Топочная камера

Топочная камера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для сжигания топлива в топках котлов парогенераторов различного назначения. Сущность изобретения; топочная камера содержит экранированную трубчатую поверхность нагрева, горелочное устройство, верхний и нижний кольцевые коллекторы, соединенные с опускными и экранными трубами, выполненными прямыми и образующими поверхности нагрева в форме усеченного конуса, меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором, причем горелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор расположен на выходном торце поверхности нагрева, снабженном S- образным газоотводящим патрубком. 1 З.П.ф-ЛЫ, 1 ИЛ.,...;.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s<>s F 23 С 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4921086/06 (22) 25.03 91 (46) 07.05.93. Бюл, М 17 (71) Донецкий политехнический институт (72) А,И.Иванов, Н.Г.Земляной, В.Л.Кондрацкий и Г.В.Новохацкая (56) Авторское свидетельство СССР

М 769194, кл. F 23 С 5/00, опублик. 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 352087, кл. F 23 С 5/00, опублик. 1972. (54) ТОПОЧНАЯ КАМЕРА (57) Использование: для сжигания топлива в топках котлов парогенераторов различного назначения, Сущность изобретения; топоИзобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проек,тировании парогенераторов различного назначения.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности за счет увеличения времени пребывания горючего материала в топочном пространстве и рационального распределения теплового напряжения по высоте камеры, Цель достигается тем, что экранные трубы выполнены прямыми с образованием поверхности нагрева в форме усеченного конуса, меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором, причем гарелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор распо- . ложен на выходном торце поверхности .: с рева, снабженном S-образным газоотводщим патрубком.

„, Ж„„1813975 А1 чная камера содержит экранированную трубчатую поверхность нагрева,горелочное устройство, верхний и нижний кольцевые коллекторы, соединенные с опускными и экранными трубами, выполненными прямыми и образующими поверхности нагрева в форме усеченного конуса; меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором, причем горелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор расположен на выходном торце поверхности нагрева, снабженном Sобразным газоотводящим патрубком. 1 з.п,ф-лы, 1 ил, Целесообразно для повышения эксплуатационной надежности и эффективности работы топочной камеры снабдить ее радиационным пароперегревателем, разместив

его в зоне большего основания поверхности нагрева, а его трубы размещены в зазоре между трубами поверхности нагрева так, чтобы "перехватить" лучистую энергию горящего топлива факела, защитив стенку топочной камеры от перегрева, и в то же время весьма полезно, как и столь же необходимо, использовать эту энергию для перегрева пара, т.е. для технологической операции, присущей всем катлоагрегатам с перегревом пара, Применение в качестве нагревательной поверхности экранных труб в форме опрокинутого усеченного конуса и размещение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позволяЮт повысить эксплуатационную надежность и

1813975 эффективность работы за счет увеличения времени пребывании горючего материала в топочном пространстве и рационального распределения теплового напряжения по высоте топочной камеры. Указанный эффект достигается за счет того, что ядро факела горящего материала и топочные газы как бы задерживаются в топочной камере; т.к, естественная тяга, образуемая продуктами сгорания, направлена в противопо- "О ложное по отношению к создаваемой дымососом тяги направление.

Выполнение экранных труб прямолинейной конфигурации без изгибов возможно благодаря тому, что верхний и нижний 15 коллекторы выполнены в виде полых колец, а горелоччое устройство размещено в плоскости верхнего коллектора, Именно при кольцевой форме коллекторов и размещений топочного устройства в 20 верхней части тапки становится возможным выполнять экранные трубы без изгибов, взаимозаменяемыми, имеющими одинаковый и большой срок эксплуатации, т,е. достигнуть повышенной эксплуатационной 25 надежности топочной камеры. При принятой схеме размещения нагревательных поверхностей будет и высокая эффективность работы топочной камеры, так как у всех экранч н ых труб будет совершено одинаковое 3О гидравлическое сопротивление и, значит, с учетом их принятого размещения одинаковое тепловое восприятие и, следовательно, температурные напряжения в металле стенок. 35

-Размещение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора (барабана котлоагрегата) позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы за счет увеличения времени йребывания горючего материала в топочном пространстве, так как лишь при этой схеме энергия топочных газов образует отрицательно направленную естественную тягу, образованную потоком продук- <5 тов сгорания топлива, по отношению к тяге, создаваемой дымососом; Именно эта разница давлений и "тормозит" поток и, значит, увеличивает время пребывания топлива в топочной камере по причине раз- 5О чочаправлеччости векторов естественной тяги и тяги, обусловленной работой вентилятора (дымососа), Именно при такой схеме размещения горелоччого устройства верхний кольце- 55 вой коллектор (барабан котлоагрегата) находится в наиболее благоприятном температурном пространстве, т.е. в зоне, где температура среды, окружающей кольцевсй коллектор, близка к изотермической.

Выполнение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позволяет непосредственно в зоне этого коллектора (а иначе барабана) с обычно толстыми стенками rio сравнению со стенками экранных труб сохранять и постоянно поддерживать приемлемые температуры (наиболее высокие температуры имеют место несколько ниже верхнего кольцевого коллектора и горелочного устройства одновременно), гарантирующие отсутствие температурных напряжений, обусловлен- ных, как известно, значительной разностью температуры в различных зонах коллектора (барабана). Эта гарантия является основанием для высокой эксплуатационной надежности и эффективной работы топочной камеры в целом.

При принятой схеме движения продуктов сгорания в топочной камере сверху-вниз (традиционно снизу-вверх) происходит не только более качественное сгорание топлива, но и более рациональное распределение теплового напряжения по высоте камеры.

Напряжение более приемлемое для процессов парообразования в экранных трубах, имеющих до сих пор строго цилиндрическую форму.

Выполнение топочного пространства в виде опрокинутого усеченного конуса и размещение горелочного устройства s плоскости верхнего конуса кольцевого коллектора позволяют поддерживать наиболее высокую температуру продуктов сгорания в зоне ниже верхнего кольцевого коллектора, т.е, там, где и надлежит ей быть высокой. Далее при продвижении продуктов сгорания вниз по топочной камере температура этих продуктов закономерно снижается, так как происходит интенсивное поглощение теплоты стенками экранных труб, а теплоотдача от продуктов сгорания к стенкам труб благодаря принятой форме топки как бы остается постоянной; что позволяет интенсифицировать процесс теплоотдачй, т.е, рационально распределять эффективность работы топочного пространства и парогенераторов в целом, Иными словами, применение в качестве нагревательной поверхности экранных труб в форме образующих усеченного конуса, т.е. состоящей из прямых беэ каких-либо изгибов труб, способствует повышению эксплуатационной надежности и эффективности работы за счет рационального распределения теплового напряжения.по длине (высоте) труб. В трубах прямолинейной формы температурные, а следовательно, и механические напряжения будут равномерными и по сути одинаковыми по всей их длине (вы1813975 соте), что совершенно недостижимо в трубах с традиционной схемой компоновки нагревательных поверхностей и их формой, где имеют место "привычные" изгибы, обусловленные размещением горелок, форсунок, фестонов, смотровых люков и т.д. В трубах с изгибами имеют место значительные местные температурные напряжения в металле, определяющие в итоге его прочностные характеристики, и значит, низкую эксплуатационную надежность и эффективность работы котлоагрегата в целом.

Применение топочной камеры с нисходящим потоком продуктов сгорания упрощает конструкцию парогенератора в целом, что способствует повышению эксплуатационной надежности и эффективности работы. При такой компоновке можно создать большую тепловую нагрузку за счет развертывания дополнительной контактной поверхности теплообмена при неизменной нагрузке на дымосос благодаря снижению аэродинамического сопротивления газового тракта.

Выполнение верхнего и нижнего коллекторов в виде полых колец позволяет придать экранным трубам простейшую форму, например прямолинейную или близкую к ней, т.е. без изгибов с малым радиусом в первую очередь в пределах топочной камеры. Таким образом, все экранные трубы в топочной камере будут не только одинаковой конфигурации, но и иметь. одинаковую длину, т.е. каждая из этих труб воспринимает одинаковые и равномерные по высоте тепловые напряжения., Иными словами, в экранных трубах нет опасных для их механической целостности температурных напряжений. "Память" металла таких труб "молчит", так как все трубы прошли совершенно одинаковые процессы протяжки лишь при их изготовлении;

На основании сказанного следует, что топочная камера имеет повышенную эксплуатационную надежность и эффективность работы.. При этом диаметры и толщины стенок полых колец у верхнего и нижнего коллекторов различны:.у верхнего — большие, у нижнего — меньшие, причем под диаметром понимается диаметр вращающейся сферы.

Выполнение радиационного пароперегревателя в верхней расширенной части усеченного конуса нагревательной поверхности позволяет не только осуществлять функциональное назначение аппарата: перегревать пар до требуемой температуры, но главным образом защитить (закрыть как экраном) тепловую изоляцию стенок топочной камеры и, кроме того, способствовать

35

40 продуктов сгорания примыкает непосредственно к горловине нижнего кольцевого кол45

25 рациональному распределению теплового напряжения в камере, близкого к равномерному.

Выполнение поворота газового потока для дымовых газов в форме двойного перегиба в плоскости нижнего кольцевого коллектора позволяет получить равномерное по сечению газохода струйное течение потока азов, т.е. постоянство векторов скоростей потока продуктов сгорания в любом горизонтальном сечении камеры; и этим самым достичь равномерного теплового напряжения по всему объемутопочной камеры и, значит, высокой эксплуатационной надежности и эффективности работы топки в целом.

На чертеже изображена топочная камера.

Топочная камера состоит из верхнего кольцевого коллектора 1; экранных труб 2 одинаковой конфигурации и размеров; опускных труб 3, тепловой изоляции 4 и одновременно уплотнения топочной камеры; нижнего кольцевого коллектора 5, горелочного устройства 6, размещенного в плоскости верхнего кольцевого коллектора, пароперегревателя 7 размещенного в верхней части топочной камеры (наиболее широкой eto части), и S-образного поворота (колена) 8 газового потока из топочной камеры в газоход, направляющего продукты сгорания к дымососу.

Экранные трубы 2 прямые, без какихлибо изгибов совместно с кольцевыми коллекторами 1 и 5 образуют опрокинутый усеченный конус.-Опускные трубы 3, как и у парогенераторов традиционного типа, размещены с внешней стороны тепловой изоляции 4, à S-образный поворот (колено) 8 лектора 5. Горелочное устройство 6 размещено в плоскости верхнего кольцевого коллектора 1; Пароперегреватель 7 размещен в верхней расширенной части топочно . камеры; выполненной в виде усеченного опрокинутого конуса, так,.что защищает (экранирует) тепловую изоляцию топочной камеры и выполняет свое функциональное назначение — перегреватель пар.

Это возможно, например, за счет размещения труб пароперегревателя в зазорах между экранными трубами топки, которые имеют относительно плотное размещение лишь у нижнего кольцевого коллектора.

Работа топочной камеры заключается в следующем.

Энергия сжигаемого топлива в виде факела (или нескольких факелов) в горелочном устройстве 6 за счет излучения и конвекции

1813975 8 передается стенкам экранных труб. При этом образуемый в них пар вместе с водой поднимается в верхний кольцевой коллектор(барабан) 1, где происходит, как обычно, отделение пара. Далее пар попадает в паро- 5 перегреватель 7, а вода опускается по опускным трубам 3 в нижний кольцевой коллектор 5; после чего снова попадает в подьемные экранные трубы 2 для очередного цикла испарения.: 10

После прохода по всей высоте топочной камеры продукты сгорания топлива попадают в колено (поворот, наиболее вероятно, близкий к 90 )8 двойного перегиба (S-образной формы) и далее по газоходу к 15 дымососу. При этом форма у колена способствует сохранению во всех горизонтальных поперечных сечениях топки параллельноструйчатости потока газов; т.е, отсутствие поджатия потока со стороны по- 20 ворота и, значит, сохранению одинакового значения коэффициента теплоотдачи от газов к стенкам экранных труб. Тепловая изоляция 4 играет одновременно роль уплотнения каркаса топки. 25

Структура и взаимное размещение составляющих элементов топочной камеры позволяет обеспечить рациональное распределение теплового напряжения по высоте топочной камеры для ее эффективной 30 работы при высокой эксплуатационной надежности.

Технико-экономическая значимость использования изобретения весьма значительна. Использование предлагаемой 35 схемы компоновки нагревательных поверхностей в топочной камере позволяет повысить эффективность работы, что означает более полное сгорание топлива и, значит, его экономию, снижение вредных газовых 40

В выбросов в атмосферу. и, конечно, за счет повышения эксплуатационной надежности повышение срока службы, что в первую очередь приводит к снижению расхода металла и затрат на ремонт и способствует бесперебойной работе теплоэнергетической установки в целом. Учитывая, что последнюю компоненту эффективности подсчитать весьма не легко, а остальные можно сделать лишь оценочно; допустимо ограничиваться приближенной оценкой эффективности.

Иными словами, применение предлагаемой конструкции топочной камеры позволит повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы топочной камеры не менее чем на 10.-15 по сравнению с известными конструкциями, Формула изобретения

1, Топочная камера, содержащая экранированную трубчатую поверхность нагрева, горелочное устройство и верхний и нижний кольцевые коллекторы, соединенные с опускными и экранными трубами, о тлича ющая ся тем,что,сцельюповышения эксплуатационной надежности, экранные трубы выполнены прямыми с образованием поверхности нагрева в форме усеченного конуса, меньшим основанием сообщенного с нижним коллектором,. причем горелочное устройство расположено в плоскости верхнего коллектора, а нижний коллектор расположен на выходном торце поверхности нагрева, снабженном $образным газоотводящим патрубком.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в зоне большего основания поверхности нагрева расположен радиационный пароперегреватель, трубы которого разме- . щены в зазорах между трубами поверхности нагрева, 1813975

Составитель А. Иванов

Техред M. Моргентал Корректор Т. Вашкович

Редактор А. Рожкова

Заказ 1822 тк ытиям и и ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, у . р

Е . ISI y л.Гага ина, 101