Сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла с единым средством регулирования подачи воздуха во все каналы

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетических котлов. Сопло содержит снабженные подводящими патрубками и образованные системой концентрических обечаек 2, 3 центральный канал 4 для прямоточной подачи воздуха и по меньшей мере один кольцевой канал 5 с предусмотренным по меньшей мере для кольцевого канала 5 средством организации крутки подаваемого в него воздуха в виде осевого закручивающего аппарата 6, а также средство регулирования подачи воздуха в указанные каналы. Отличие: все указанные патрубки объединены в один подводящий патрубок 1, установленный на продолжении обечайки 2 внешнего из имеющихся концентрических каналов, входной участок 4.1 центрального канала 4 отогнут в сторону обечайки 2 смежного с ним кольцевого канала 5, входные торцы обечаек 2, 3 всех внутренних каналов расположены в одной плоскости 8, перпендикулярной оси сопла, а средства регулирования подачи воздуха в указанные каналы объединены в единое средство одновременного воздействия на подачу воздуха во все каналы. Указанное средство выполнено в виде лепесткового поворотного шибера 7, имеющего форму половины внутреннего сечения внешней обечайки 2 сопла. Шибер 7 в закрытом положении находится в плоскости 8, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка 4.1 центрального канала 4. Сопло может содержать дополнительный шибер 10 по форме аналогичный главному шиберу 7, в закрытом положении размещенный в той же плоскости 8, что и главный шибер 7, со стороны, противоположной нахождению в закрытом положении главного шибера 7. При открытии шиберов 7 и 10 максимальный угол поворота каждого из них составляет 90°. Задачей полезной модели является обеспечение полноты выгорания топлива при максимальной величине восстановительной зоны топочного пространства, обеспечивающей в максимальной степени предотвращение образования NO_x в процессе сжигания топлива. Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в повышении эффективности смешения третичного воздуха с потоком продуктов сгорания и надежности регулирования процессом, в том числе при работе котла на пониженных нагрузках, при компактности конструкции сопла. 1 нез. п., 1 зав. п. ф-лы, 4 ил.

Область использования

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетических котлов.

Одним из наиболее распространенных технологических методов предотвращения образования оксидов азота (NO_x ) при сжигании топлива в топках энергетических котлов является двух- или трехступенчатое сжигание топлива. В обоих случаях в основные горелки подается первичный воздух (при сжигании пылевидного твердого топлива) и вторичный воздух, в сумме составляющие только часть воздуха, необходимого для горения, а оставшаяся его часть, называемая третичным воздухом, подается через дополнительные сопла выше зоны активного горения. В результате горение летучих веществ топлива происходит в зоне с недостатком окислителя (восстановительная зона топочного пространства), что значительно снижает количество образующихся NO_x. Чем выше будут расположены сопла третичного дутья, то есть, чем больше окажется восстановительная зона, тем выше будет эффект подавления образования NO_x . Однако не менее важной задачей является обеспечение полноты выгорания топлива. В связи с этим количество и характер подачи в топку третичного воздуха должны определяться исходя из задачи обеспечения допустимого минимального предела содержания горючих веществ в газах, уносимых из топки (недожог).

Высокую степень выгорания топлива можно обеспечить за счет улучшения качества перемешивания третичного воздуха с потоком продуктов сгорания топлива. Улучшение смесеобразования позволяет увеличить восстановительную зону за счет более высокого расположения в топке сопл третичного дутья, что позволит более эффективно снижать выбросы NO_x без риска повышения недожога.

Уровень техники

В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбрано сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла, содержащее снабженные подводящими патрубками и образованные системой концентрических обечаек центральный канал для прямоточной подачи воздуха и по меньшей мере один кольцевой канал с предусмотренным по меньшей мере для кольцевого канала, примыкающего к центральному, средством организации крутки подаваемого в него воздуха, а также средством регулирования подачи воздуха в указанные каналы (ЕР 1655539, F23L 9/04, 2006 - [1]). В сопле согласно [1] средство регулирования подачи воздуха в центральный и кольцевой каналы выполнено в виде отдельных шиберов, установленных перед патрубками указанных каналов. К недостаткам сопла [1] можно отнести громоздкость и необходимость регулирования положения каждого шибера в отдельности, что при переходе котла на режим работы с пониженной нагрузкой затрудняет достижение оптимального соотношения открытия/закрытия указанных шиберов и тем самым снижает эффективность смешения третичного воздуха с потоком продуктов сгорания топлива. Кроме того, управление работой большого числа шиберов представляет собой достаточно сложную технологическую задачу и соответственно уменьшает надежность регулирования.

Раскрытие полезной модели

Задачей полезной модели является обеспечение полноты выгорания топлива при максимальной величине восстановительной зоны топочного пространства, обеспечивающей в максимальной степени предотвращение образования NO_x в процессе сжигания топлива. Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в повышении эффективности смешения третичного воздуха с потоком продуктов сгорания и надежности регулирования процессом, в том числе при работе котла на пониженных нагрузках, при компактности конструкции сопла.

Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем, что сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического парового котла содержит снабженные подводящими патрубками и образованные системой концентрических обечаек центральный канал для прямоточной подачи воздуха и по меньшей мере один кольцевой канал с предусмотренным по меньшей мере для кольцевого канала, примыкающего к центральному, средством организации крутки подаваемого в него воздуха, а также средством регулирования подачи воздуха в указанные каналы, согласно полезной модели все указанные патрубки объединены в один подводящий патрубок, установленный на продолжении обечайки внешнего из имеющихся концентрических каналов, входной участок центрального канала отогнут в сторону обечайки смежного с ним кольцевого канала, входные торцы обечаек всех внутренних каналов расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси сопла, а средства регулирования подачи воздуха в указанные каналы объединены в единое средство одновременного воздействия на подачу воздуха во все каналы, выполненное в виде лепесткового поворотного шибера, имеющего форму половины внутреннего сечения внешней обечайки сопла, а ось вращения указанного шибера расположена в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, причем шибер в закрытом положении находится в плоскости, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка центрального канала. При этом сопло может содержать дополнительное средство регулирования подачи воздуха одновременно во все кольцевые каналы, выполненное в виде дополнительного шибера по форме аналогичного главному шиберу с осью вращения также расположенной в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, и в закрытом положении размещенного в той же плоскости, что и главный шибер, со стороны, противоположной нахождению в закрытом положении главного шибера, причем при открытии шиберов максимальный угол поворота каждого из них составляет 90°.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в том, что объединение патрубков кольцевого и центрального каналов в один подводящий патрубок позволяет установить единое средство регулирования подачи воздуха в указанные каналы в виде лепесткового поворотного шибера, что позволяет обеспечить компактность конструкции сопла, одновременно воздействовать на подачу воздуха во все каналы и упрощает настройку положения указанного шибера для повышения эффективности смешения третичного воздуха с продуктами сгорания и надежности регулирования процессом. Отгиб входного участка центрального канала в сторону обечайки смежного с ним кольцевого канала обеспечивает возможность закрытия входного сечения осевого канала, что при наличии одного шибера обеспечивает диапазон регулирования его работы. Расположение входных торцов обечаек всех внутренних каналов в одной плоскости, перпендикулярной оси сопла, придание шиберу формы половины внутреннего сечения внешней обечайки сопла, а также расположение оси вращения указанного шибера в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, причем шибер в закрытом положении находится в плоскости, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка центрального канала, обеспечивает максимальную плотность перекрытия указанных каналов в закрытом положении шибера. Таким образом, все отличительные признаки полезной модели взаимосвязаны для обеспечения совместно с ограничительными признаками указанного выше технического результата. Исключение любого из этих признаков приведет к невозможности получения указанного результата.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг.1 схематически изображено сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла с одним лепестковым поворотным шибером; на фиг.2 - то же с двумя лепестковыми поворотными шиберами; на фиг.3 - вид сбоку фиг.1 и 2; на фиг.4 - лепестковый поворотный шибер.

Подробное описание полезной модели

Сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла (не показаны) содержит (фиг.1, 2, 3) снабженные одним подводящим патрубком 1 и образованные системой концентрических обечаек, в данном примере внешней обечайкой 2 и внутренней обечайкой 3, центральный канал 4 для прямоточной подачи воздуха и один кольцевой канал 5 с предусмотренным для него средством организации крутки подаваемого в него воздуха. В рассматриваемом примере данное средство выполнено в виде осевого закручивающего аппарата 6. Сопло также содержит единое средство регулирования подачи воздуха в указанные каналы 4, 5 в виде лепесткового поворотного шибера 7 (фиг.1, 2, 4). Входной участок 4.1 центрального канала 4 отогнут в сторону обечайки 2 смежного с ним кольцевого канала 5, входные торцы обечаек 2, 3 обоих каналов 4, 5 расположены в одной плоскости 8, перпендикулярной оси сопла. Указанный шибер 7 имеет форму половины внутреннего сечения внешней обечайки 2 сопла (фиг.4), а ось 9 вращения указанного шибера 7 расположена в серединной части плоскости 8 совмещения входных торцов обечаек 2, 3, причем шибер 7 в закрытом положении находится в плоскости 8, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка 4.1 центрального канала 4.

Сопло может содержать дополнительное средство регулирования подачи воздуха одновременно во все кольцевые каналы (в данном примере - в кольцевой канал 5), выполненное в виде дополнительного шибера 10 по форме аналогичного главному шиберу 7 (фиг.2). Ось 11 вращения шибера 10 расположена в серединной части плоскости 8 совмещения входных торцов обечаек 2, 3, и в закрытом положении шибер 10 размещен в той же плоскости 8, что и главный шибер 7, со стороны, противоположной нахождению в закрытом положении главного шибера 7. При открытии шиберов 7 и 10 максимальный угол поворота каждого из них составляет 90°.

Работа устройства

Поток третичного воздуха входит в сопло через патрубок 1 и с помощью лепесткового поворотного шибера 7 (и в случае наличия - шибера 10) (фиг.1, 2) разделяется на 2 потока: кольцевой и центральный. Первый поступает в кольцевой канал 5, закручивается осевым аппаратом 6 и подается в топку котла. Второй поток попадает в центральный канал 4 и подается в топку котла прямотоком. Количество воздуха, идущего в тот или другой канал, определяется положением шибера 7 (или шиберов 7 и 10 - в случае наличия двух шиберов). В случае наличия одного шибера 7 он в закрытом положении может полностью перекрывать только центральный канал 4, а при наличии двух шиберов 7 и 10 они в закрытом положении могут полностью перекрывать оба канала: центральный 4 и кольцевой 5. Оптимальное с точки зрения смесеобразования в топке распределение потоков достигается соответствующим положением шибера 7 (и в случае наличия - шибера 10) в результате наладочных испытаний. При снижении нагрузки снижается массовая скорость продуктов сгорания в топке. Поскольку качество смешения определяется соотношением массовых скоростей смешиваемых потоков, в этом случае возникает необходимость снизить массовую скорость подаваемого третичного воздуха. В этом случае снова регулируют положение шибера 7 (и при наличии - шибера 10) для нахождения его оптимального положения в целях обеспечения максимальной эффективности смешивания потока третичного воздуха с потоком продуктов сгорания.

1. Сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического парового котла, содержащее снабженные подводящими патрубками и образованные системой концентрических обечаек центральный канал для прямоточной подачи воздуха и по меньшей мере один кольцевой канал с предусмотренным по меньшей мере для кольцевого канала, примыкающего к центральному, средством организации крутки подаваемого в него воздуха, а также средства регулирования подачи воздуха в указанные каналы, отличающееся тем, что все указанные патрубки объединены в один подводящий патрубок, установленный на продолжении обечайки внешнего из имеющихся концентрических каналов, входной участок центрального канала отогнут в сторону обечайки смежного с ним кольцевого канала, входные торцы обечаек всех внутренних каналов расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси сопла, а средства регулирования подачи воздуха в указанные каналы объединены в единое средство одновременного воздействия на подачу воздуха во все каналы, выполненное в виде лепесткового поворотного шибера, имеющего форму половины внутреннего сечения внешней обечайки сопла, а ось вращения указанного шибера расположена в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, причем шибер в закрытом положении находится в плоскости, перпендикулярной оси сопла со стороны размещения отогнутого участка центрального канала.

2. Сопло для ввода третичного воздуха в топочную камеру энергетического котла по п.1, отличающееся тем, что оно содержит дополнительное средство регулирования подачи воздуха одновременно во все кольцевые каналы, выполненное в виде дополнительного шибера, по форме аналогичного главному шиберу с осью вращения, также расположенной в серединной части плоскости совмещения входных торцов внутренних обечаек, и в закрытом положении размещенного в той же плоскости, что и главный шибер, со стороны, противоположной нахождению в закрытом положении главного шибера, причем при открытии шиберов максимальный угол поворота каждого из них составляет 90°.