Горелочное устройство

 

Изобретение касается сжигания низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ, может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанциях и в промышленных котельных и позволяет снизить образование оксидов азота. Это достигается установкой обечайки канала первичного воздуха, футеИзобретение относится к сжиганию низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ и может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанциях и в промышленных котельных. Известны тепловые агрегаты, содержащие камеру для сжигания пылевидного малореакционного топлива, в виде концентрированной аэросмеси с примыкающим к камере газоходом, а также байпасный газоход , шунтирующий воздухоподогреватель и рованной изнутри огнеупором, и трубы аэросмеси, покрытой изнутри износостойким материалом, на наружной стенке которой выполнено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха. В кольцевом зазоре, образованном мазутной форсункой и трубой аэросмеси, установлены продольные радиальные ребра. Кроме того, на входе в обечайку канала первичного воздуха за завихрителем размещен кольцевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя, а мазутная форсунка выполнена паромеханической и установлена от выходного среза обечаек на расстоянии, не превышающем I D/2 ctg /6/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; {$- угол раскрытия паромеханической форсунки, град. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. сл С имеющие пылеподогреватель с низкои высокотемпературной ступенями нагрева, из которых последняя размещена в камере сгорания , а перваяв байпасном газоходе. Недостатками данного устройства являются низкие экономичность, надежность и повышенные выбросы токсичных веществ в дымовых газах вследствие повышенного абразивного износа змеевиков труб концентрированным пылепотоком, высокого гидравлического сопротивления пылеподогревателя, возможности шлакования и vi hO Os О о 00

СОК 3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 23 D 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835742/06 (22) 16.04.90 (46) 15.04.92. Бюл. N 14 (71) Западный филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э, Дзержинского (72) В.Д. Дунский, Г.Ю. Варанкин, В.Г. Третьякович, Г.И. Калмыков и Е,А. Лысенко (53) 662.951.2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 817382, кл. F 23 D 1/02, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 817383, кл. F 23 D 1/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1490385, кл. F 23 D 1/02, 1987. (54) ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение касается сжигания низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ, может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанциях и в промышленных котельных и позволяет снизить образование оксидов азота. Это достигается установкой обечайки канала первичного воздуха, футеИзобретение относится к сжиганию низкокачественных 1вердых топлив с низким содержанием ле, учих веществ и может быть использовано B котель: ой технике на тепловых электростанциях и в промышленных котельных.

Известны тепловые агрегаты, содержащие камеру для сжигания пылевидного малореакционного топлива, в виде концентрированной аэросмеси с примыкающим к камере газоходом, а также байпасный газоход, шунтирующий вэздухоподогреватель и. Жц» 1726908 А1 рованной изнутри огнеупором, и трубы аэросмеси, покрытой изнутри износостойким материалом, на наружной стенке которой выполнено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха. В кольцевом зазоре, образованном мазутной форсункой и трубой аэросмеси, установлены продольные радиальные ребра. Кроме того, на входе в обечайку канала первичного воздуха за завихрителем размещен кольцевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя, а мазутная форсунка выполнена паромеханической и установлена от выходного среза обечаек на расстоянии, не превышающем = D/2 . ст9 p/2, где D— внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; Р угол раскрытия паромеханической форсунки, град. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. имеющие пылеподогреватель с низко- и высокотемпературной ступенями нагрева, из которых последняя размещена в камере сгорания, а первая — a оайпасном газоходе.

Недостатками данного устройства являются низкие экономичность, надежность и повышенные выбросы токсичных веществ в дымовых газах вследствие повышенного абразивного износа змеевиков труб концентрированным пылепотоком. высокого гидравлического сопротивления пылеподогревателя, возможности шлакования и ъ

1726908

50 пережога труб высокотемпературной ступени нагрева пылеподогревателя, высокой металлоемкости и плохой ремонтопригодности, а также ввиду отсутствия в, агрегате средств для подавления образования оксидов азота (NO»), Известны также горелки для сжигания твердого топлива, содержащие центральный канал для подачи дополнительного воздуха для растопки, канал для подачи аэросмеси и два коаксиальных кольцевых канала для подачи вторичного и третичного воздуха, причем в центральном каналеустановлена растопочная форсунка и средства, обеспечивающие снижение образования

NO» путем выравнивания скоростей вторичного воздуха и аэросмеси.

Данному устройству присущи низкая эффективность сжигания низкореакционного топлива вследствие повышенного недожога и плохого воспламенения топлива, низкая экономичность вследствие нерационального использования тепла вспомогательного топлива (мазута) и повышенного расхода последнего с повышенным вследствие этого образованием NO».

B качестве прототипа принята вихревая пылеугольная горелка, содержащая корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайкой, образующими периферийный и внутренний кольцевые каналы, снабженные завихрителями, и подключенные к направляющим коробам с плавно сопряженными радиальными патрубками для подачи воздуха и аэросмеси с помощью конических вставок, выполненных в виде криволинейного спирально закрученного клина с боковыми поверхностями различной кривизны и острием, обращенным навстречу потоку аэросмеси, причем поверхность клиньев, обращенная навстречу потоку аэросмеси, выполнена гофрированной, пространство между криволинейными поверхностями клиньев заполнено износостойкой огнеупорной массой, труба, разделяющая патрубки аэросмеси и вторичного воздуха, выполнена с конусным расширением, а форсуночная труба — с конусным сужением на конце, Недостатком данного горелочного устройства являются снижение эксплуатационной надежности и качества сжигания с его помощью аэросмеси высокой концентрации пыли низкореакционного твердого топлива с малым содержанием летучих веществ и недостаточная эффективность подавления NO» при этом.

Указанные недостатки прототипа вызваны сложностью конструкции, плохои ремонтопригодностью и повышенным аб5

45 разивным износом конических вставок аэросмесью, плохой подготовкой, в отсутствии предварительного прогрева, пыли и формированием недожога при ухудшенной стабильности процесса воспламенения низкореакционного топлива в топке и повышенных пирометрическом уровне и избытке воздуха в зоне воспламенения.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности, качества сжигания аэросмеси высокой концентрации и снижение образования ИО».

Указанная цель достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем трубу аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки, образующие кольцевые каналы подачи первичного и вторичного воздуха с размещенными в них завихрителями, и мазутную форсунку, установленную в трубе аэросмеси по ее оси с образованием кольцевого зазора, дополнительно обечайка канала первичного воздуха ф терована изнутри огнеупором, а на наружной стенке трубы аэросмеси установлено оребрение, выполненное в виде винтовых многозаходных лент, навитых с переменным шагом и диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха, причем в кольцевом зазоре между форсункой и трубой аэросмеси установлены продольные радиальные ребра, а его внутренние поверхности на всей длине покрыты износостойким материалом, на входе в обечайку канала первичного воздуха за завихрителем размещен газовый коллектор с тангенциальными .выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя, а мазутная форсунка выполнена паромеханической и установлена от выходного среза обечаек на расстоянии, не превышающем! = О/2 ctg j3/2, где D— внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; P — угол раскрытия паромеханической форсунки, град.

На фиг. 1 схематически показано предлагаемое горелочное устройство, продольный разрез; на фиг, 2 — сечение А-А на фиг.

1; на фиг. 3 — схема установки паромеханической мазутной форсунки относительно выходного среза обечаек устройства, Устройство содержит трубу 1 аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки 2 и 3, образующие кольцевые каналы 4 и 5 подачи первичного и вторичного воздуха соответственно с размещенными в них завихрителями б и 7 первичного воздуха и вторичного воздуха, а также мазут1726908 ную форсунку 8, выполненную паромеханической и установленную в трубе 1 аэросмеси по ее оси, с образованием кольцевого зазора 9 между защитной трубой 10 форсунки 8 и трубой 1 аэросмеси, в котором 5 установлены продольные радиальные ребра 11.

Внутренние поверхности кольцевого зазора 9 (т. е, трубы 1 аэросмеси изнутри и наружной поверхности защитной трубы 10) 10 снабжены покрытием 12 из износостойкого материала. Обечайка 2 первичного воздуха изнутри футерована огнеупором 13, а на наружной поверхности 14 стенки трубы 1 установлено оребрение 15, выполненное в 15 виде винтовых многозаходных лент 16 с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки 2 канала 4 подачи первичного воздуха. 20

Многоэаходные ленты 16 навиты по винтовым линиям с переменным шагом по длине трубы 1, соответствующим, например, углу подъема по спирали среды в канале 4. На входе в обечайку 2 канала 4 подачи 25 первичного воздуха за завихрителем 6 размещен кольцевой газовый коллектор 17 с тангенциальными выпускными соплами 18, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя 6 первичного воздуха, 30

Мазутная форсунка 8 установлена на расстоянии, не превышающем! = D/2 ctg P/2 от выходного среза 19 обечаек 2 и 3, где D— внутренний диаметр футерованной обечайки 2 канала первичного воздуха, м; j3- угол 35 раскрытия паромеханической форсунки, град (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом.

Аэросмесь с высокой концентрацией 40 пыли подводится в трубу 1 аэросмеси и поступает в кольцевой зазор 9, равномерно распределяется по его сечению и прямотоком вдоль ребер 11 поступает к выходному сечению зазора 9. Одновременно горячий 45 воздух подводится через соответствующие входные патрубки устройства в кольцевые каналы 4 и 5 подачи первичного и вторичного воздуха, а природный газ — в кольцевой газовый коллектор 17, выходит через 50 выпускные сопла 18 струями, тангенциально направленными к закрученному в завихрителе 6 потоку первичного воздуха, перемешивается с ним и воспламеняется.

Первоначальное воспламенение (розжиг) 55 природного газа производится запальником (не показан), а затем поддерживается от высокого температурного уровня, созданного в канале 4.

Высокотемпературные продукты сгорания газа с избыточным первичным воздухом закрученным потоком направляются в межреберное пространство оребрения 15, выполненного из многозаходных лент 16, оптимал ьн ый шаг навивки которых соответствует углу подъема по спирали продуктов сгорания газа с первичным воздухом в канале 4 (для случая, если бы оребрение 15 отсутствовало), причем этот шаг является переменным и увеличивается по длине канала вследствие потери энергии крутки потока от трения.

В процессе теплообмена тепло от продуктов сгорания передается аэросмеси в зазоре 9 и вторичному воздуху в канале 5 через оребрение 15, стенку трубы 1 и ребра

11, футеровку из огнеупора и обечайку 2 соответственно, а продукты сгорания при этом частично охлаждаются.

В паромеханическую форсунку 8 одновременно подводится перегретый пар (а мазут при подаче аэросмеси отключен, в целях его экономии). Нагретая до

300...500 С в трубе 1 пыль прямоточным потоком выходит из кольцевого зазора 9 в зону в виде конуса, образованную закрученным потоком перегретого пара, выходящим из форсунки 8, распыливается и перемешивается с ним, а также с закрученным потоком частично охлажденных инертных продуктов сгорания природного газа и избыточным первичным воздухом, не вступившем в реакцию горения газа в канале

4, дополнительно прогревается до температуры, близкой к температуре газообразной среды (ориентировочно 500...700 С) и выходит из канала 4 закрученным потоком в топку, где в зоне горения при перемешивании с закрученным в завихрителе 7 потоком вторичного воздуха, выходящим из канала 5, воспламеняется за счет высокого пирометрического уровня и подвода высокотемпературных газов внутрифакельной рециркуляции из объема камеры сгорания к корню факела, создаваемой вихревой структурой потоков, выходящих из горелочного устройства. Затем воспламенившаяся пыль сгорает полностью в смеси с вторичным воздухом в факельном процессе, организованном в камере сгорания топки котлоагрегата.

Горелочное устройство имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом.

Повышается эксплуатационная надежность в результате снижения абразивного износа элементов горелки, соприкасающихся с потоком аэросмеси, поступающей в кольцевой зазор 9 прямотоком, т. е, с наи1726908

25

45 меньшим механическим воздействием на стенки зазора 9 и ребра 11 и нанесения износостойкого покрытия на .внутреннюю поверхность трубы 1 и наружную — трубы 10, а также за счет распыливания и закрутки потока пыли высокой концентрации перегретым паром в отличие от других известных способов механического распыливания и закрутки пылепотоков. Вторым аспектом повышения надежности является отсутствие шлакования канала 4 и других элементов горелки и топки при высокотемпературном нагреве аэросмеси продуктами сгорания вспомогательного топлива, что достигается установкой форсунки 8 на расстоянии от выходного среза 19 устройства, не превышающем значения l, чем исключено касание потока аэросмеси стенок футерованной обечайки 2 канала 4 и налипания оплавленных раскаленных частиц на нее (см. фиг. 3), В-третьих, форсунка 8 находится в постоянном (горячем) резерве и может быть переведена на сжигание мазута (подсветку) при обрыве поступления аэросмеси или в растопочном режимах работы.

Установкой футеровки огнеупором 13 изнутри обечайки 2 обеспечивается концентрация теплообмена в канале 4 с защитой обечайки 2 от перегрева дополнительным ее охлаждением вторичным воздухом и подогревом последнего за счет теплопроводности футеровки, созданием наиболее эффективного радиационного процесса теплообмена между раскаленной до свечения футеровкой, оребрением 15 и аэросмесью в трубе 1 и интенсификацией этого процесса ребрами 11, Таким образом, в результате эффективного высокотемпературного подогрева пыли при минимальном расходе вспомогательного топлива достигается ускорение и стабилизация процесса ее воспламенения и повышается качество сжигания за счет снижения недожога с экономией вспомогательного топлива вследствие предотвращения рассеивания тепла от его сгорания в топочном объеме.

Повышение надежности в работе и эффективности использования вспомогательного топлива достигается также подводом природного газа кольцевым коллектором 17 с тангенциальными выпускными соплами 18 за счет оптимизации процесса перемешивания с первичным воздухом, ускорения его воспламенения и сгорания с дополнительным увеличением энергии крутки потока продуктов сгорания в канале 4 при ограниченной его длине, а выполнением оребрения 15 винтовыми лентами 16 с переменным шагом достигаются минимальные потери давления в канале 4 и экономия затрат на дутье при наибольшей эффективности теплообмена в результате максимального использования пространства канала 4 для навивки оребрения 15 и увеличения поверхности теплообмена, Улучшение экологических показателей устройства за счет снижения образования

NO> обеспечивается применением перегретого пара для распыливания и закрутки потока аэросмеси высокой концентрации, балластированием пылеугольного факела частично охлажденными в канале 4 инертными продуктами сгорания природного газа и возможностью выравнивания скоростей вторичного воздуха из канала 5 и аэросмеси из канала 4. на выходе в топку. Кроме того, дополнительное снижение образования

NO< a предлагаемом устройстве может быть получено при выравнивании тангенциальной скорости первичного воздуха после завихрителя 6 и скоростей струй газа, выходящих из сопл 18, а также за счет снижения необходимой доли (по теплу) сжигаемого вспомогательного топлива.

Таким образом, предлагаемое горелочное устройство при более высоких эксплуатационной надежности и качестве сжигания аэросмеси высокой концентрации позволяет также снизить образование NOx.

Формула изобретения

1. Горелочное устройство, содержащее трубу аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки, образующие кольцевые каналы подачи первичного и вторичного воздуха с размещенными в них завихрителями и мазутную форсунку, установленную в трубе аэросмеси по ее оси с образованием кольцевого зазора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, качества сжигания аэросмеси высокой концентрации и снижения образования МО„путем интенсификации подогрева вторичного воздуха и аэросмеси, обечайка канала первичного воздуха изнутри футерована огнеупором, на наружной стенке трубы аэросмеси установлено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха, причем в кольцевом зазоре между форсункой и трубой аэросмеси установлены продольные радиальные ребра, а его внутренние поверхности покрыты износостойким материалом, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что на входе в обечайку первичного воздуха за завихрителем размещен коль10

1726908

30 цевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя.

3, Устройство по пп. 1 и 2, о т л и.ч а ющ е е с я тем, что мазутная форсунка выполнена паромеханической и установлена от выходного среза обечаек на расстоянии не более I = D/2 ctg P/2, где 0 — внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; Р- угол раскрытия паромеха5 нической форсунки, град.

1726908

Составитель В. Дунский

Редактор С. Лисина Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор 0, ципле

Заказ 1268 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101