Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГРУБОИЗМЕЛЬЧЕННОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ВИХРЕВОЙ ТОПКЕ И ВИХРЕВАЯ ТОПКА
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГРУБОИЗМЕЛЬЧЕННОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ВИХРЕВОЙ ТОПКЕ И ВИХРЕВАЯ ТОПКА

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГРУБОИЗМЕЛЬЧЕННОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ВИХРЕВОЙ ТОПКЕ И ВИХРЕВАЯ ТОПКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке. Сущность изобретения: подают в вихревую камеру топливо, первичный и вторичный потоки воздуха. Вторичный поток подают через камеру обработки крупной фракции топлива, соединенную с устьем вихревой камеры. Частицы топлива, выпадающие в камеру, направляют на вторичный поток воздуха, который вместе с частицами топлива разворачивают с помощью вогнутой поверхности. Скорость вторичного потока воздуха поддерживают больше расчетной скорости витания наиболее крупной частицы топлива. Вихревая топка содержит вихревую камеру с наклонными скатами, образующими устье, под которым расположена камера обработки крупных фракций топлива, выполненная в виде криволинейного канала. В нижней части канала размещено сопло, напротив которого расположена вогнутая относительно сопла стенка. Противоположная стенка , расположенная над соплом , имеет в нижней части участок, ориентированный к оси сопла и на противоположную стенку. Верхний край стенки направлен на верхний участок противоположной стенки, ориентированный вдоль противоположного ему наклонного ската вихревой камеры. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2052715
Класс(ы) патента: F23C5/24
Номер заявки: 92009760/06
Дата подачи заявки: 07.12.1992
Дата публикации: 20.01.1996
Заявитель(и): Чамин Владимир Анатольевич
Автор(ы): Чамин Владимир Анатольевич
Патентообладатель(и): Чамин Владимир Анатольевич
Описание изобретения: Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способам сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревых топках котлов, а также к самим конструкциям указанных вихревых топок.
Известны способ сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке и вихревая топка [1] содержащая вихревую камеру с наклонными скатами, образующими устье, под которым расположено сопло, ориентированное вдоль наклонного ската в сторону наклонной вниз горелки, размещенной над скатом.
В указанном способе топливо подают совместно с потоком воздуха через наклонную вниз горелку. При этом указанный поток воздуха, участвующий в начальной стадии процесса горения топлива, называют первичным. Через сопло, расположенное под устьем, подают поток воздуха вдоль наклонного ската под первичный поток воздуха. Поток воздуха, подаваемый через сопло и участвующий в последующей стадии горения топлива, прошедшего через вихревую камеру, называют вторичным. В результате взаимодействия двух встречно направленных и смещенных друг относительно друга первичного и вторичного потоков организуется вихревое движение газов в нижней части вихревой камеры. При этом вторичный поток воздуха подают со скоростью, превышающей скорость витания наиболее крупных частиц топлива. Первичный поток воздуха вместе с топливом с помощью горелки направляют вниз вихревой камеры, который затем разворачивается вверх у противоположной стенки вихревой камеры. При этом мелкие частицы воспламеняются и выгорают в первичном потоке воздуха. При развороте первичного потока вместе с газовыми продуктами горения крупные фракции топлива под действием инерционных и гравитационных сил выпадают из потока в нижнюю часть вихревой камеры, где встречают вторичный поток воздуха. Поскольку скорость вторичного потока превышает скорость витания наиболее крупных частиц топлива, то вся крупная фракция отсеивается вторичным потоком и направляется под первичный поток воздуха, при этом вторичный поток эжектируется последним, разворачивается и движется спутно вместе с первичным потоком воздуха. Так как вторичный поток воздуха, направленный вдоль ската вихревой камеры, представляет собой пристенную струю, которая по своим аэродинамическим свойствам обладает наибольшей дальнобойностью, то есть незначительным падением скорости воздуха по длине струи, то вся крупная фракция подводится к горелке, где происходит смешение ее с первичным потоком. Таким образом, крупные фракции топлива вовлекаются в вихревое движение газов в нижней части вихревой камеры, где и происходит их выгорание в условиях многократной циркуляции через вторичный и первичный потоки. Таким образом, мелкие фракции топлива выгорают в первичном потоке воздуха в прямоточной зоне факела, а крупная фракция топлива выгорает в вихревом потоке газов в вихревой зоне факела. При этом происходит взаимное влияние этих двух зон друг на друга и в целом на процесс горения топлива в вихревой камере. Устойчивое воспламенение и горение топлива в прямоточной зоне факела обеспечивает быстрый прогрев и воспламенение крупной фракции, циркулирующей в вихревой зоне факела.
Преимуществом указанного способа сжигания топлива и вихревой топки является возможность сжигания грубоизмельченного топлива, что значительно упрощает дорогостоящую сложную систему топливоприготовления. При этом обработка крупных фракций топлива в вихревой камере осуществляется в условиях многократной их циркуляции в высокотемпературной среде топочных газов, годе интенсивность тепломассообменных процессов высокая.
Однако, как было указано выше, вся крупная фракция топлива подводится к корню горелочного потока к месту ввода в вихревую камеру первичного потока воздуха в смеси с топливом и вовлекается в прямоточную часть факела. Поскольку для крупных частиц топлива требуется значительное время для их прогрева и сушки, то через горелочный поток проходит значительная масса негорящих крупных частиц. Эта масса топлива воспринимает тепло на прогрев и сушку и снижает тем самым температуру в прямоточной зоне факела. При этом ухудшается устойчивость воспламенения мелкой фракции топлива, увеличивается время их выгорания и появляются потери топлива с уносом недогоревших частиц из вихревой камеры. С другой стороны, вторичный поток воздуха, подаваемый с такой скоростью, пробивает поток топливовоздушной смеси, выходящий из горелки, унося недогоревшее и часть свежего топлива из вихревой камеры, увеличивая тем самым потери тепла, связанные с его механическим недожогом. Снижение скорости вторичного потока воздуха с целью уменьшения доли крупных частиц топлива, выносимых в прямоточную часть факела и уноса приводит к провалу крупной фракции через устье вихревой камеры и, соответственно, к потерям топлива.
При увеличении влажности и зольности топлива, подаваемого в вихревую камеру, устойчивость воспламенения топлива еще больше ухудшается, что приводит к пульсациям процесса горения и к погасанию факела. С другой стороны, при увеличении влажности и зольности топлива увеличивают скорость вторичного потока, так как увеличивается вес частиц и соответственно скорость их витания. При этом увеличивается унос мелких частиц из горелочного потока, а значит, и потери тепла, связанные с его механическим недожогом.
Более эффективное сжигание грубоизмельченного топлива осуществляют известным способом [2] реализованным в вихревой топке, содержащей вихревую камеру с наклонными скатами, образующими устье, под которым расположена камера обработки крупных фракций топлива с размещенными в ее нижней части соплом и расположенной над ним колосниковой решеткой. Один из наклонных скатов снабжен выступом, образующим с противоположным скатом сопло, ориентированное вдоль наклонного ската в сторону наклонной вниз горелки, размещенной над скатом.
Способ сжигания грубоизмельченного твердого топлива в указанной вихревой топке осуществляют путем подачи в вихревую камеру топлива, первичного и вторичного потоков воздуха, при этом вторичный поток воздуха подают со скоростями ниже скорости витания наиболее крупной частицы топлива и направляют его через камеру обработки крупной фракции топлива, соединенную с устьем вихревой камеры, вдоль наклонного ската под первичный поток воздуха.
Процессы горения в вихревой камере [2] в основном аналогичны рассмотренным выше при работе вихревой топки [1]
Отличительной особенностью работы указанной вихревой топки по сравнению с [1] является то, что крупная фракция топлива, выпадающая в устье вихревой камеры, встречает вторичный поток воздуха со скоростью, меньшей скорости витания наиболее крупной частицы топлива. При этом наиболее крупные частицы выпадают в камеру обработки крупной фракции топлива, а средние частицы, скорость витания которых меньше скорости вторичного потока воздуха, отвеиваются последним и направляются к корню горелочного потока.
Наиболее крупные частицы топлива, выпадающие в камеру обработки крупной фракции, под действием гравитационных сил попадают на колосниковую решетку, где накапливаются в виде слоя частиц. Через воздушное сопло, расположенное под колосниковой решеткой, подается вторичный поток воздуха, который распределяется решеткой и проходит через слой накопившихся частиц крупных фракций топлива. При этом происходят прогрев, сушка и выгорание крупных частиц.
Преимуществом данного способа сжигания грубоизмельченного твердого топлива и вихревой топки является подвод к корню горелочного потока мощного источника тепла смеси вторичного потока воздуха с горящими частицами топлива, так как средние фракции топлива, проходя через вихревую зону факела, успевают прогреться и воспламениться. Это обеспечивает быстрый прогрев горелочного потока и устойчивое воспламенение мелкой фракции и полное ее выгорание в прямоточной зоне факела. При этом средняя фракция свежего топлива, поступающего в вихревую камеру, при прохождении ее через прямоточную зону эффективно прогреваться и воспламеняется в вихревой зоне факела.
Недостатками работы данной вихревой топки является, во-первых, сжигание крупной фракции топлива в слое. Поскольку в слое частицы располагаются друг над другом и воздух проходит последовательно через нижнюю часть слоя и затем через верхнюю, то горение частиц осуществляется только в нижней части слоя. При этом концентрация кислорода и соответственно температура газов по высоте слоя резко падает, что приводит к резкому уменьшению интенсивности термической обработки частиц по высоте слоя. При горении частиц в нижней части слоя в верхних частицах происходят только процессы прогрева и сушки. Интенсивность процесса горения нижних частиц в слое зависит от скорости подвода вторичного потока воздуха и удельной поверхности частиц отношения поверхности частицы к ее объему. Увеличить скорость потока вторичного воздуха не представляется возможны, так как при увеличении последней может произойти локальное псевдоожижение части слоя и перераспределение потока воздуха в нем. Появляется кратерное горение в этом месте, а через остальную часть слоя подача воздуха прекращается. Увеличение удельной поверхности зависит только от скорости горения углерода на поверхности частиц, а повышение интенсивности тепломассообменных процессов на поверхности не представляется возможным, так как скорость воздушного потока через слой ограничена условием выноса частиц из слоя и кратерным горением.
Во-вторых, расход горячего воздуха через слой зависит от равномерности распределения топлива на решетке, то есть высоты слоя. Поскольку равномерного распределения частиц на решетке при сепарации их из топочного объема практически добиться не возможно, то происходит неравномерное распределение воздушного потока под решеткой, зависящее от сопротивления слоя. При этом появляется локальное кратерное горение слоя и, вследствие выгорания топлива в этом месте, уменьшается сопротивление слоя, куда устремляется весь поток воздуха. Это приводит к завалу топливом остальной части решетки и лавинообразную завалу всей камеры обработки крупных фракций топлива.
При увеличении влажности и зольности топлива, подаваемого в вихревую камеру, интенсивность горения крупных частиц в камере обработки крупной фракции топлива еще больше снижается. Более влажности частица требует большего тепла на ее прогрев и сушку. При горении высокозольной частицы вокруг ее поверхности образуется зольная корка, диффузия кислорода через которую резко падает. При этом время выгорания частицы значительно увеличивается.
Таким образом, эффективность обработки крупной фракции топлива в слоевом процессе крайне низкая, а повышение эффективности не представляется возможным.
Известно способ сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке [3] использующий обработку крупной фракции в псевдоожиженном слое. Однако, несмотря на некоторое повышение интенсивности тепломассообменных процессов на поверхности частиц, недостатки слоевого процесса сохраняются. При увеличении влажности и зольности частиц нарушается устойчивость псевдоожижения слоя и снижается интенсивность тепломассообменных процессов в нем. Кроме того, псевдоожиженный слой требует определенного фракционного состава топлива, падающего в вихревую камеру, что предъявляет строгие требования к системе топливоприготовления. Износ размалывающих элементов в ней в процессе эксплуатации приводит к угрублению фракционного состава крупных фракций топлива, что нарушает устойчивость процесса псевдоожижения в связи с увеличением высоты слоя и снижает эффективность работы устройства для обработки крупных фракций топлива.
Цель изобретения создание способа сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке и создание вихревой топки, в которых обеспечивается сжигание крупных фракций топлива в нижней части вихревой камеры в вихревой зоне при сохранении условий стабильного воспламенения и полного выгорания топлива, и тем самым повышение эффективности сжигания грубоизмельченного топлива в широком диапазоне его характеристик.
Цель достигается тем, что в способе сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке путем подачи в вихревую камеру топлива, первичного и вторичного потоков воздуха, при этом вторичный поток воздуха подают через камеру обработки крупной фракции топлива, соединенную с устьем вихревой камеры, согласно изобретению, в камеру обработки крупных фракций вторичный поток воздуха подают со скоростью больше расчетной скорости витания наиболее крупной частицы топлива, который по меньшей мере один раз разворачивают с помощью вогнутой поверхности и направляют в устье вихревой камеры вдоль наклонного ската навстречу к горелочному потоку. При развороте вторичного потока воздуха по вогнутой поверхности происходит деформация потока и изменение профиля скорости в нем. Максимальный вектор скорости смещается к вогнутой поверхности, а под действием сил инерции происходит сужение потока на вогнутой поверхности. Поскольку воздух практически несжимаем, то происходит ускорение потока при развороте его на вогнутой поверхности.
Крупные частицы топлива, выпадающие в камеру обработки, направляют на вторичный поток при его развороте на вогнутую поверхность, которые разгоняются потоком воздуха на вогнутой поверхности и под действием инерционных сил выносятся в вихревую камеру. При развороте вторичного потока воздуха затрачивается часть его энергии, при этом снижается его скорость. Таким образом на входе в вихревую камеру скорость вторичного потока воздуха будет меньше скорости витания наиболее крупных частиц. При этом крупные частицы топлива, выносимые из камеры обработки в вихревую камеру, выпадают из вторичного потока воздуха на наклонный скат и, ссылаясь по нему, попадают вновь в камеру обработки крупной фракции топлива. Осуществляя таким образом многократную циркуляцию через нижнюю часть вихревой камеры, частицы топлива эффективно прогреваются и выгорают в высокотемпературной среде топочных газов. Поток вторичного воздуха в устье вихревой камеры имеет неравномерный профиль скоростей, что, согласно аэродинамическим закономерностям, приводит к быстрому его расширению и падению его скорости. При этом к корню горелочного потока подводятся только горящие частицы топлива, скорость витания которых меньше, чем у негорящих частиц той же фракции. Это обеспечивает стабильное воспламенение в прямоточной части факела и полное выгорание топлива в нем.
Целесообразно на пути вторичного потока воздуха в смеси с частицами топлива с вогнутой поверхности установить отбойную стенку, направляющую поток вдоль наклонного ската устья вихревой камеры. Указанный поток ударяется о отбойную стенку, при этом происходит дробление крупных частиц на более мелкие и увеличение удельной поверхности частиц, что значительно повышает интенсивность процессов их прогрева и горения. При развороте потока с помощью отбойного листа происходит также деформация потока и изменение профиля скоростей в нем. Также целесообразно в камеру обработки крупной фракции топлива дополнительно подать топочные газы. Это значительно повысит температурный уровень в камере обработки крупной фракции и увеличит интенсивность процессов сушки частиц в ней.
Также целесообразно вторичный поток воздуха с частицами топлива развернуть по меньшей мере два раза, при этом при втором развороте в указанный поток воздуха с частицами топлива подают дополнительно поток воздуха для ускорения движения частиц. При каждом развороте скорость потока воздуха падает, так как на разворот затрачивается определенное количество энергии. Для повышения эффективности дробления частиц топлива при последующем развороте ускоряют движение частиц дополнительным воздушным потоком.
Поставленная задача решается также тем, что в вихревой топке, содержащей вихревую камеру с наклонными скатами, образующими устье, под которым расположена камера обработки крупных фракций топлива с размещенным в ее нижней части соплом, камера обработки крупных фракций топлива выполнена в виде криволинейного канала, у которого нижний край стенки, расположенной напротив сопла, размещен ниже оси сопла, а противоположная стенка канала, расположенная над соплом, имеет в нижней части участок, ориентированный к оси сопла и на противоположную стенку, при этом канал содержит по меньшей мере одну часть, в которой противоположная соплу стенка выполнена вогнутой относительно сопла и верхний ее край направлен на верхний участок противоположной стенки, ориентированный вдоль противоположного ему наклонного ската вихревой камеры. Целесообразно, чтобы каждая часть криволинейного канала содержала сопло.
Стенка канала, расположенная напротив сопла, выполненная в виде вогнутой поверхности, нижний край которой размещен ниже оси сопла, обеспечивает разворот потока вторичного воздуха, выходящего из сопла. Стенка канала, расположенная над соплом и имеющая в нижней части участок, ориентированный к оси сопла и на противоположную стенку, обеспечивает направление частиц топлива, выпадающих в камеру обработки, на вторичный поток воздух спутно движению потока. Верхний край вогнутой относительно сопла стенки канала, направленный на верхний участок противоположной стенки, обеспечивает направление вторичного потока воздуха в смеси с частицами топлива на верхний участок противоположной стенки отбойный лист, что позволяет осуществить дробление крупных частиц топлива. Ориентирование отбойного листа вдоль наклонного ската позволяет направить частицы топлива в вихревую камеру. Дополнительное сопло обеспечивает ускорение движения частиц по каналу.
На фиг. 1 показана предлагаемая вихревая топка со схемой распределения фракций топлива по ее объему, продольный разрез; на фиг. 2 направление и эпюры скоростей вторичного потока воздуха в криволинейном канале; на фиг. 3 один из вариантов выполнения вихревой топки, продольный разрез.
Вихревая топка содержит вихревую камеру 1 с наклонными скатами 2' и 2", образующими устье 3, и расположенную над одним из скатов 2' наклонную вниз горелку 4. Под устьем расположена камера 5 обработки крупных фракций топлива с размещенным в ее нижней части соплом 6. Камера 5 обработки крупных фракций топлива выполнена в виде криволинейного канала, у которого нижний край 7 стенки 8, расположенной напротив сопла 6, размещен ниже оси сопла 6, а противоположная стенка 9 канала 5, расположенная над соплом 6, имеет в нижней части участок 10, ориентированный к оси сопла 6 и на противоположную стенку 8, которая выполнена вогнутой относительно сопла 6 и верхний ее край 11 направлен на верхний участок 12 противоположной стенки 9, ориентированный вдоль противоположного ему наклонного ската 2' вихревой камеры 1.
Стенка 8, вогнутая относительно сопла 6, может быть выполнена как плавноизогнутой, так и в виде ломаной поверхности, радиус кривизны которой определяется известным расчетным методом для движения газовой струи вдоль криволинейной поверхности и зависит от вида сжигаемого топлива и производительности вихревой топки. Угол наклона нижнего участка 10 стенки 9 и нижнего края 7 стенки 8 определяется известным расчетным методом для движения частиц по наклонной плоскости в зависимости от угла естественного откоса для данного сыпучего материала и начальной скорости падения этих частиц на наклонную плоскость. Угол наклона сопла 6 и угол между его осью и нижним участком стенки 8 определяется известным методом расчета искривления и деформации потока газов при встрече его с плоской стенкой и зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава. Расстояние между стенками 8 и 9 канала 5 определяется в зависимости от производительности вихревой камеры 1, вида сжигаемого топлива и его характеристики, при этом возможно изменение расположения нижнего участка 10 стенки 9 относительно сопла 6 при сохранении его ориентации. Направление верхнего края 11 стенки 8 на верхний участок 12 противоположной стенки 9 должно обеспечивать полный разворот воздушного потока в сторону ориентации верхнего участка 12.
Возможно иное выполнение канала, как показано на фиг. 3. В указанном канале нижний край 13 стенки 14, расположенной напротив сопла 3, размещен ниже оси сопла 3, а противоположная стенка 15, расположенная над соплом 3, имеет два наклонных вниз участка 16' и 16", ориентированных на противоположную стенку 14. Стенка 14 имеет два вогнутых относительно сопла 3 участка 17' и 17", и верхние края 18' и 18" каждого вогнутого участка направлены на верхние участки 19' и 19" противоположной стенки 15, ориентированные вдоль противоположных им наклонных скатов 2 вихревой камеры 1. При этом канал снабжен дополнительными соплами 20 и 21, одно из которых 20 размещено под верхним участком 19' стенки 15, а сопло 21 размещено под верхним участком 18" вогнутой стенки 17".
Исходное грубоизмельченное топливо подают в вихревую камеру 1 (фиг. 1) через наклонную вниз горелку 4 в смеси с первичным потоком воздуха. Этот поток смеси топлива и воздуха называют горелочным потоком. На фиг. 1 дана схема распределения фракций топлива по объему вихревой топки, при этом 28 обозначает мелкую фракцию топлива, 29 средняя фракция, 30 крупная фракция и 31 наиболее крупная частица топлива. При развороте горелочного потока происходит сепарация из него средней и крупной фракции топлива в нижнюю часть вихревой камеры 1, мелкая же фракция воспламеняется и выгорает в прямоточной части 22 факела. Вторичный поток воздуха подают через сопло 6 со скоростью больше расчетной скорости витания наиболее крупной частицы топлива в криволинейный канал 5 и направляется затем вдоль наклонного ската 2' в сторону горелки 4. Взаимодействие указанного потока с горелочным потоком образует вихревое движение газов в нижней части вихревой камеры 1. Отсепарированные из прямоточной части факела частицы топлива выпадают на наклонный скат 2" и, двигаясь по нему вниз, встречают вторичный поток воздуха, выходящего из криволинейного канала 5. Вторичный поток воздуха, входящий в криволинейный канал 5 со скоростью, большей скорости витания наиболее крупных частиц, теряет часть энергии на разворот и на выходе из канала 5 и на входе в вихревую камеру 1 имеет скорость ниже скорости витания крупной фракции топлива. Таким образом, в устье 3 вихревой камеры 1 отвеивается только средняя фракция топлива, которая вовлекается в вихревое движение газов и сгорает в вихревой части 23 факела. Крупная фракция топлива пересекает вторичный поток воздуха в устье 3 и выпадает в канал 5, где в нижней части канала падает на участок 10 стенки 9, который направляет частицы на вторичный поток воздуха, выходящего из сопла 6. Так как скорость потока здесь больше скорости витания, наиболее крупной частицы, то поток воздуха отвеивает все частицы и направляет их на стенку 8. Поскольку нижний край 7 стенки 8 размещен ниже оси сопла 6, то это позволяет направить весь поток воздуха в смеси с частицами вдоль вогнутой относительно сопла 6 стенки 8.
При соударении вторичного потока воздуха, выходящего из сопла 6 с равномерной эпюрой скоростей 24 (фиг. 2), о противоположную стенку 8 происходит деформация и сужение потока. Причем скорость 25 у поверхности стенки 8 увеличивается и эпюра скоростей становится неравномерной. Крупные фракции топлива, попадающие в поток воздуха с равномерной эпюрой скоростей 24, направляются к стенке 8 и под действием инерционных сил прижимаются к ее поверхности, где скорость выше, чем на выходе из сопла 6. При этом происходит еще больший разгон частиц. При повороте воздушного потока на вогнутой поверхности стенки 8 частицы прижимаются к стенке, где скорость потока максимальная. Поскольку крупная фракция топлива, выпадающая в канал 5, состоит из совокупности частиц разных размеров, то более мелкие частицы, скорость движения которых выше, усиливают разгон наиболее крупных частиц, передавая им свой импульс при соударении. После разгона потоком воздуха крупных фракций на вогнутой стенке 8 частицы топлива вместе с потоком направляют верхним крем 11 стенки 8 на верхний участок 12 отбойную стенку. При этом на выходе потока со стенки 8 эпюра скоростей 26 сохраняет свою неравномерность, причем частицы, двигаясь по поверхности стенки 8, находятся в зоне максимальных скоростей. При соударении потока воздуха о верхний участок 12 стенки 9 и развороте ее частицы топлива пересекают поток под действием инерционных сил и ударяются о стенку 9. При этом происходит дробление крупных частиц на мелкие, которые выносятся вторичным потоком воздуха в вихревую камеру 1.
Учитывая, что крупная фракция топлива проходит через вихревую камеру 1 при его подаче через горелку 4, а затем попадает во вторичный поток горячего воздуха, происходит процесс их сушки и выхода летучих. При этом появляются микротрещины в объеме частицы, что усиливает эффект дробления частиц. После дробления крупных частиц на мелкие удельная поверхность последних становится значительно большей, чем у крупных частиц, что повышает интенсивность тепломассообменных процессов на поверхности и значительно повышает эффективность сушки и выхода летучих.
В результате дробления крупных частиц о отбойную стенку 12 получаются частицы различной крупности. Те частицы, скорость витания которых больше скорости потока вторичного воздуха на выходе из канала 5, продолжают двигаться по инерции вместе с потоком воздуха в вихревую камеру 1, после чего выпадают на наклонный скат 2' и, ссыпаясь по нему, вновь попадают в канал 5. Здесь они вновь разгоняются потоком воздуха, выходящего из сопла 6, и подвергаются повторному дроблению. При этом, попадая в вихревую камеру 1 и проходя через вихревую часть 23 факела, частицы сушатся в потоке горячих топочных газов. Таким образом, крупные частицы топлива осуществляют многократную циркуляцию через вихревую часть 23 факела и канал 5, подвергаясь многократному дроблению до размеров фракции, выносимых вторичным потоком. При этом происходит эффективный процесс их сушки, выхода летучих и воспламенения.
В результате резкого поворота вторичного потока воздуха на верхнем участке 12 стенки 9, на выходе из канала 5 поток имеет тоже неравномерный профиль скоростей 27 (фиг. 2). Известно, что газовые струи с неравномерным профилем скоростей, подобным профилю скоростей 27, имеют способность к быстрому затуханию, то есть к быстрому расширению потока и падению скорости в нем. Следовательно, вторичный поток воздуха, двигаясь вдоль наклонного ската 2', расширяется и достигает корня горелочного потока места ввода топливовоздушной смеси из горелки со скоростью, равной скорости витания мелких горящих частиц топлива. Средние частицы выпадают из вторичного потока воздуха на наклонный скат 2' и, ссыпаясь по нему к устью 3, вновь отвеиваются вторичным потоком воздуха, выходящего из канала 5. Таким образом осуществляется многократная циркуляция средних частиц топлива в вихревой части 23 факела, где и происходит их выгорание.
Подвод к корню горелочного потока только горящих частиц вместе с топочными газами обеспечивает стабильное воспламенение и выгорание топлива в прямоточной части 22 факела, которая активно влияет на воспламенение и выгорание топлива в вихревой части 23 факела. При увеличении влажности, зольности и фракционного состава исходного топлива, подаваемого в вихревую камеру 1, увеличивается доля топлива, поступающего в канал 5. Однако высокая эффективность дробления крупных фракций и увеличение тем самым удельной поверхности частиц, а значит, и интенсивности тепломассообенных процессов обеспечивают эффективную обработку топлива в широком диапазоне изменения качества топлива. При этом все топливо, поступающее в канал 5, возвращается обратно в вихревую камеру 1 в виде измельченных подсушенных частиц, где они эффективно сгорают в условиях многократной циркуляции при температуре среды, значительно превышающей температуру в канале 5.
При сжигании грубоизмельченного твердого топлива в камеру 1 попадают вместе с топливом инородные материалы, порода, камни. Поскольку скорость витания их значительное выше скорости витания наиболее крупной частицы, то они, попадая в канал 5, пересекают вторичный поток воздуха, выходящего из сопла 6, и выводятся из вихревой топки. Следовательно, скорость вторичного потока воздуха в сопле 6 регулируется в пределах скоростей витания наиболее крупной частицы топлива и инородных материалов.
Для повышения температуры среды в канале 5 с целью повышения интенсивности сушки частиц топлива в нем в канал 5 вводят горячие топочные газы.
Для повышения эффективности дробления крупных фракций топлива целесообразно другое выполнение вихревой топки (фиг. 3). Процессы сжигания частиц топлива в вихревой камере 1, направление и эпюры скоростей вторичного воздуха и процесс дробления частиц в указанной вихревой топке аналогичны процессам при работе вихревой топки, представленной на фиг. 1. Отличительной особенностью является то, что при развороте потока воздуха на отбойных листах 19' и 18" и дроблении частиц о них под каждый отбойный лист дополнительно подводят поток воздуха соответственно соплами 20 и 21 для ускорения частиц после их дробления и повышения эффективности последующего дробления.
Предлагаемые способ сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке и вихревая топка позволяют осуществить эффективное сжигание грубоизмельченного твердого топлива в широком диапазоне изменения его качества при стабильном его воспламенении и полном выгорании путем эффективного разгона крупных фракций топлива потоком вторичного воздуха на вогнутой стенке 8 криволинейного канала 5; эффективного процесса дробления крупных частиц о верхний участок 12 стенки 9 канала 5, позволяющего увеличить удельную поверхность частиц и интенсивность процессов их термообработки; эффективного процесса термообработки крупных частиц топлива в вихревой части 23 факела в среде высокотемпературных топочных газов, куда частицы топлива выносятся вторичным потоком воздуха; формирования криволинейного профиля скоростей вторичного потока воздуха на входе в вихревую камеру 1, позволяющего обеспечить подвод к корню горелочного потока только смеси мелких горящих частиц топлива в смеси с топочными газами.
Формула изобретения: 1. Способ сжигания грубоизмельченного твердого топлива в вихревой топке путем подачи в вихревую камеру топлива, первичного и вторичного потоков воздуха, последний из которых подают через камеру обработки крупной фракции топлива, соединенную с устьем вихревой камеры, отличающийся тем, что частицы топлива, выпадающие в указанную камеру обработки крупной фракции топлива, направляют во вторичный поток воздуха, который вместе с частицами по меньшей мере один раз разворачивают с помощью вогнутой поверхности, причем вторичный поток воздуха подают со скоростью, большей расчетной скорости витания наиболее крупной частицы топлива.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на пути вторичного потока воздуха в смеси с частицами топлива с вогнутой поверхности дополнительно устанавливают отбойную стенку, направляющую поток вдоль наклонного ската устья вихревой камеры.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру обработки крупной фракции топлива дополнительно подают топочные газы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичный поток воздуха с частицами топлива разворачивают по меньшей мере два раза, при этом при втором развороте в указанный поток воздуха с частицами топлива дополнительно подают поток третичного воздуха.
5. Вихревая топка, содержащая вихревую камеру с наклонными скатами, образующими устье, под которым расположена камера обработки крупных фракций топлива с размещенным в ее нижней части соплом, отличающаяся тем, что камера обработки крупных фракций топлива выполнена в виде криволинейного канала, у которого нижний край стенки, расположенный напротив сопла, размещен ниже оси сопла, а противоположная стенка над соплом имеет в нижней части участок, ориентированный к оси сопла и на противоположную стенку, причем канал содержит по меньшей мере один участок с вогнутой относительно сопла стенкой, а ее верхний край направлен на верхний участок противоположной стенки, ориентированной вдоль противоположного ему наклонного ската вихревой камеры.
6. Топка по п.5, отличающаяся тем, что каждый поворотный участок криволинейного канала дополнительно содержит воздушное сопло.