RU1813975C

RU1813975C - Furnace

Info

Publication number: RU1813975C
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иосифович Иванов; Николай Григорьевич Земляной; Вадим Леонтьевич Кондрацкий; Галина Вадимовна Новохацкая
Original assignee: Донецкий политехнический институт
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1993-05-07

Abstract

Использование: дл сжигани топлива в топках котлов парогенераторов различного назначени . Сущность изобретени ; топочна камера содержит экранированную трубчатую поверхность нагрева, горелочное устройство, верхний и нижний кольцевые коллекторы, соединенные с опускными и экранными трубами, выполненными пр мыми 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 газоотвод щим патрубком. 1 З.П.ф-ЛЫ, 1 ИЛ.,...;.Usage: for burning fuel in the furnaces of boilers of steam generators for various purposes. SUMMARY OF THE INVENTION; the combustion chamber contains a shielded tubular heating surface, a burner device, upper and lower annular collectors connected to the lowering and screen tubes, made straight and forming a heating surface in the form of a truncated cone, a smaller base communicated with the lower manifold, and the burner device is located in the plane of the upper collector, and the lower collector is located at the output end of the heating surface, equipped with an S-shaped gas outlet pipe. 1 Z.P.F-LY, 1 IL., ...;.

Description

Изобретение относитс к теплоэнергетике и может быть использовано при проек- .тировании парогенераторов различного назначени .The invention relates to a power system and can be used in the design of steam generators for various purposes.

Целью изобретени вл етс повышение эксплуатационной надежности за счет увеличени времени пребывани горючего материала в топочном пространстве и рационального распределени теплового напр жени по высоте камеры.The aim of the invention is to increase operational reliability by increasing the residence time of combustible material in the combustion space and by rational distribution of thermal stress over the height of the chamber.

Цель достигаетс тем, что экранные трубы выполнены пр мыми 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 РЫХОДНОМ торце поверхности :-сгрева, снабженном S-образным газоотво- патрубком.The goal is achieved in that the screen pipes are made straight with the formation of a truncated cone-shaped heating surface, with a smaller base in communication with the lower manifold, the burner device being located in the plane of the upper manifold, and the lower manifold located on the OUTLET end of the surface: -heating provided with S- shaped gas outlet pipe.

Целесообразно дл повышени эксплуатационной надежности и эффективности работы топочной камеры снабдить ее радиационным пароперегревателем, разместив его в зоне большего основани поверхности нагревала его трубы размещены в зазоре между трубами поверхности нагрева так, чтобы перехватить лучистую энергию гор щего топлива факела, защитив стенку топочной камеры от перегрева, и в то же врем весьма полезно, как и столь же необходимо, использовать эту энергию дл перегрева пара , т.е. дл технологической операции, присущей всем котлоагрегатам с перегревом пара.It is advisable to increase the operational reliability and efficiency of the combustion chamber by providing it with a radiation superheater, placing it in the area of the larger surface base, heating its pipes placed in the gap between the pipes of the heating surface so as to intercept the radiant energy of the burning fuel of the torch, protecting the wall of the combustion chamber from overheating, and at the same time, it is very useful, as just as necessary, to use this energy to superheat the steam, i.e. for the technological operation inherent in all boilers with steam overheating.

Применение в качестве нагревательной поверхности экранных труб в форме опрокинутого усеченного конуса и размещение, горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позвол ют повысить эксплуатационную надежность иThe use of screen tubes in the form of a tilted truncated cone as a heating surface and the placement of a burner in the plane of the upper annular collector can improve operational reliability and

0000

WW

о VJabout vj

елate

эффективность работы за счет увеличени времени пребывани горючего материала в топочном пространстве и рационального распределени теплового напр жени по высоте топочной камеры. Указанный эффект достигаетс за счет того, что дро факела гор щего материала и топочные газы как бы задерживаютс в топочной камере, т.к. естественна т га, образуема продуктами сгорани , направлена в противоположное по отношению к создаваемой дымососом т ги направление.operating efficiency by increasing the residence time of the combustible material in the combustion space and rational distribution of the thermal stress along the height of the combustion chamber. This effect is achieved due to the fact that the core of the flame of the burning material and the flue gases are, as it were, trapped in the combustion chamber, because The natural ha, formed by the products of combustion, is directed in the opposite direction with respect to the thrust generated by the smoke exhauster.

Выполнение экранных труб пр молинейной конфигурации без изгибов возможно благодар тому, что верхний и нижний коллекторы выполнены в виде полых колец, а горелочное устройство размещено в плоскости верхнего коллектора.The implementation of screen tubes of a straight configuration without bends is possible due to the fact that the upper and lower collectors are made in the form of hollow rings, and the burner device is placed in the plane of the upper collector.

Именно при кольцевой форме коллекторов и размещений топочного устройства в верхней части топки становитс возможным выполн ть экранные трубы без изгибов, взаимозамен емыми, имеющими одинаковый и большой срок эксплуатации, т.е. достигнуть повышенной эксплуатационной надежности топочной камеры. При прин той схеме размещени нагревательных поверхностей будет и высока эффективность работы топочной камеры, так как у всех экранных труб будет совершено одинаковое гидравлическое сопротивление и, значит, с учетом их прин того размещени одинаковое тепловое воспри тие и, следовательно, температурные напр жени в металле стенок .It is with the annular shape of the collectors and the arrangements of the combustion device in the upper part of the furnace that it becomes possible to make screen tubes without bends, interchangeable, having the same and long service life, i.e. to achieve increased operational reliability of the combustion chamber. With the adopted layout of the placement of heating surfaces, the efficiency of the combustion chamber will also be high, since all screen tubes will have the same hydraulic resistance and, therefore, taking into account their adopted placement, the same thermal perception and, consequently, temperature stresses in the metal of the walls .

-Размещение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора (барабана котлоагрегата) позвол ет повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы за счет увеличени времени пребывани горючего материала в топочном пространстве, так как лишь при этой схеме энерги топочных газов образует отрицательно направленную естественную т гу, образованную потоком продуктов сгорани топлива, по отношению к т ге, создаваемой дымососом; Именно эта разница давлений и тормозит поток и, значит, увеличивает врем пребывани топлива в топочной камере по причине раз- ио направленности векторов естественной т ги и т ги, обусловленной работой вентил тора (дымососа),-Placing the burner device in the plane of the upper annular collector (boiler drum) allows to increase operational reliability and working efficiency by increasing the residence time of the combustible material in the furnace space, since only with this scheme the energy of the flue gases forms a negatively directed natural draft generated by the flow products of fuel combustion, in relation to the heat generated by the exhaust fan; It is this pressure difference that slows down the flow and, therefore, increases the residence time of the fuel in the combustion chamber due to the different directivity of the natural thrust and thrust vectors due to the operation of the fan (smoke exhaust),

Именно при такой схеме размещени горелочного устройства верхний кольцевой коллектор (барабан котлоагрегата) находитс в наиболее благопри тном температурном пространстве, т.е. в зоне, где температура среды, окружающей кольцевой коллектор, близка к изотермической.It is with this arrangement of the burner arrangement that the upper annular collector (boiler drum) is in the most favorable temperature space, i.e. in the zone where the temperature of the medium surrounding the annular collector is close to isothermal.

Выполнение горелочного устройства в плоскости верхнего кольцевого коллектора позвол ет непосредственно в зоне этого коллектора (а иначе барабана) с обычно толстыми стенками по сравнению со стенками экранных труб сохран ть и посто нно поддерживать приемлемые температуры (наиболее высокие температуры имеют место несколько ниже верхнего кольцевого кол0 лектора и горелочного устройства одновременно ), гарантирующие отсутствие температурных напр жений, обусловлен ных, как известно, значительной разностью температуры в различных зонах коллектораThe execution of the burner device in the plane of the upper ring collector allows directly in the area of this collector (otherwise a drum) with usually thick walls compared to the walls of the screen tubes to maintain and constantly maintain acceptable temperatures (the highest temperatures occur slightly below the upper ring collector and burner at the same time), guaranteeing the absence of temperature stresses caused, as is known, by a significant temperature difference in different zones collector

5 (барабана). Эта гаранти вл етс основанием дл высокой эксплуатационной надежности и эффективной работы топочной камеры в целом.5 (drum). This guarantee is the basis for high operational reliability and efficient operation of the combustion chamber as a whole.

При прин той схеме движени продук0 тов сгорани в топочной камере сверху-вниз (традиционно снизу-вверх) происходит не только более качественное сгорание топлива , но и более рациональное распределение теплового напр жени по высоте камеры.With the adopted scheme of movement of products of combustion in the combustion chamber from top to bottom (traditionally from bottom to top), not only better fuel combustion occurs, but also a more rational distribution of thermal stress along the height of the chamber.

5 Напр жение более приемлемое дл процессов парообразовани в экранных трубах, имеющих до сих пор строго цилиндрическую форму.5 The voltage is more acceptable for vaporization processes in screen tubes, which are still strictly cylindrical in shape.

Выполнение топочного пространства вThe execution of the furnace space in

0 виде опрокинутого усеченного конуса и размещение горелочного устройства в плоскости верхнего конуса кольцевого коллектора позвол ют поддерживать наиболее высокую температуру продуктов сгорани в зонеIn the form of an overturned truncated cone and placement of the burner device in the plane of the upper cone of the annular collector, the highest temperature of the combustion products in the zone can be maintained

5 ниже верхнего кольцевого коллектора, т.е. там, где и надлежит ей быть высокой. Далее . при продвижении продуктов сгорани вниз по топочной камере температура этих продуктов закономерно снижаетс , так как про0 исходит интенсивное поглощение теплоты стенками экранных труб, а теплоотдача от продуктов сгорани к стенкам труб благодар прин той форме топки как бы остаётс посто нной, что позвол ет интенсифицйро5 вать процесс теплоотдачи, т.е. рационально распредел ть эффективность работы топочного пространства и парогенераторов в целом .5 below the upper annular manifold, i.e. where it should be high. Further . as the products of combustion move down the combustion chamber, the temperature of these products naturally decreases, since heat is absorbed intensively by the walls of the screen tubes, and the heat transfer from the products of combustion to the walls of the tubes, as a result of the adopted shape of the furnace, remains constant, which allows intensifying the process heat transfer, i.e. rationally distribute the efficiency of the combustion chamber and steam generators as a whole.

Иными словами/применение в качествеIn other words / application as

0 нагревательной поверхности экранных труб в форме образующих усеченного конуса, т.е. состо щей из пр мых без каких-либо изги- бов трубТ способствует повышению эксплуатационной надежности и эффективности0 of the heating surface of the screen tubes in the form of truncated cone generators, i.e. consisting of straight pipes without any bending of pipes helps to increase operational reliability and efficiency

55 работы за счет рационального распределени теплового напр жени .по длине (высоте ) труб. В трубах пр молинейной формы температурные, а следовательно, и механические напр жени будут равномерными и55 operation due to rational distribution of thermal stress. Along the length (height) of the pipes. In pipes of a straight shape, the temperature and, consequently, the mechanical stresses will be uniform and

по сути одинаковыми по 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 напр жени в металле, определ ющие в итоге его прочностные характеристики, и значит, низкую эксплуатационную надежность и эффективность работы котлоагрегата в целом.essentially identical over their entire length (height), which is completely unattainable in pipes with a traditional layout of heating surfaces and their shape, where the usual bends occur due to the placement of burners, nozzles, scallops, inspection hatches, etc. In pipes with bends, there are significant local temperature stresses in the metal, which ultimately determine its strength characteristics, which means low operational reliability and overall efficiency of the boiler unit.

Применение топочной камеры с нисход щим потоком продуктов сгорани упрощает конструкцию парогенератора в целом, что способствует повышению эксплуатационной надежности и эффективности работы . При такой компоновке можно создать большуютепловую нагрузку за счет развёртывани дополнительной контактной поверхности теплообмена при неизменной нагрузке на дымосос благодар снижению аэродинамического сопротивлени газового тракта.The use of a combustion chamber with a downward flow of combustion products simplifies the design of the steam generator as a whole, which contributes to an increase in operational reliability and operational efficiency. With this arrangement, it is possible to create a large thermal load due to the deployment of an additional contact surface for heat exchange with a constant load on the exhaust fan due to a decrease in the aerodynamic drag of the gas path.

Выполнение верхнего и нижнего коллекторов в виде полых колец позвол ет придать экранным трубам простейшую форму, например пр молинейную 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. кажда из этих труб воспринимает одинаковые и равномерные по высоте тепловые напр жени .The execution of the upper and lower collectors in the form of hollow rings makes it possible to give the screen tubes the simplest form, for example, linear or close to it, i.e., without bends with a small radius, primarily within the combustion chamber. Thus, all screen tubes in the combustion chamber will not only have the same configuration, but will also have the same length, i.e. each of these pipes accepts the same and uniform in height thermal stresses.

, Иными словами, в экранных трубах нет опасных дл их механической целостности температурных напр жений. Пам ть металла таких труб молчит, так как все трубы прошли совершенно одинаковые процессы прот жки лишь при их изготовлении.In other words, there are no temperature stresses in the screen tubes that are dangerous to their mechanical integrity. The metal memory of such pipes is silent, since all the pipes went through exactly the same drawing processes only during their manufacture.

На основании сказанного следует, что топочна 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 понимаетс диаметр вращающейс сферы.Based on the foregoing, it follows that the combustion chamber has increased operational reliability and operational efficiency. Moreover, the diameters and wall thicknesses of the hollow rings in the upper and lower collectors are different: the upper one is large, the lower one is smaller, and the diameter refers to the diameter of the rotating spheres.

Выполнение радиационного пароперегревател в верхней расширенной части усеченного конуса нагревательной поверхности позвол ет не только осуществл ть функциональное назначение аппарата: перегревать пар до требуемой температуры, но главным образом защитить (закрыть как экраном) тепловую изол цию стенок топочной камеры и, кроме того, способствоватьThe implementation of the radiation superheater in the upper expanded part of the truncated cone of the heating surface allows not only to carry out the functional purpose of the apparatus: to overheat the steam to the required temperature, but mainly to protect (cover as a screen) thermal insulation of the walls of the combustion chamber and, in addition, to contribute

рациональному распределению теплового напр жени в камере, близкого к равномерному .rational distribution of thermal stress in the chamber, close to uniform.

Выполнение поворота газового потокаTurning a gas stream

5 дл дымовых газов в форме двойного перегиба в плоскости нижнего кольцевого коллектора позвол ет получить равномерное по сечению газохода струйное течение потока газов, т.е. посто нство векторов скоро0 стей потока продуктов сгорани в любом горизонтальном сечении камеры, и этим самим достичь равномерного теплового напр жени по всему объему топочной камеры и, значит, высокой эксплуатационной на5 дежности и эффективности работы топки в целом.5 for flue gases in the form of a double bend in the plane of the lower annular collector allows to obtain a uniform stream of gas flow over the gas duct section, i.e. constant velocity vectors of the flow of products of combustion in any horizontal section of the chamber, and thereby achieve uniform thermal stress throughout the volume of the combustion chamber and, therefore, high operational reliability and efficiency of the furnace as a whole.

На чертеже изображена топочна камеРа- ; - . . - :-.: . .The drawing shows a furnace Kamera-; -. . -: - .:. .

Топочна камера состоит из верхнегоThe furnace chamber consists of a top

0 кольцевого коллектора 1, экранных труб 2 одинаковой конфигураций и размеров, Ьпу- скных труб 3, тепловой изол ции 4 и одновременно уплотнени топочной камеры, нижнего кольцевого коллектора 5, горелоч5 нота устройства б, размещенного в плоскости вёрхнегЬ кольцевого коллектора, пароперегревател 7, размещенного в верхней части топочной камеры (наиболее широкой его части), и S-образного поворота0 ring collector 1, screen tubes 2 of the same configuration and size, baffle tubes 3, thermal insulation 4 and at the same time sealing the combustion chamber, lower ring collector 5, burner 5 note device b, located in the plane of the upper ring collector, superheater 7, placed in the upper part of the combustion chamber (its widest part), and S-shaped rotation

0 (колена) 8 газового потока из топочной камеры в газоход, направл ющего продукты сгорани к дымососу.0 (elbow) 8 of the gas flow from the combustion chamber to the gas duct directing the products of combustion to the exhaust fan.

Экранные трубы 2 пр мые, без каких- либо изгибов совместно с кольцевыми кол5 лекторами 1 и 5 образуют опрокинутый усеченный конус. Опускные трубы 3, как и у парогенераторов традиционного -типа; размещены с внешней стороны тепловой изол ции 4, а S-образный поворот (колено) 8Screen tubes 2 straight, without any bends, together with the annular collectors 1 and 5 form an overturned truncated cone. Lowering pipes 3, as with traditional-type steam generators; placed on the outside of the thermal insulation 4, and the S-shaped turn (knee) 8

0 продуктов сгорани примыкает непосредственно к горловине нижнего кольцевого кол- лектора 5. Горелочное устройство 6 размещено в плоскости верхнего кольцевого коллектора Пароперегреватель 7 раз5 мещен в верхней расширенной части топочной камеры, выполненной в виде усеченного опрокинутого конуса, так, что защищает (экранирует) тепловую изол цию топочной камеры и выполн ет свое функци0 ональное назначение - перегреватель пар. Это возможно, например, за счет размещени труб пароперегревател в зазорах между экранными трубами топки, которые имеют относительно плотное размещение0 combustion products are adjacent directly to the neck of the lower annular manifold 5. The burner device 6 is placed in the plane of the upper annular collector. The superheater is 7 times 5 placed in the upper expanded part of the combustion chamber, made in the form of a truncated tilted cone, so that it protects (shields) the thermal insulator function of the combustion chamber and performs its functional purpose - steam superheater. This is possible, for example, by placing the superheater tubes in the gaps between the screen tubes of the furnace, which have a relatively tight placement

5 лишь у нижнего кольцевого коллектора:5 only at the lower annular manifold:

Работа топочной камеры заключаетс в следующем.The operation of the combustion chamber is as follows.

Энерги сжигаемого топлива в виде факела (или нескольких факелов) в горелочном устройстве б за счет излучени и конвекцииThe energy of the burned fuel in the form of a torch (or several torches) in the burner device b due to radiation and convection

передаетс стенкам . экранных труб. При этом образуемый в них пар вместе с водой поднимаетс в верхний кольцевой коллектор (барабан) 1, где происходит, как обычно, отделение пара.-Далее пар попадаете пароперегреватель 7, а вода опускаетс по опускным трубам 3 в нижний кольцевой коллектор 5, после чего снова попадает в подъемные экранные трубы 2 дл очередного цикла испарени ,transferred to the walls. screen pipes. In this case, the steam formed in them, together with water, rises to the upper annular collector (drum) 1, where steam is separated, as usual. -Further, the steam enters the superheater 7, and the water is lowered through the downpipes 3 into the lower annular collector 5, after which again enters the lifting screen tubes 2 for the next evaporation cycle,

После прохода по всей высоте топочной камеры продукты сгорани топлива попадают в .колено (поворот, наиболее веро тно , близкий к 90°)8 двойного перегиба (S-образной формы) и далее по газоходу к дымососу. При этом форма у колена способствует сохранению во всех горизонтальных поперечных сечени х топки параллельноструйчатости потока газов, т.е. отсутствие поджати потока со стороны поворота и, значит, сохранению одинакового значени коэффициента теплоотдачи от газов к стенкам экранных труб. Теплова изол ци 4 играет одновременно роль уплотнени каркаса топки.After passing through the entire height of the combustion chamber, the products of fuel combustion enter the knee (turn, most likely close to 90 °) of double bend (S-shaped) and further down the flue to the exhaust fan. Moreover, the shape at the knee contributes to the preservation in all horizontal cross sections of the furnace of the parallel flow of gases, i.e. the absence of compression of the flow from the turning side and, therefore, maintaining the same value of the heat transfer coefficient from gases to the walls of the screen tubes. Thermal insulation 4 simultaneously plays the role of sealing the frame of the furnace.

Структура и взаимное размещение составл ющих элементов топочной камеры позвол ет обеспечить рациональное распределение теплового напр жени по высоте топочной камеры дл ее эффективной работы при высокой эксплуатационной надежности .The structure and relative positioning of the components of the combustion chamber allows for a rational distribution of the thermal stress along the height of the combustion chamber for its efficient operation with high operational reliability.

Технико-экономическа значимость использовани изобретени весьма значительна . Использование предлагаемой схемы компоновки нагревательных поверхностей в топочной камере позвол ет повысить эффективность работы, что означает более полное сгорание топлива и, значит, его экономию, снижение вредных газовыхThe technical and economic importance of the use of the invention is very significant. Using the proposed layout of the heating surfaces in the combustion chamber allows to increase operating efficiency, which means more complete combustion of fuel and, therefore, its economy, reduction of harmful gas

выбросов в атмосферу и, конечно, за счет повышени эксплуатационной надежности повышение срока службы, что в первую очередь приводит к снижению расхода металлаair emissions and, of course, by increasing operational reliability, increasing the service life, which primarily leads to a decrease in metal consumption

и затрат на ремонт и способствует бесперебойной работе теплоэнергетической установки в целом. Учитыва , что последнюю компоненту эффективности подсчитать весьма не легко, а остальные можно сделатьand repair costs and contributes to the smooth operation of the heat and power plant as a whole. Given that the last component of efficiency is not very easy to calculate, and the rest can be done

лишь оценочно, допустимо ограничиватьс приближенной оценкой эффективности.only estimated, it is permissible to be limited to an approximate estimate of effectiveness.

Иными словами, применение предлагаемой конструкции топочной камеры позволит повысить эксплуатационнуюIn other words, the use of the proposed design of the combustion chamber will increase the operational

Claims

reliability and efficiency of the combustion chamber by at least 10-15% compared with known designs. SUMMARY OF THE INVENTION 1. A furnace chamber containing a shielded tubular heating surface, a burner, and upper and lower annular collectors connected to lowering and screen pipes are provided in order to increase operational reliability, the screen pipes are made straight to form the surface of the heating in the form of a truncated cone, a smaller base communicated with the lower manifold,

moreover, the burner device is located in the plane of the upper collector, and the lower collector is located at the output end of the heating surface, equipped with an S-shaped exhaust pipe.

2. The chamber according to claim 1, characterized in that in the area of the larger base of the heating surface there is a radiation superheater, the pipes of which are located in the gaps between the pipes of the surface

heating up.