Пылеугольная горелка

Изобретение относится к области теплоэнергетики, точнее, к устройству пылеугольной горелки, и обеспечивает высокую степень надежности при работе на всех режимах и с различными видами углей, малую металлоемкость, простоту в изготовлении и улучшение технико-эксплуатационных параметров. Этот результат достигается тем, что в пылеугольной горелке используются специальные керамические элементы, из которых формируются: камера поджига, турбулизатор потока, термостабилизационная камера с внутренними кольцевыми электродами, смесительная камера из коаксиальных каналов и специальный завихритель, а также входная амбразура, выполненная в виде сопла Лаваля. При этом внутренний диаметр стабилизатора потока выполняется с диаметром отверстия меньшим, чем диаметры отверстий примыкающих камер, а на выходе из внутреннего канала смесительной камеры установлен диффузор. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройству для поджига и сжигания мелкодисперсного угля в топках котельных установок, и может быть применено в других устройствах для сжигания мелкодисперсного угля, в частности в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива.

Известны растопочная пылеугольная горелка и способ ее работы (патент РФ №2174649, 2001 г., F 23 Q 1/00), содержащая корпус с излучающей обмуровкой, в которой первичная пылевоздушная смесь вводится через осевой щелевой патрубок, а вторичный и третичный воздух - через боковые тангенциальные вводы, расположенные на коаксиальных каналах горелки. При этом для улучшения системы поджига используются две вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки с симметричным расположением их относительно осевого щелевого патрубка по обе его стороны. Такое решение не позволяет отказаться от дополнительного высококалорийного топлива и к тому же не обеспечивает соответствующую надежность ее работы при больших расходах пылевоздушной смеси.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому решению является способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива и плазменная пылеугольная горелка (патент РФ №2210032, 2003 г., F 23 Q 5/00, F 23 D 1/00), в котором с целью интенсификации процесса поджига и стабилизации пламени в горелке предусмотрен тангенциальный ввод первичной пылевоздушной смеси со специальным шибером и коаксиальные каналы ввода вторичного и третичного воздуха и топлива. При этом для поджига используется специальный плазмотрон со смещенным от центра или радиальным вводом плазменного потока в камеру термической подготовки топлива, расположенную перед камерой смешения.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого нами за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствуют технические приемы и конструктивные элементы, обеспечивающие достижение нижеуказанного технического результата с минимальными затратами и повышенной степенью надежности воспламенения пылевоздушной смеси, а также обеспечения устойчивой работы горелки при всех режимах ее работы. Введение в конструкцию дополнительных элементов и устройств, например, шибера и специального канала для увеличения концентрации частиц угля в потоке не только усложняет конструкцию горелки в целом, но и не позволяет эффективно ее использовать во всех режимах ее работы, включая режим сжигания мелкодисперсного топлива с большим содержанием влаги и негорючих веществ. К тому же, использование более высоких температур (1100÷1200°С) приводит к увеличению концентрации оксида азота и преждевременному жидкому шлакообразованию непосредственно в каналах горелки, не обеспечивая при этом устойчивый режим горения топлива без срыва и пульсаций.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем реализации новой конструкции пылеугольной горелки с использованием вместо плазмы газа или мазута-пыли микропомола.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении заявленного изобретения, заключающегося в получении новой конструкции пылеугольной горелки с улучшенными техническими и конструктивными параметрами, включая обеспечение эффективного поджига и сжигание пылеугольного топлива микропомола во всех режимах ее эксплуатации, в том числе с различным составом сжигаемого угля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-устройству достигается при использовании известной пылеугольной горелки из огнеупорного материала, которая включает камеру поджига с тангенциальным вводом пылевоздушной смеси и с устройством поджига, смесительную камеру с коаксиальными каналами и с тангенциальным вводом вторичного воздуха и топлива, завихритель потока и амбразуру со смотровым глазком. Особенность предлагаемой конструкции пылеугольной горелки заключается в том, что смесительная камера в ней соединена с амбразурой через завихритель, а с камерой поджига она соединена при помощи турбулизатора потока, при этом внутренняя поверхность канала амбразуры выполнена в виде сопла Лаваля, а завихритель выполнен в виде сопловой решетки с осевым диффузором, в то время как турбулизатор потока выполнен в виде цилиндрической шайбы с диаметром отверстия меньшим, чем диаметры каналов камеры поджига и смесительной камеры.

Указанный технический результат достигается также тем, что между турбулизатором потока и смесительной камерой установлены камера термостабилизации с электродами и второй турбулизатор потока, идентичный первому.

Указанный технический результат достигается также тем, что электроды камеры термостабилизации установлены на ее торцах и электрически соединены с внешним источником тока.

При исследовании отличительных признаков описываемой пылеугольной горелки не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся установки турбулизатора и выполнения ее центрального канала и амбразуры, а также ее соединения с топочной камерой. Не выявлены также аналоги, касающиеся исполнения ее составных элементов и их взаимного расположения друг относительно друга, как не выявлено и аналогичного решения, касающегося установки камеры термостабилизации с электродами и второго турбулизатора потока, идентичного первому.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня аналога, наиболее близкого по совокупности признаков (прототипа), позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для заявляемого объекта-устройства, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный сопоставительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого изобретения. Результаты анализа показали, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники и могло быть получено только при глубоком и всестороннем изучении данного вопроса. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, состоят в следующем.

На фиг.1 изображена пылеугольная горелка в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена пылеугольная горелка в продольном разрезе с дополнительным турбулизатором потока и термостабилизационной камерой.

Заявляемая пылеугольная горелка включает наружный корпус 1, внутри которого установлены: камера поджига 2 с тангенциальным вводом 3 (фиг.1) пылевоздушной смеси и с устройством поджига 4, турбулизатор потока 5, смесительная камера 6 с коаксиальными каналами 7, 8 и тангенциальным вводом 9 вторичного воздуха и топлива, завихритель потока 10 с сопловой решеткой 11 и с диффузором 12, амбразуру 13 со смотровым глазком (условно не показан). При этом при больших расходах топлива в пылеугольной горелке могут быть дополнительно установлены второй турбулизатор потока 14 (фиг.2) и термостабилизационная камера 15 (фиг.2) с радиальным каналом 16 (фиг.2) для ввода плазменного потока и с электродами 17, 18 для дополнительного подогрева, которые соединены с внешним источником тока (на чертеже условно не показано).

Растопка с предварительной газификацией угля осуществляется следующим образом. Через тангенциальный ввод 3 (фиг.1) внутрь камеры поджига 2 пылеугольной горелки вводится первичный поток пылеугольной смеси с избытком воздуха α<1 и включается устройство поджига 4. Под воздействием центробежного поля пылеугольные частицы интенсивно перемешиваются с воздушным потоком и воспламеняются. Воспламенившиеся частицы угля частично сгорают и газифицируются, в результате чего температура в камере поджига резко возрастает. Образовавшийся горячий пылегазовый поток попадает в смесительную камеру 6 и далее через коаксиальный канал 7 в диффузор 12 и амбразуру 13, при этом при встрече с турбулизатором потока 5 под действием образовавшихся дополнительных обратных вихрей создается устойчивая зона высоких температур как в камере поджига 2, так и в смесительной камере 6. При этом вторичный поток воздуха и топлива через ввод 9 поступает в канал 8 смесительной камеры 6 и с помощью сопловой решетки 11 завихрителя 10 закручивается и смешивается с первичным потоком, выходящим из диффузора 12, в результате чего вторичный поток также воспламеняется. Образовавшийся высокотемпературный факел вместе с частицами топлива устремляется через амбразуру 13 в топку, где происходит окончательное сгорание частиц угля и основное выделение тепла. При использовании в качестве топлива низкореакционных (тощих) углей целесообразно в пылеугольной горелке установить термостабилизационную камеру 15 и второй турбулизатор потока 14 (фиг.2). При этом в термостабилизационную камеру 15 целесообразно через ввод 16 вводить низкотемпературный плазменный поток от плазмоторона (на чертеже условно не показан) или электрический ток с помощью электродов 17, 18. Это позволяет существенно повысить температуру первичного пылеугольного потока и гарантирует более длительное пребывание частиц пылеугольной смеси при повышенной температуре, что в конечном счете гарантирует надежное воспламенение и устойчивое горение всех видов углей, в том числе низкореакционных.

Технический эффект от использования изобретения состоит в следующем.

Предложенная пылеугольная горелка из огнеупорного материала обладает малой металлоемкостью, проста в изготовлении и надежна в эксплуатации. В ней предусмотрена система частичной газификации угля, мгновенного розжига и устойчивого горения на всем пути следования пылеугольной смеси. Ее система вихреобразования позволяет обеспечить надежное воспламенение и устойчивое горение частиц угля. В ее конструкции предусмотрена специальная термостабилизационная камера с дуговым нагревателем, что повышает эффективность ее работы при сжигании низкореакционных углей. Интенсификация теплоотдачи от воспламеняющихся слоев к соседним достигается за счет установки специальных турбулизаторов потока, а интенсификация самого процесса сжигания обеспечивается за счет устойчивого поддержания высокой температуры горения и эффективного ввода сжигаемой смеси внутрь топки.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для поджига и сжигания мелкодисперсного угля, в том числе низкореакционного, в любых топках;

- для заявляемого устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью описанных выше в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что в результате его осуществления повышается эффективность поджига пылеугольной смеси и ее устойчивое горение, включая эффективный ввод факела в топочное пространство, а простота изготовления ее конструкции существенно понижает все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую степень надежности.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

1. Пылеугольная горелка из огнеупорного материала, включающая камеру поджига с тангенциальным вводом пылевоздушной смеси и устройством поджига, смесительную камеру с коаксиальными каналами и тангенциальным вводом вторичного воздуха и топлива, завихритель потока и амбразуру со смотровым глазком, отличающаяся тем, что смесительная камера соединена с амбразурой при помощи завихрителя, а с камерой поджига - при помощи турбулизатора потока, при этом внутренняя поверхность канала амбразуры выполнена в виде сопла Лаваля, а завихритель выполнен в виде сопловой решетки с осевым диффузором, в то время как турбулизатор потока выполнен в виде цилиндрической шайбы с диаметром отверстия, меньшим диаметров каналов камеры поджига и смесительной камеры.

2. Пылеугольная горелка из огнеупорного материала по п.1, отличающаяся тем, что между турбулизатором потока и смесительной камерой установлены камера термостабилизации с электродами и второй турбулизатор потока, идентичный первому.

3. Пылеугольная горелка из огнеупорного материала по п.2, отличающаяся тем, что электроды камеры термостабилизации установлены на ее торцах и электрически соединены с внешним источником тока.