Топочная камера

)5 Г 23 С 5/00 ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС ГОСПАТЕНТ СССР ТЕНТНчеиЫЫ%",3 В.6 11,1 1 1 е,ъу, 1 л;1 г ,"11", )Д 11 ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(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. Р 23 С 5/00, опублик, 1981.Авторское свидетельство СССР М 352087, кл. Р 23 С 5/00, опублик, 1972. (54) ТОПОЧНАЯ КАМЕРА(57) Использование: для сжигания топлива в топках котлов парогенераторов различного назначения, Сущность изобретения; топоотносится к теплоэнергеиспользовано при проекенераторов различного етения является инной надежностиени пребывания го ном пространстве деления тепловогокамеры,овыше за счет рючего и раци напря Цель достигается те бы выполнены прямым верхности нагрева в конуса, меньшим основ с нижним коллектором устройство расположен него коллектора, а нижн ложен на выходном ,:с рева, снабженном Я дающим патрубком. паве кину горе него высг Изобретение тике и может быть , тировании паро назначения.Целью изобр ние эксплуатацио увеличения врем материала в топоч онального распре жения по высоте м, что экранные труи с образованием по- форме усеченного анием сообщенногопричем горелочное о в плоскости верхий коллектор распо- . торце поверхности -образным газоотво,501813975 А 1 2чная 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 Я- образным 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 основанияповерхности 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 Применение в качестве нагревательной рхности экранных труб в форме опротого усеченного конуса и размещение лочного устройства в плоскости верх- кольцевого коллектора позволяют поть эксплуатационную надежность иэффективность работы за счет увеличениявремени пребывания горючего материала втопочном пространстве и рациональногораспределения теплового напряжения повысоте топочной камеры, указанный эффект достигается за счет того, что ядро факела горящего материала и топочные газыкак бы задерживаются в топочной камере;т.к, естественная тяга, образуемая продуктами сгорания, направлена в противоположное по отношению к создаваемойдымасосом тяги направление.Выполнение экранных труб прямолинейной конфигурации без изгибов возможно благодаря тому, что верхний и нижний 15коллекторы выполнены в виде полых колец,а гарелоччае устройство размещено в плоскости верхнего коллектора,Именно при кольцевой форме коллекторов и размещений топочного устройства в 20верхней части тапки становится возможнымвыполнять экранные трубы без изгибов,взаимозаменяемыми, имеющими одинаковый и большой срок эксплуатации, т,е. достигнуть повышенной эксплуатационной 25надежности топочной камеры, При принятой схеме размещения нагревательных поверхностей будет и высокая эффективностьработы топочной камеры, так как у всех экранных труб будет совершено одинаковое 3 Огидравлическое сопротивление и, значит, сучетом их принятого размещения одинаковое тепловое восприятие и, следовательно,температурные напряжения в металле стенок. 35Размещение горелачного устройства вплоскости верхнего кольцевого коллектора(барабана катлаагрегата) позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность рабаты за счет увеличения 40времени йребывания горючего материала втопочном пространстве, так как лишь приэтой схеме энергия топочных газов образуетотрицательно направленную естественную тягу, образованную потоком прадуктов сгорания топлива, по отношению ктяге, создаваемой дымососам; Именно этаразница давлений и "тормозит" поток и,значит, увеличивает время пребываниятоплива в топочной камере па причине разчачаправленнасти векторов естественнойтяги и тяги, обусловленной работой вентилятора (дымосаса),Именно при такой схеме размещениягорелоччаго устройства верхний кольцевой коллектор (барабан катлаагрегата)находится в чаибалее благоприятномтемпературном пространстве, т.е. в зоне,где температура среды, окружающей кольцевсй коллектор, близка к изатермической,Выполнение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позволяет непосредственно в зоне этого коллектора (а иначе барабана) с обычно толстыми стенками по 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 гарелочного устройства в 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 закономерна снижается, так как происходит интенсивное поглощение теплоты стенками экранных труб, а теплоатдача 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 па сути одинаковыми па всей их длине (высоте), 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, способствовать30 35 40 продуктов сгоранияпримыкает непосредственно к горловине нижнего кольцевого кол 45 50 10 15 20 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 газов, т.е. постоянство векторов скоростей потока продуктов сгорания в любом горизонтальном сечении камеры; и этим самым достичь равномерного теплового напряжения по всему обьемутопочной 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 его части), и 5-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, а Я-образный поворот (колено) 8 лектора 5. Горелочное устройство 6 размещено в плоскости верхнего кольцевого коллектора 1; Пароперегреватель 7 размещен в верхней расширенной части топочноф. 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 конвекциипередается 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 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,: 10После прохода по всей высоте топочной камеры продукты сгорания топлива попадают в колено (поворот, наиболее вероятно, близкий к 90 О)8 двойного перегиба (Я-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 ворота и, значит, сохранению одинакового значения коэффициента теплоотдачи от газов к стенкам экранных труб. Тепловая изоляция 4 играет одновременно роль уплотнения каркаса топки. 25Структура 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 40ф выбросовв 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 8- образным газоотводящим патрубком,2. Камера по п,1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в зоне большего основания поверхности нагрева расположен радиационный пароперегреватель, трубы которого размещены в зазорах между трубами поверхности нагрева,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина аказ 1822 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрет 113035, Москва, Ж, Раушск