Подова решітка топки

Изобретение относится к энергетике, а более конкретно к топочному оборудованию и может быть использовано в конструкции топок для сжигания или другого технологического теплового процесса в кипящем фонтанирующем слое. Технологии и оборудование для организации кипящего фонтанирующего слоя при сжигании угля, крекинга углеводородов, обжига руды, кальцинации глинозема широко используются в настоящее время в технике. Среди ведущи х фирм-производителей теплоагрегатов с кипящим слоем на сегодня можно выделить: транснациональную корпорацию (ТНК) "Лурги-Лентьез-Бабкок"; фирму Штейн Мюллер (Германия); "ЕВТ" (Германия); "Альстрем" (Финляндия); "Студвик" (Швеция); "Стейн индастри" (Франция); "АББ комМасчен инжиниринг" (США); "Альстрем пайропауэр" (США); "Фостер Уиллер" (США); "Бабкок Уилкокс" (США); "Рилей Стокер" (США); "Митсубиси инжиниринг" (Япония); "Митсубиси" (Япония). Описание конструкции оборудования, выпускаемого указанными выше фирмами, а также сопоставительный анализ реализуемых те хнологий приведены в работе Ю.П.Корчевого, А.Ю.Майстренко, С.В.Яцкевича "Технология сжигания угля в циркулирующем слое", Киев, изд-во Минэнерго Украины, 1994. В процессе патентных исследований заявителем было обнаружено множество известных решений по конструкции подовой решетки. В качестве аналогов заявляемого решения можно выделить изобретение по авт.св. СССР №941791 от 31.12.80 г. по заявке №3228738/24-06, кл. F 23 Η 9/10 ЦПКТБ Глаьсантехпрома Минстройматериалов СССР, авторы: В.В.Мазур, М.И.Валов и др. на "Колосниковую решетку". Известная колосниковая (подовая) решетка, образована балочными поворотными на заданный угол колосниками и снабжена шур ующей планкой, установленной с возможностью перемещения параллельно рабочей поверхности решетки и перпендикулярно оси поворота колосников. Для повышения эффективности, п утем воздействия на колосники шурующей планкой через слой топлива, угол поворота колосников равен 2-5°, а шурующая планка установлена от рабочей поверхности решетки на расстоянии, составляющем 0,1-2 высоты планки. В авт.св. СССР Nfe 1520303, выданном Карагандинскому филиалу ЦПКТБ Главсантехпрома, описанное изобретение для повышения экономичности и надежности работы топки усовершенствовано введением механизма периодического включения тяги решетки с задатчиком. В сочетании с конструктивно-компоновочной схемой аэрофонтанной топки, защищенной авт.св. СССР №1015183 по заявке №3389368/24-06 от 24,12.81, можно получить достоверное представление о известном техническом уровне в отношении оборудования для сжигания угля в кипящем фонтанирующем слое. Аэрофонтанная топка по указанному авт.св. 1015183 содержит камеру сгорания и соединенную с ней разгонную камеру с нижним осевым вводом воздуха и боковым вводом топлива. Для повышения экономичности топки путем повышения эффективности сгорания мелких частиц, разгонная камера в зоне ввода топлива выполнена с расширением, образующим камеру воспламенения с объемом, составляющим 0,05¸0,2 объема камеры сгорания. Кроме того, разгонная камера имеет высоту, составляющую 3-15 ее диаметра. Технический уровень конструкции решеток топки кипящего слоя иллюстрирует также описание конструкции решетки поз. 34а...34е по патенту РСТ/ЕД91/01719, международная заявка w 092/04426, МКИ С 02J 3/12 на "Способ и устройство для газификации...". Решетки поз. 34а...34е для создания вихревого слоя выполнена плоской из высококачественной, коррозионностойкой стали, имеющей достаточную теплопроводность и износостойкость. Для рабочей температуры 1250°С рекомендуется использовать жаропрочную керамику. При этом, в качестве предпочтительного варианта рекомендуется использовать гексагональный керамический элемент, опирающийся друг против друга и подпружиненный посредством пружин (стр. 65 ИП №3 к отчету о ПКИ "Отраслевая конъюнктура мировой энергетики по газификации твердых топлив с утилизацией отходов", УГУ.69.0097.546 ИП6.7, КБ "Южное", Днепропетровск, 1994). К недостаткам описанных выше известных решеток топки аэрофонтанного слоя следует отнести неустойчивость процесса горения, что в итоге снижает КПД сгорания угля. В качестве прототипа заявляемого изобретения, выбранного из его аналогов по ряду существенных признаков, сходных с признаками заявляемого и в большей степени по сравнению с другими влияющих на достижение потребительского эффекта, ожидаемого от использования заявляемого решения, следует принять подовую решетку топки аэрофонтанного слоя, предложенную СКБ ВТИ и описанную в статьях ж-ла "Электрические станции №7, 1984; № 1, 1990 г. Рыжаков А.В. и др. "Обоснование схемы сжигания ТТ на фонтанирующей решетке". Эта решетка выполнена из нескольких рядов круглых сопл, установленных с определенным шагом под экспериментально подобранными углами (постоянными) к вертикали. Сопла вмонтированы в под топки, который снабжен системой теплозащиты. Не отрицая достоинств решеткипрототипа, а именно: - простота конструкции и следующие из этого удобства ее обслуживания при эксплуатации и ремонтных работах; - удовлетворительная устойчивость к силовым и тепловым нагрузкам, - следует отметить и ряд существенных недостатков. Основные среди них следующие: - неуправляемость решетки; - склонность к зашлаковке сопл; - склонность к образованию спека недогара при останове топки; - неустойчивый режим аэрофонтана при передозировке топки топливом (горючим); - большое гидравлическое сопротивление решетки. Действительно, опыт моделирования эксплуатации сопловой подовой решетки показал, что установленные с постоянной угловой ориентацией круглые сопла, подобранные с оптимальным углом ориентации для номинального режима, не являются оптимальными для других режимов. Межсопловое пространство подовой решетки является аэродинамической застойной зоной, где и происходит образование очагов зашлаковки с последующим захватом все больших площадей решетки. При этом, зашлаковка одного из сопл приводит к перераспределению воздуха поддува слоя в соседние сопла, а процесс зашлаковки является прогрессирующим по своему характеру· После останова топки в процессе слива расплавленной золы с решетки на ней (решетке) остается значительная масса недогара, спекающегося при остывании и значительно осложняющего подготовку топки к последующему розжигу. В процессе сжигания сопловая решетка не позволяет создать стабильный режим фонтанирования топлива при разбросах в его подаче. Передозировка топки приводит к захлебыванию аэрофонтана или превращению его в плотный слой с "прозрачными" струями окислителя. Но даже при подаче оптимальной порции топлива, решетка не позволяет равномерно распределить его по всей площади пода топки. Большое гидравлическое сопротивление решетки требует мощного оборудования подачи газообразного окислителя. В итоге, из-за невозможности регулирования углового положения каналов подачи окислителя динамическое равновесие фонтанирующего кипящего слоя становится неустойчивым, как на этапе розжига топки, так и на этапах рабочего режима и останова топки. Незначительные отклонения расходных характеристик по топливу (горючему или окислителю, особенно по топливу (горючему), приводят к зашлаковке одного из сопл, далее соседних, ввиду прогрессирующего характера процесса зашлаковки. Таким образом, главный недостаток известной решетки - низкая эксплуатационная устойчивость топки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать конструкцию подовой решетки топки, в которой повышение устойчивости состояния динамического равновесия кипящего фонтанирующего слоя обеспечивается возможностью регулирования углового положения каналов подачи окислителя и за счет этого возрастает эксплуатационная устойчивость топки в более широком диапазоне расходных характеристик по топливу (горючему) и окислителю. Поставленная задача решается тем, что в известной подовой решетке, содержащей вмонтированные по площади решетки с различной угловой ориентацией каналы подачи газообразного окислителя, согласно изобретению выполнено следующее. Решетка снабжена центральным телом клиновидного профиля, острая кромка указанного профиля утоплена в пространство топки. Каналы подачи газообразного окислителя расположены по периферии решетки и образованы зазорами между лопатками. Лопатки выполнены поворотными и установлены оппозитно друг - др угу (др уг напротив друга) на основании упомянутого центрального тела. Лопатки выполнены гексагонального профиля с углом сопряжения поверхностей обтекания у кромок профиля (задней и лобовой) равным 10¸15°, а в зоне лобовой кромки каждая лопатка снабжена турбулизатором потока газообразного окислителя. В отношении причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заявитель отмечает следующее. Снабжение решетки центральным телом клиновидного профиля, острая кромка которого утоплена в топку, расположение каналов окислителя по периферии решетки и их образование зазорами между поворотными лопатками, установленными оппозитно друг-другу на основании центрального тела, повышает устойчивость состояния динамического равновесия слоя топлива в топке. Выполнение поворотных лопаток гексагонального профиля с углом сопряжения поверхностей обтекания у кромок равным 10-15°, а в зоне лобовой кромки каждой лопасти установка турбулиоатора повышает эксплуатационную устойчивость топки в широком диапазоне расходных характеристик по топливу (горючему) и окислителю. На фиг. 1 показан продольный разрез топки в подовой зоне с изображением решетки; на фиг. 2 - вид А фиг.1. Подовая решетка 1 топки 2 фонтанирующего кипящего слоя содержит вмонтированные по площади решетки 1 с различной угловой ориентацией а каналы К подачи газообразного окислителя. Решетка 1 снабжена центральным телом 3 клиновидного профиля 4, острая кромка б которого утоплена (размещена в полости) топки 2. Т.е. компоновочно профиль 4 размещен практически в объеме подового пространства топки 2. Каналы К подачи окислителя расположены по периферии решетки 1 и образованы зазорами между поворотными лопатками 5. Лопатки 5 установлены с возможностью поворота на угол до нескольких градусов вокруг центров поворота On, совмещенных с их геометрическим центром симметрии Ол. При этом, лопатки 5 закреплены на осях 6 на боковых стенках 7 основания 8 центрального тела 3. Оси 6 вращения лопаток приводятся в движение вращательной системой тяг (на фиг. не изображены), смонтированных в полости центрального тела 3 и выведенных за пределы подовой части топки 2. Лопатки 5 выполнены гексагонального профиля с острым углом сопряжения поверхностей обтекания, а в зоне лобовой части (т.е. со стороны набегания потока газообразного окислителя, на фиг. 1,2- снизу) каждая лопатка 5 снабжена турбулизатором потока, выполненным в виде полоски 9 того материала, что и лопатка, закрепленной по обеим сторонам лобового клина лопатки 5. Ниже основания 8 центрального тела 3 смонтирован ресивер 10 системы подачи окислителя (не изображена на фиг.). Ресивер 10 выполнен коробчатого сечения. Подовая часть топки 2 выполнена воронкообразной, стенки 11 которой футерованы теплоэрозионностойким материалом 12. Эксплуатация предлагаемой подовой решетки происходит в следующем порядке. В процессе розжига топки 2 подаваемое твердое топливо в восходящи х стр уях окислителя, подаваемого через каналы К между поворотными лопатками 5, удерживается в состоянии кипящего фонтанирующе го слоя. При подаче очередной порции твердого топлива равномерное распределение твердого топлива по площади решетки обеспечивается установкой на определенный угол лопаток 5 с различных сторон основания 8 центрального тела 3. Возможна также организация циркуляционного движения топлива в горизонтальной плоскости топки 2, что способствует перемешиванию топлива и уменьшению вероятности образования локальных зашлаковок. По сливе шлака в процессе останова топки 2 лопатки 5 ориентируют соответствующим образом и, уменьшая расход окислителя, выводят топку из режима эксплуатации. В результате, предлагаемая подовая решетка позволяет: - повысить эксплуатационную устойчивость топки в широком диапазоне расходных характеристик по топливу (горючему) и окислителю; - исключить потерю режима фонтанирующего кипящего слоя при передозировке топки топливом (горючим); - локализовать и разрушить "арку зашлаковки" (наружная целостность спекшегося случайно материала) за счет стабильного режима кипящего слоя; - снизить гидравлическое сопротивление решетки.