И. №30, 2003 г.). Недостаток топки - активное загрязнение шлаком (расплавленными в факеле частицами сопутствующей породы) задней стены топочной камеры при сжигании пыли угля с низкой температурой плавления зольно-породного остатка, например, бурого угля, а также при одновременном сжигании природного газа и угольной пыли. При загрязнении стен шлаковыми отложениями снижается эффективность теплообмена внутритопочной камеры и увеличивается уровень температуры факела на выходе из топки, что обуславливает загрязнения расплавленными частицами породы (шлаком) уже конвективных поверхностей нагрева (в частности, пароперегревателей), размещаемых в газоходах, примыкающих к выходному окну топки. Шлакование вызывает комплекс проблем, связанных с очисткой поверхностей нагрева, вынужденными остановами, снижением тепловой нагрузки котла.

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы горелки, имеющие сопла для ввода пылеуглевоздушной смеси и газовоздушной смеси с вертикальными плоскостями симметрии, наклоненными к вертикальной плоскости симметрии топки, размещенные на боковых стенах с примыканием к задней стене вертикально-щелевые сопла для ввода воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания (авт. св. СССР №964337, МПК F23C 7/02 от 11.12.1980 г.; Б.И. №37 от 07.10.1982 г.). При наличии воздушных сопл, установленных вблизи боковых стен и имеющих плоскость симметрии, параллельную задней стене, обеспечиваются бесшлаковочные режимы при сжигании угольной пыли, а также одновременно угольной пыли и природного газа. Недостаток топки - большой расход воздуха на специально организуемое дутье вдоль задней стены, вызывающий дополнительные потери электроэнергии на привод вентиляторов и собственные нужды котельной. Кроме того, значительна концентрация вредных оксидов азота, образующихся при сжигании угольной пыли и отводимых в атмосферу через дымовую трубу.

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене многофункциональные горелки, имеющие вертикально-щелевые сопла для ввода газовоздушной смеси и пылеуглевоздушной смеси, разделенные простенком, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания (патент РФ №2228491; F23D 17/00 от 15.04.2003 г.; Б.И. №13, 2004 г.). Недостаток топки - загрязнение шлаковыми отложениями задней стены, особенно активное при повышенных тепловых нагрузках котла (85-100% номинальной), в период сжигания угольной пыли раздельно или одновременно с природным газом.

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене многофункциональные горелки, имеющие вертикально-щелевые сопла для ввода газовоздушной смеси и пылеуглевоздушной смеси, разделенные простенком, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания (патент РФ №2309332; F23D 17/00 от 13.06.2006 г.; Б.И. №30, 2007 г.). Недостаток топки - также шлакование задней стены при сжигании только угольной пыли или одновременно угольной пыли и природного газа.

Известна вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на стенах сопла для ввода пылеугольной смеси и природного газа, разделенные простенками, а также сопла для ввода воздуха, имеющие вертикальные плоскости симметрии, наклоненные к стенам, и окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания (патент РФ №1657862; F23C 5/00 от 27.01.1989 г.; Б.И. №23, 1991 г.). Недостаток устройства - большой расход воздуха через воздушные сопла с вертикальными плоскостями симметрии, установленными с неоптимальными углами и расстояниями от стен.

Известна наиболее близкая вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы многофункциональные горелки, имеющие по три вертикальных щелевых сопла с собственными вертикальными плоскостями симметрии соответственно, для подачи пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха, разделенные простенками, размещенные с образованием вертикального ряда на каждой из боковых стен топки и с наклоном к задней стене дополнительные вертикальные щелевые сопла для подачи третичного воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания, причем каждая симметричная группа состоит из горелок двух соседних вертикальных рядов, примыкающих соответственно к боковым стенам и вертикальной плоскости симметрии топки, вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси горелок вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны боковых стен топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны плоскости симметрии топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны боковых стен топки, сопла для подачи пылеуглевоздушной смеси во всех горелках установлены в центре соответственно между соплами для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси (Особенности и организация факельного процесса в топке с многофункциональными горелками / В.В. Осинцев, Г.Ф. Кузнецов, В.В. Петров, М.П. Сухарев // Электрические станции. - 2002. - №11. - С. 14-19). Недостаток топки - значительный расход воздуха на сдувание шлака с задней стены и повышение концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания при сжигании угольной пыли раздельно или совместно с природным газом.

Задача изобретения - снижение расхода воздуха на сдувание шлака с задней стены и концентрации оксидов азота в отводимых продуктах сгорания при сжигании угольной пыли раздельно или совместно с природным газом.

Для решения поставленной задачи в вертикальной призматической топке, содержащей фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы многофункциональные горелки, имеющие по три вертикальных щелевых сопла с собственными вертикальными плоскостями симметрии соответственно, для подачи пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха, разделенные простенками, размещенные с образованием вертикального ряда на каждой из боковых стен топки и с наклоном к задней стене дополнительные вертикальные щелевые сопла для подачи третичного воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания, причем каждая симметричная группа состоит из горелок двух соседних вертикальных рядов, примыкающих соответственно к боковым стенам и вертикальной плоскости симметрии топки, вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси горелок вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны боковых стен топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны плоскости симметрии топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны боковых стен топки, сопла для подачи пылеуглевоздушной смеси во всех горелках установлены в центре соответственно между соплами для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси, согласно изобретению в каждой горелке вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи вторичного воздуха и вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи газовоздушной смеси наклонены к вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси на угол 3-12 град, угол наклона вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам, к вертикальной плоскости симметрии топки, составляет 5-15 град, а угол наклона вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи третичного воздуха к задней стене топки равен 10-25 град, расстояние между этой плоскостью симметрии на выходе из сопл для подачи третичного воздуха и задней стеной (0,10-0,25)C, где C - ширина боковой стены, м.

Наклоном вертикальных плоскостей симметрии сопл для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси к вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси на угол α₁=α₂=3-12 град, установкой вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам, к вертикальной плоскости симметрии топки под углом β=5-15 град, а также наклоном вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи третичного воздуха к задней стене топки на угол γ=10-25 град и установкой этих сопл на расстоянии C₁=(0,10-0,25)C от задней стены, где C - ширина боковой стены топки, м, обеспечивается отсутствие шлакования задних стен и минимальный выход оксидов азота с продуктами сгорания в режимах сжигания угольной пыли раздельно или одновременно с природным газом, то есть решается поставленная задача. Например, при реализации отмеченных признаков в топке котла БКЗ-210-140Ф при сжигании пыли бурого угля Шоптыкольского месторождения раздельно или одновременно с природным газом при α₁=7 град, α₂=7 град, β=10 град, γ=15 град, С₁=0,15C шлакование задней стены полностью отсутствует, а уровень концентрации оксидов азота в продуктах сгорания на выходе из топки и из котла ΝΟ_x≤350 мг/нм³ во всем диапазоне рабочих тепловых нагрузок и долевых соотношений подаваемых в топку природного газа и угольной пыли. Расход воздуха на третичное дутье как при раздельном, так и одновременном сжигании угольной пыли и природного газа не превышает V₃≤0,1V, где V - общий расход воздуха в топку, нм³/с. Как только хотя бы один из конструктивных параметров α₁, α₂, β, γ, C₁ отклоняется даже незначительно в большую или меньшую сторону от заявляемого диапазона в период сжигания угольной пыли, начинается шлакование задней стены, для снижения активности этого процесса увеличивают расход третичного воздуха резко скачкообразно V₃≥0,2V. Концентрация оксидов азота при этом также увеличивается скачкообразно до ΝΟ_x≥600 мг/нм³. При работе на природном газе с заявляемыми значениями α₁, α₂, β, γ, C₁ величина ΝΟ_x≤90 мг/нм³, а концентрация оксида углерода, характеризующая эффективность выгорания, CO≈0%. При отклонениях α₁, α₂, β, γ, C₁ от заявляемых значений в период сжигания одного природного газа также вынуждены увеличивать скачкообразно расход третичного воздуха до V₃≥0,2V из-за необходимости организации нормального выгорания с CO≈0%, при этом концентрация ΝΟ_x≥200 мг/нм³. Таким образом, параметры α₁=3-12 град, α₂=3-12 град, β=5-15 град, γ=10-25 град, С₁=(0,10-0,25)С можно считать оптимальными, способствующими решению поставленной задачи изобретения при организации сжигания угольной пыли и природного газа с минимальными расходом третичного воздуха на сдувание шлака с задней стены топки и концентрации оксидов азота в продуктах сгорания.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема вертикальной призматической топки, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 с симметричными «левой» и «правой» группами горелок, увеличено; на фиг. 4 - разрез по A-A на фиг. 1 при подаче в топку потоков пылеуглевоздушной смеси, вторичного и третичного воздуха через «левую» группу горелок, увеличено, на фиг. 5 - то же при подаче в топку потоков газовоздушной смеси, вторичного и третичного воздуха; на фиг. 6 - схема многофункциональной горелки, участок I на фиг. 4, 5, увеличено; на фиг. 7 - вид B из топки на многофункциональную горелку на фиг. 6; на фиг. 8 - схема сопла для ввода третичного воздуха, участок II на фиг. 4, 5, увеличено; на фиг. 9 - вид Г из топки на сопло для ввода третичного воздуха на фиг. 8.

Вертикальная призматическая топка на фиг. 1-9 содержит фронтовую, заднюю и боковые стены 1, 2 и 3, 4 соответственно. Потолочное и подовое перекрытия 5, 6 соответственно, стены 1, 2, 3, 4 и перекрытия 5, 6 экранированы трубами 7 с нагреваемой рабочей средой - водой и паром. На фронтовой стене 1 в горизонтальных рядах m₁ и m₂ и вертикальных рядах n₁ и n₂ соответственно установлены многофункциональные горелки, разделенные вертикальной плоскостью симметрии δ на две симметричные «левую» и «правую» группы, при этом каждая симметричная группа включает горелки 8, 9, 10, 11. Горелки 8, 9 в каждой симметричной группе размещены в вертикальных рядах n₁, примыкающих к боковым стенам 3, 4, и имеют по три вертикальных щелевых сопла 12, 13, 14 для подачи в топку потоков пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха p₁, p₂, p₃ соответственно с собственными вертикальными плоскостями симметрии 1₁, l₂, l₃. Горелки 10, 11 размещены в вертикальных рядах n₂, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки δ и также имеют по три вертикальных щелевых сопла 15, 16, 17 для подачи в топку потоков пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха p₄, p₅, p₆ соответственно с собственными вертикальными плоскостями симметрии l_l, l₅, l₆. В каждой горелке сопла разделены простенками: в вертикальных рядах n₁ простенками 18, 19, в вертикальных рядах n₂ простенками 20, 21. На каждой из боковых стен 3, 4 установлены дополнительные вертикальные щелевые сопла 22, 23 и 24, 25 для ввода потоков третичного воздуха p₇. Сопла 22, 23 и 24, 25 скомпонованы в вертикальные ряды n₃, симметрично размещены на боковых стенах 3, 4, имеют собственные вертикальные плоскости симметрии l₇, наклоненные к задней стене 2 с экранами 7 под углом γ. Топка имеет окна 26, 27 для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания. «Левая» и «правая» симметричные группы состоят из горелок 8, 9 и 10, 11 двух соседних вертикальных рядов n₁ и n₂ соответственно, примыкающих к боковым стенам 3, 4 и вертикальной плоскости симметрии топки δ. Вертикальные плоскости симметрии l₁ сопл 12 для подачи потоков пылеуглевоздушной смеси p₁ в вертикальных рядах n₁ с горелками 8, 9, примыкающих к боковым стенам 3, 4, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки δ на угол β. В горелках 8, 9 вертикальных рядов n₁, примыкающих к боковым стенам 3, 4, сопла 14 для подачи потоков вторичного воздуха p₃ установлены со стороны боковых стен 3, 4, а сопла 13 для подачи потоков газовоздушной смеси p₂ размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки δ. В горелках 10, 11 вертикальных рядов n₂, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки δ, сопла 17 для подачи потоков вторичного воздуха p₆ установлены со стороны плоскости симметрии топки δ, а сопла 16 для подачи потоков газовоздушной смеси p₅ размещены со стороны боковых стен 3, 4 топки. Сопла 12, 15 для подачи потоков пылеуглевоздушной смеси p₁, p₄ во всех горелках 8, 9, 10, 11 установлены в центре соответственно между соплами 14, 17 для подачи потоков вторичного воздуха p₃, p₆ и соплами 13, 16 для подачи потоков газовоздушной смеси p₂, p₅. Топка выполнена со следующими особенностями. В каждой горелке 8, 9, 10, 11 вертикальные плоскости симметрии l₃, l₆ сопл 14, 17 для подачи потоков вторичного воздуха p₃, p₆ и вертикальные плоскости симметрии l₂, l₅ сопл 13, 16 для подачи потоков газовоздушной смеси p₂, p₅ наклонены к вертикальной плоскости симметрии l₁, l₄ сопл 12, 15 для подачи пылеуглевоздушной смеси на угол α₁=α₂=3-12 град соответственно, а угол наклона вертикальной плоскости симметрии l₁ сопл 12 для подачи потоков пылеуглевоздушной смеси p₁ в горелках 8, 9 вертикальных рядов n₁, примыкающих к боковым стенам 3, 4, относительно вертикальной плоскости симметрии топки δ, составляет 5-15 град, угол наклона вертикальной плоскости симметрии l₇ сопл 22, 23, 24, 25 для подачи потока третичного воздуха p₇ к задней стене 2 топки равен 10-25 град, а расстояние между этой плоскостью симметрии l₇ на выходе из сопл 22, 23, 24, 25 для подачи третичных потоков воздуха p₇ и задней стеной 2 равно (0,10-0,25)C, где C - ширина боковой стены, м.

Работа топки на фиг. 1-9 осуществляется путем раздельного ввода в горелки 8, 9, 10, 11 потоков пылеуглевоздушной смеси p₁, p₄ и газовоздушной смеси p₂, p₅. При подаче в топку только потоков пылеуглевоздушной смеси p₁, p₄ через сопла 12, 15 горелок 8, 9, 10, 11 согласно фиг. 4 происходит ее воспламенение и образование пылеугольного факела, для поддержания горения в последнем через сопла 14, 17 тех же горелок 8, 9, 10, 11 и сопла 22, 23, 24, 25 подают потоки вторичного и третичного воздуха p₃, p₆, p₇. В процессе горения угольной пыли образуются продукты сгорания. Газообразные продукты и мелкие частицы выгоревшей золы отводят через окно 26 в верхней части топки, а более крупные частицы той же золы и спекшиеся шлаковые конгломераты выводят через шлаковыводящее окно 27 в нижней части топки. Для наглядности на фиг. 1 выделены объемные участки воспламенения k₁ и горения с воздушной подпиткой факела вторичным и третичным воздухом k₂ и k₃ соответственно. По трубам 7 циркулирует нагреваемая рабочая среда - вода и пар, отводимый поток продуктов сгорания p₈ через окно 26 попадает в примыкающий газоход 28 с пароперегревателем 29 и другими нагревателями рабочей среды (на фиг. 1-9 не показаны), и тоже отдает свою теплоту. На выходе из топки в окне 26 определяют концентрацию оксидов азота NO_x и оксида углерода CO, уровень ΝΟ_x и CO сохраняется практически без изменения при отводе продуктов сгорания по газоходам и в дымовой трубе (на фиг. 1-9 не показаны). В топке циркулируют потоки газообразных продуктов сгорания p₉ и p₁₀, эжектируемые потоками p₁, p₄, p₃, p₆. Под воздействием более высокой температуры потоков p₉ и p₁₀ происходит активный разогрев потоков пылеуглевоздушной смеси p₁ и p₄ с последующим их воспламенением на участке k₁, а также устойчивое горение пыли на участках k₂ и k₃.

При подаче в топку через сопла 13, 16 горелок 8, 9, 10, 11 потоков газовоздушной смеси p₂, p₅ происходит воспламенение и образование газового факела, для поддержания горения через сопла 22, 23, 24, 25 в топку вводят потоки вторичного и третичного воздуха p₃, p₆, p₇, фиг. 5. В процессе горения природного газа образуются газообразные продукты сгорания, выводимые через окно 26 в верхней части топки. В топке формируются те же объемные участки воспламенения k₁ и горения k₂, k₃. Циркулирующая в трубах 7 рабочая среда нагревается от газового факела. Выводимый из топки в газоход 28 поток продуктов сгорания p₈ нагревает рабочую среду в пароперегревателе 29 и других нагревателях газохода 28 и отводится через дымовую трубу в атмосферу (на фиг. 1-9 последние элементы не показаны). Циркулирующие потоки p₉, p₁₀ как и в случае с пылеугольным факелом разогревают горелочные потоки в данном случае p₂, p₅ и p₃, p₆, способствуя устойчивому воспламенению и горению реагентов в газовом факеле на участках k₁, k₂, k₃.

Возможны варианты работы топки при совместном сжигании пылеуглевоздушной смеси и газовоздушной смеси. Для этого по одному из вариантов потоки разнородного топлива направляют в различные симметричные группы горелок, например, пылеуглевоздушную смесь подают через «левую» группу горелок, а газовоздушную - через «правую» группу горелок. Возможен вариант с перераспределением разнородного топлива по вертикальным рядам n₁ и n₂ горелок в каждой из симметричных групп. Например, в горелки 8, 9 вертикального ряда n₁ через сопло 12 в топку вводят потоки пылеуглевоздушной смеси p₁, а в горелки 10, 11 вертикального ряда n₂ через сопла 16 в топку вводят потоки газовоздушной смеси p₅. Как и в случаях раздельного ввода пылеуглевоздушной смеси в топке формируются те же объемные участки воспламенения k₁ и горения k₂, k₃. Устойчивое протекание окислительных процессов с тепловыделением на двух последних участках поддерживают подачей потоков вторичного и третичного воздуха p₃, p₆, p₇ через сопла 14, 17 горелок 8, 9, 10, 11 и сопла 22, 23, 24, 25 боковых стен 3, 4.

Наклоном вертикальных плоскостей симметрии сопл для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси к вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси на угол α₁=α₂=3-12 град, установкой вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам, к вертикальной плоскости симметрии топки под углом β=5-15 град, а также наклоном вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи третичного воздуха к задней стене топки на угол γ=10-25 град и установкой этих сопл на расстоянии C₁=(0,10-0,25)C от задней стены, где C - ширина боковой стены топки, м, обеспечивается отсутствие шлакования задних стен и минимальный выход оксидов азота с продуктами сгорания в режимах сжигания угольной пыли раздельно или одновременно с природным газом, то есть решается поставленная задача. Например, при реализации отмеченных признаков в топке котла БКЗ-210-140Ф при сжигании пыли бурого угля Шоптыкольского месторождения раздельно или одновременно с природным газом при α₁=7 град, α₂=7 град, β=10 град, γ=15 град, C₁=0,15C шлакование задней стены полностью отсутствует, а уровень концентрации оксидов азота в продуктах сгорания на выходе из топки и из котла ΝΟ_x≤350 мг/нм³ во всем диапазоне рабочих тепловых нагрузок и долевых соотношений подаваемых в топку природного газа и угольной пыли. Расход воздуха на третичное дутье как при раздельном, так и одновременном сжигании угольной пыли и природного газа не превышает V₃≤0,1V, где V - общий расход воздуха в топку, нм³/с. Как только хотя бы один из конструктивных параметров α₁, α₂, β, γ, C₁ отклоняется даже незначительно в большую или меньшую сторону от заявляемого диапазона в период сжигания угольной пыли начинается шлакование задней стены, для снижения активности этого процесса увеличивают расход третичного воздуха резко скачкообразно V₃≥0,2V. Концентрация оксидов азота при этом также увеличивается скачкообразно до ΝΟ_x≥600 мг/нм³. При работе на природном газе с заявляемыми значениями α₁, α₂, β, γ, C₁ величина ΝΟ_x≤90 мг/нм³, а концентрация оксида углерода, характеризующая эффективность выгорания CO≈0%. При отклонениях α₁, α₂, β, γ, C₁ от заявляемых значений в период сжигания одного природного газа также вынуждены увеличивать скачкообразно расход третичного воздуха до V₃≥0,2V из-за необходимости организации нормального выгорания с CO≈0%, при этом концентрация ΝΟ_x≥200 мг/нм³. Таким образом, параметры α₁=3-12 град, α₂=3-12 град, β=5-15 град, γ=10-25 град, C₁=(0,10-0,25)C можно считать оптимальными, способствующими решению поставленной задачи изобретения при организации сжигания угольной пыли и природного газа с минимальными расходом третичного воздуха на сдувание шлака с задней стены топки и концентрации оксидов азота в продуктах сгорания.

Топка может иметь также один горизонтальный ряд m₁ или большее количество горизонтальных рядов m₁, m₂, m₃ и т.д. многофункциональных горелок 8, 9, 10, 11, но одинаковое количество вертикальных рядов n₁ и n₂. Работа топки с увеличенным количеством горизонтальных рядов или с одним горизонтальным рядом аналогична работе топки с рассмотренным количеством горизонтальных рядов m₁ и m₂.

Практическое применение предлагаемого устройства связано с топками котлов, имеющих фронтальную компоновку горелок, например котлов БКЗ-210-140Ф и ПК-14. С заменой на фронтовых стенах топок существующих горелок на многофункциональные горелочные устройства и установкой на боковых стенах дополнительных воздушных сопл с реализацией заявляемых конструкторских особенностей уменьшается концентрация оксидов азота в дымовых газах с 800-1200 мг/нм³ до ≤350 мг/нм³ при работе на угольной пыли и с 250-350 мг/нм³ до ≤90 мг/нм³ при работе на природном газе.

Кроме того, снижается температурный уровень факела, что способствует снижению активности загрязнения задних стен шлаковыми отложениями и обеспечивает безаварийную работу котлов во всем диапазоне рабочих тепловых нагрузок при минимальном расходе третичного воздуха и соответствующих пониженных затратах на привод вентиляторов, то есть с уменьшением собственных нужд котельной.

Claims

Вертикальная призматическая топка, содержащая фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в горизонтальных и вертикальных рядах с разделением вертикальной плоскостью симметрии топки на две симметричные группы многофункциональные горелки, имеющие по три вертикальных щелевых сопла с собственными вертикальными плоскостями симметрии соответственно, для подачи пылеуглевоздушной смеси, газовоздушной смеси и вторичного воздуха, разделенные простенками, размещенные с образованием вертикального ряда на каждой из боковых стен топки и с наклоном к задней стене дополнительные вертикальные щелевые сопла для подачи третичного воздуха, а также окна для вывода газообразных и твердых продуктов сгорания, причем каждая симметричная группа состоит из горелок двух соседних вертикальных рядов, примыкающих соответственно к боковым стенам и вертикальной плоскости симметрии топки, вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси горелок вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, наклонены к вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны боковых стен топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны вертикальной плоскости симметрии топки, в горелках вертикальных рядов, примыкающих к вертикальной плоскости симметрии топки, сопла для подачи вторичного воздуха установлены со стороны плоскости симметрии топки, а сопла для подачи газовоздушной смеси размещены со стороны боковых стен топки, сопла для подачи пылеуглевоздушной смеси во всех горелках установлены в центре соответственно между соплами для подачи вторичного воздуха и газовоздушной смеси, отличающаяся тем, что в каждой горелке вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи вторичного воздуха и вертикальные плоскости симметрии сопл для подачи газовоздушной смеси наклонены к вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси на угол 3-12 град, угол наклона вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи пылеуглевоздушной смеси в горелках вертикальных рядов, примыкающих к боковым стенам, к вертикальной плоскости симметрии топки, составляет 5-15 град, а угол наклона вертикальной плоскости симметрии сопл для подачи третичного воздуха к задней стене топки равен 10-25 град, расстояние между этой плоскостью симметрии на выходе из сопл для подачи третичного воздуха и задней стеной равно (0,10-0,25)С, где С - ширина боковой стены, м.