Вихрова топка

Реферат: UA 87435 U UA 87435 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до топок та топок-реакторів, а саме сучасних вихрових топок, призначених для одержання теплової енергії згоряння палива, насамперед твердого органічного палива, зокрема в котлах-реакторах. Сучасні топки для спалювання твердого органічного палива, як правило, передбачають вихрову технологію спалювання - паливо та іншу сировину подрібнюють та у вигляді паливноповітряної суміші подають під тиском подають через пальники в топку, де подачею повітря для горіння створюють вихровий рух потоку палива, що горить. Така технологія забезпечує більш повне спалювання палива в умовах обмеженого об'єму топки та зменшує кількість шкідливих відходів. Найбільш близьким аналогом є вихрова топка (патент України на винахід UA83760C2, опубл. 11.08.2008, МПК F23C 5/00, F23C 7/00). Топка містить камеру згоряння, що включає стінки, які переходять в нижній частині у лійку, щонайменше один пальник, вмонтований в стінку, а також розміщену під лійкою додаткову камеру. При цьому верхня частина додаткової камери по периметру з'єднана з нижньою частиною лійки. В стінку додаткової камери в зоні її нижньої частини з боку пальника вмонтовано сопло для подачі повітря. Стінка додаткової камери, що розташована напроти сопла для подачі повітря, виконана увігнутою відносно цього сопла і розташована таким чином, що уявна площина, яка є її продовженням, перетинає протилежну стінку лійки, а подовжня вісь сопла для подачі повітря спрямована під кутом до увігнутої стінки додаткової камери. Згідно з цим винаходом, топка має додаткове сопло для подачі повітря, яке вмонтовано в зоні з'єднання лійки і додаткової камери. При цьому подовжня вісь додаткового сопла розташована під кутом 1°…45° до уявної площини, що є продовженням увігнутої стінки. Недоліками цієї топки є її недостатня ефективність, яка обумовлена наступними факторами. Потік часток палива з пальника вдаряє в стінку лійки та вільно по ній рухається, що спричиняє її забруднення. Вісь додаткового сопла для подачі повітря перетинає стінку лійки під достатньо великим кутом, із-за чого потік із газів та часток палива, який вона створює, може спричиняти зношення стінки лійки. Великі кути, під якими потік входить в контакт із стінками, рух потоку вздовж стінок під дією власної ваги, та фактична протидія цьому рухові з боку сопла для подання повітря, що вмонтовано в стінку додаткової камери в зоні її нижньої частини, не забезпечує отримання швидкісного вихору та призводить до невиправданих втрат енергії на забезпечення руху потоків в камерах згоряння, складного управління процесами в топці, зношення та забруднення стінок топки. Із-за цих властивостей така топка не може використовуватись в котлах-реакторах, призначених для отримання промислової сировини. В основу корисної моделі поставлена задача створити вихрову топку котла або котлареактора, яка має покращені теплотехнічні, економічні та екологічні параметри, зменшений знос та керованість у роботі. Поставлена задача вирішується тим, що створена вихрова топка, яка містить поєднані між собою головну та додаткову камери згоряння, в стінки яких вмонтовані щонайменше один пальник та сопла для подачі повітря та інших речовин. Згідно з корисною моделлю, додаткова камера згоряння розміщена над головною камерою, стінки головної камери згоряння виконані таким чином, що мають у вертикальному перерізі форму зустрічних дуг, які нижніми кінцями утворюють звужену частину камери згоряння, пальник з'єднаний із виходом димососа котла і призначений для подання палива та іншої сировини разом із димовими газами. У додатковому варіанті у головній камері згоряння встановлено два сопла для подання повітря, причому верхнє сопло встановлено на стінці головної камери згоряння, протилежній пальнику, а нижнє сопло встановлене в нижній частині головної камери згоряння. У іншому додатковому варіанті у верхній частині додаткової камери згоряння на стінці, протилежній пальнику, встановлене сопло для подання повітря та інших речовин. У іншому додатковому варіанті верхнє сопло встановлене на виступі стінки головної камери згоряння так, що поздовжня вісь цього сопла утворює з прилеглою частиною суміжної стінки камери згоряння кут від -5° до 1°. У іншому додатковому варіанті нижнє сопло встановлене у головній камері згоряння таким чином, що його поздовжня вісь утворює з найближчою частиною протилежної стінки камери згоряння кут від -5° до 1°. Використання двох камер згоряння дозволяє розбити процес у топці на дві частини переважно горіння в нижній камері, допалювання та видалення шкідливих речовин у верхній камері. Використання двох камер згоряння при поданні в камери згоряння диму разом із паливом дозволяє спростити процес горіння та зробити його більш керованим, змінювати його в залежності від необхідних параметрів (температура, вологість, фракція палива, необхідні час та температура горіння, та інших), 1 UA 87435 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Використання диму дозволяє дещо знизити температуру в потоці і не доводити її до точки плавлення шлаку, чим значно знизити забруднення стінок камер згоряння. Використання швидкісних вихорів дозволяє наблизити процес горіння до стінок, чим покращити радіаційну та конвективну тепловіддачу до корисної площі теплообмінних поверхонь камер згоряння (труб, де рухається теплоносій), так як внаслідок відцентрових сил у вихорі у центрі камер згоряння процес горіння практично не відбувається, горіння йде вздовж стінок топки, де розташовані теплообмінні поверхні. Також використання вихорів дозволяє подовжити час знаходження сировини у робочій зоні котла, що дуже важливо для котла реактора, та створити багатоступеневу систему створення корисного продукту у котлі-реакторі, і таким чином покращити його якість. Все вищезазначене в цілому дозволяє значно покращити економічні та екологічні параметри котла (менше шкідливих викидів, менше втрат тепла з димом). Суть корисної моделі пояснює креслення, де зображений вертикальний переріз топки. Топка містить головну (нижню) 1 та додаткову (верхню) 2 камери згоряння. Топка має розподілений пальник 3, вмонтований в стінку 7 у верхній частині головної камери згоряння. Розподілений пальник являє собою декілька (наприклад, шість) дискретних пальників, які розташовані в рядок з деякою відстанню один від одного під кутами від 90° до 30° до суміжної стінки камери згоряння 7. Топка має встановлене в нижній частині головної камери згоряння сопло 4 для подання повітря в топку. У верхній частині головної камери згоряння розміщене додаткове сопло 5 для подання повітря. У верхній частині додаткової камери згоряння розміщене додаткове сопло 6 для подання повітря та необхідних інгредієнтів. Стінки нижньої частини головної камери згоряння 7 та 8, внутрішня поверхня яких складає зовнішню поверхню камери згоряння, мають вертикальний переріз у формі двох зустрічних дуг. Нижня частина головної камери згоряння 1 обладнана під'єднаним до топки транспортером 9. Верхня частина додаткової камери згоряння 2 приєднана через газохід 10 до димососу. Топка працює таким чином: Через розподілений пальник 3 у головну камеру згоряння 1 подають підготовлене (підігріте, просушене, доведене до певної фракції, змішане з іншими компонентами та ін.) паливо та димові гази, відібрані через додатковий димосос котла, з'єднаний із газоходом котла 10. Потік палива рухається у напрямку до протилежної стінки камери згоряння 8, запалюється, і далі рухається вздовж цієї стінки донизу під дією сил гравітації. При такій конструкції пальників паливо починає горіти не одразу, а ближче до протилежної стінки камери, коли потік з пальників стає менш щільним та швидким, відбувається розбризкування потоку. Вертикальний переріз стінки нижньої камери згоряння має форму дуги, завдяки чому потік рухається вздовж неї по дуговій траєкторії, утворюючи вихор головної камери згоряння 11. Утворити вихор також допомагає розподілене сопло 5 на протилежній стінці камери згоряння, через яке подається повітря по дотичній траєкторії під кутом від -5° до 1° до суміжної цьому соплу стінки 8 головної камери згоряння. Це сопло знижує залипання палива та інших продуктів на стінці, знижує її абразивне зношування та дозволяє в широких межах регулювати швидкість вихору. В нижній частині топки через сопло 4 під тиском подають повітря. Потік повітря входить у камеру згоряння під кутом від -5° до 1° до протилежної стінки 7 нижньої частини головної камери згоряння 1. Цей потік направляє вихор по траєкторії, дотичній до вказаної стінки, яка також має форму дуги. В результаті вихор, який утворений частками палива, що горять, повітрям та утвореними димовими газами, рухається догори вздовж стінки топки 7, якомога ближче до неї. Великі частки палива або іншої сировини, які не втримуються у вихорі 11, можуть випадати донизу, злипатись між собою. Потік повітря з сопла знизу по дотичній до вихору заважає виходу цих часток з вихору, і піднімає їх догори. Більш великі частки можуть випасти донизу та видаляються з топки підвішеним до головної (нижньої) камери згоряння 1 охолоджуваним транспортером 9, наприклад шнековим, який має затвор або діє як затвор, що не порушує герметичність топки. В нижній головній камері згоряння 1 проходить екзотермічна реакція з деякою нестачею кисню і частковим піролізом (газифікацією) вуглецевмісної сировини. Далі потік вихору 11 рухається нагору і перехрещується з потоком з розподіленого пальника 3. При цьому обидва потоки майже не впливають один на одний. Це забезпечується тим, що в місцях, де дискретні пальники входять в камеру згоряння, потік палива має високу швидкість, а порівняно тонкі струмені його розділені між собою відстанню між окремими пальниками. Далі переважно газові компоненти вихору (СО, СО2, Н2, N2, СН4, SOx, NOx, залишки О2, та інші) відділяються від головного вихору 11 головної (нижньої) камери згоряння та рухаються 2 UA 87435 U 5 10 15 20 догори, утворюючи вторинний вихор 12 додаткової (верхньої) камери згоряння 2, тоді як більшість більш важких компонентів вихору головної камери згоряння 1 під дією сил гравітації залишаються у головній камері та циклічно обертаються у первинному вихорі 11. Цей вторинний вихор 12 додаткової (верхньої) камери згоряння 2 притискається донизу та докручується додатковим соплом 6, розташованим у верхній її частині, на протилежній пальнику стінці, через яке подається повітря та добавки, що нейтралізують шкідливі речовини (зокрема, вводиться СаСО3 для зв'язування SOx, NOx при деякому зменшенні температури до 800900 °C), внаслідок чого допалюються вуглецевмісні продукти. Температура у верхньому вихорі 12 дещо нижча, ніж у нижньому вихорі 11, завдяки тому, що у верхньому вихорі менша кількість недопаленої вуглецевмісної сировини. Надлишкові димові гази видаляються з додаткової камери згоряння 2 звичайним чином за через газохід 10 до димососу, і частково повертаються в котел разом із паливом через розподілений пальник 3. В цілому забезпечується отримання всіх вищевказаних ефектів, а саме зниження механічної ерозії та забруднення стінки топки, зниження витрат енергії на організацію вихрового руху потоку палива, що горить, при достатньо повному спалюванні палива та більшій тепловій ефективності топки за рахунок покращеного теплообміну між потоком палива, що горить, та теплообмінними поверхнями. Також топка працює з меншою кількістю шкідливих викидів та добре пристосована для використання із котлом-реактором, призначеним для отримання промислової сировини. Вихрова топка може бути побудована на базі відомого енергетичного та іншого промислового обладнання і технологій. Особливою перевагою є те, топка може бути побудована на вже існуючих енергетичних підприємствах (зокрема теплових електростанціях, котельнях) після невеликої їх модернізації. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 1. Вихрова топка, що містить поєднані між собою головну та додаткову камери згоряння, в стінки яких вмонтовані щонайменше один пальник та сопла для подання повітря та інших речовин, яка відрізняється тим, що додаткова камера згоряння розміщена над головною камерою; стінки головної камери згоряння виконані таким чином, що мають у вертикальному перерізі форму зустрічних дуг, які нижніми кінцями утворюють звужену частину камери згоряння, пальник з'єднаний із виходом димососа котла і призначений для подання палива та іншої сировини разом із димовими газами. 2. Вихрова топка за п. 1, яка відрізняється тим, що у головній камері згоряння встановлено два сопла для подання повітря, причому верхнє сопло встановлено на стінці головної камери згоряння, протилежній пальнику, а нижнє сопло встановлене в нижній частині головної камери згоряння. 3. Вихрова топка за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що у верхній частині додаткової камери згоряння на стінці, протилежній пальнику, встановлене додаткове сопло для подання повітря та інших речовин. 4. Вихрова топка за п. 2 або п. 3, яка відрізняється тим, що верхнє сопло встановлене на виступі стінки головної камери згоряння так, що поздовжня вісь цього сопла утворює з прилеглою частиною суміжної стінки камери згоряння кут від -5° до 1°. 5. Вихрова топка за п. 2 або п. 3, яка відрізняється тим, що нижнє сопло встановлене у головній камері згоряння таким чином, що його поздовжня вісь утворює з найближчою частиною протилежної стінки камери згоряння кут від -5° до 1°. 3 UA 87435 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4