Устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива в динамическом факеле малой длины



Устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива в динамическом факеле малой длины
Устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива в динамическом факеле малой длины

 


Владельцы патента RU 2611532:

Закрытое Акционерное Общество "БЮРО ТЕХНИКИ" (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочной технике, и может быть использовано в системах сжигания угольной пыли. Горелочное устройство для сжигания пылевидного твердого топлива содержит канал подачи высококонцентрированной смеси пыли твердого топлива, который имеет прямоугольную форму и установлен внутри воздушного короба подачи вторичного воздуха, а выпускное отверстие канала перекрыто арочным элементом, выполненным в виде плоской пластины с габаритами, идентичными габаритам выходного отверстия канала, и установленной по потоку напротив выходного отверстия канала на расстоянии, равном ширине выходного отверстия. Технический результат - повышение интенсивности смешения пылевидного твердого топлива с окислителем в зоне реакций горения и тем самым обеспечение по возможности наиболее полного сжигания топлива при укорочении длины факела. 3 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочной технике, и может быть использовано в системах сжигания угольной пыли.

Большинство современных горелочных устройств основаны на прямоточной подачи пылевоздушной смеси в зону активного горения топочной камеры. Во многом это обусловлено простотой и дешевизной изготовления горелочных устройств, а также относительно их низким сопротивлением, позволяющими использовать менее мощные дутьевые вентиляторы/насосы. Однако форма и длина факела в таком случае может быть чрезвычайно длинной и непригодной для использования, например, в водогрейных котлах небольшой мощности. В связи с этим возникает интерес к горелочным устройствам, работающим на пылевидном твердом топливе с коротким факелом, обеспечивающим при этом максимально возможное дожигание топлива (уменьшение теплопотерь от химической неполноты сгорания). Подобные устройства позволят создавать топочные камеры меньших габаритов.

Известен достаточно эффективный способ сжигания пылевидного топлива по патенту РФ №2557967, в котором пылевидное топливо подают в камеру зажигания через плазмотрон, которым воспламеняют смесь потока воздуха и пылевидного топлива, продукты горения из камеры зажигания смешивают с основным потоком воздуха и при недостатке кислорода подают в камеру горения, оставшуюся часть первого потока, обогащенную кислородом, подают в камеру подготовки воздуха, где обрабатывают лазерным излучением твердотельного лазера. Однако такой способ экономически дорог, а потому не целесообразен для использования в водогрейных котлах небольшой мощности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ изобретения по патенту РФ №2548706, при котором помол и механоактивацию угля осуществляют внутри камеры дезинтегратора с получением угля микропомола, который далее транспортируют в вихревую растопочную горелку, где происходит его интенсивное перемешивание с вторичным воздухом с получением пылевоздушной смеси, воспламенение и последующее сжигание которой при растопке пылеугольного котла осуществляют непосредственно в топочном объеме пылеугольного котла.

Известно пылеугольное горелочное устройство по патенту РФ №2059927, содержащее горелку, установленную по оси горелочного устройства с соосными каналами вторичного воздуха и аэросмеси, и два наклоненных под углом к другу канала подачи топлива. Это устройство дополнительно снабжено двумя наклоненными под углом навстречу друг другу каналами подачи воздуха, угол наклона которых совпадает с углом наклона каналов подачи топлива, горелка является вихревой или щелевой, при этом каналы вторичного воздуха и аэросмеси щелевой горелки расположены параллельно друг другу. В таких устройствах организована подача пылевоздушной смеси по двух каналам, находящимся под небольшим (10÷45°) углом друг к другу. Потоки смеси, соударяясь, образуют веерообразное течение, обеспечивающее распространение топлива только в одной плоскости.

Известна форсунка по патенту РФ №2377468, принятая за прототип, содержащая трубу подачи высококонцентрированной смеси пыли твердого топлива с воздухом - пыли высокой концентрации (ПВК) или аэропыли - в горелку или в факел горелки, в которой размещены завихритель и конусный рассекатель, установленный в выходном участке трубы и обращенный вершиной конуса навстречу потоку аэропыли, причем на боковой поверхности выходного участка трубы в зоне установки рассекателя выполнены, по меньшей мере, два окна для выпуска струй аэропыли, а сам завихритель размещен по ходу потока аэропыли перед окнами и вершиной конуса рассекателя.

Недостатком указанных известных технических решений является сравнительно невысокая интенсивность смешения топлива непосредственно в факеле горелочного устройства, приводящая к замедлению процессов горения из-за медленного подвода окислителя к топливу.

Задачей заявленного технического решения является получение более эффективного способа сжигания пылевидного твердого топлива и создание горелочного устройства, обеспечивающего такой способ.

Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности смешения пылевидного твердого топлива с окислителем в зоне реакций горения и тем самым обеспечение по возможности наиболее полного сжигания топлива при укорочении длины факела.

Повышение интенсивности перемешивания достигается в заявляемом способе сжигания пылевидного твердого топлива за счет турбулизации подаваемого в зону горения топлива, обеспечиваемой конструкцией горелочного устройства, через которое происходит подача пылевидного твердого топлива в зону горения, где происходит его интенсивное перемешивание с вторичным воздухом с получением пылевоздушной смеси, воспламенение и последующее сжигание.

Заявляемое горелочное устройство для сжигания пылевидного твердого топлива содержит канал подачи высококонцентрированной смеси пыли твердого топлива. Этот канал имеет прямоугольную форму и установлен внутри воздушного короба подачи вторичного воздуха, а выпускное отверстие канала перекрыто арочным элементом, выполненным в виде плоской пластины, имеющей габариты, идентичные габаритам выходного отверстия канала, и установленной по потоку напротив выходного отверстия канала на расстоянии, равном ширине выходного отверстия.

Турбулизация подаваемого в зону горения топлива достигается за счет исполнения выходного отверстия в форме прямоугольного отверстия, перекрытого арочным элементом п-образной формы. В этом случае поступающая в топочное пространство пылевоздушная смесь имеет высокую завихренность, что в свою очередь ускоряет турбулентное смешение окислителя и топлива в зоне реакций. Увеличение интенсивности турбулентного смешения обеспечивается автоколебательным течением (ru-эффект, [1]), возникающим при поступлении топливовоздушной смеси в рабочее пространство через отверстие предлагаемого горелочного устройства. При турбулентном режиме истечения (число Рейнольдса Re>5000) из данного отверстия в пространстве, локализованном арочным элементом, наблюдается нестационарное взаимодействие двух встречно-соосных потоков, истекающих из торцевых сторон арочного элемента, каждый из которых поочередно свободно истекает в топочное пространство, поджимая другой. За счет наличия в рассматриваемой гидродинамической системе обратной связи поджатый поток увеличивает свой напор и через небольшой промежуток времени преодолевает созданный другим потоком сопротивление и начинает свободное распространение в топочное пространство. Частоту колебаний можно определить из условия постоянства числа Струхаля, равного для данного течения 0,25. За масштаб длины при расчете частоты колебаний следует брать высоту арочного элемента.

Известно, что для обеспечения полного сгорания топлива требуется подвод необходимого количества окислителя, определяемого из стехиометрии брутто-реакции горения для конкретного состава топлива. Процесс горения сопровождается образованием большого количества продуктов сгорания. Являясь более не горючими, они препятствуют к диффузии окислителя к оставшемуся топливу. По этой причине в горелочное устройство подают заведомо большее количество воздуха и создают топочные камеры больших размеров с целью увеличения времени пребывания частиц топлива в зоне реакции и тем самым увеличения вероятности прохождения полного догорания топлива. Для увеличения скорости смешения предлагается искусственно за счет гидродинамической неустойчивости встречно соосных потоков инициализировать вихревое течение, в значительной степени способствующее подводу окислителя к топливу.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1-3). На фиг. 1 представлено продольное сечение горелочного устройства, на фиг. 2 представлен вид спереди на горелочное устройство, на фиг. 3 представлен разрез Α-A горелочного устройства (с фиг. 1).

Горелочное устройство состоит из короба 1 для подачи вторичного воздуха 2 с установленным внутри коробом 3 для подачи пылевоздушной смеси 4. В канале подачи пылевоздушной смеси исполнено выходное отверстие 5 прямоугольной формы, напротив которого вверх по потоку установлена плоская пластина 6 с габаритами, соответствующими габаритам выходного отверстия 5.

Пылеугольная горелка работает следующим образом.

Пылевоздушную смесь подают в топочное пространство по каналу 4, заканчивающееся прямоугольным отверстием 5, перекрытого плоской пластиной 6, на некотором расстоянии внутрь канала. Пылевоздушная смесь, обтекая препятствие в виде установленной пластины, разделяется на два встречно-соосных потока. Вследствие соударения образуемых потоков и их неустойчивости возникает автоколебательное истечение пылевоздушной смеси в топочное пространство с высокой амплитудой и частотой колебаний. Наличие достаточно равномерно распределенной концентрации пыли в факеле горелочного устройства обеспечивает устойчивое воспламенение, а высокая турбулизация потока за счет автоколебательного истечения способствует активному перемешиванию топлива и воздуха и интенсивному сгоранию.

Литература

1. Бурцев С.И., Денисихина Д.М. Расчетное исследование течений, формирующихся при истечении воздуха из прямоугольных отверстий, перекрытых аркой // Материалы Междунар. Науч.-Тех. Конф. «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». - М. - 2005.

Горелочное устройство для сжигания пылевидного твердого топлива, содержащее канал подачи высококонцентрированной смеси пыли твердого топлива, отличающееся тем, что канал подачи топлива имеет прямоугольную форму и установлен внутри воздушного короба подачи вторичного воздуха, а выпускное отверстие канала перекрыто арочным элементом, выполненным в виде плоской пластины с габаритами, идентичными габаритам выходного отверстия канала, и установленной по потоку напротив выходного отверстия канала на расстоянии, равном ширине выходного отверстия.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое техническое решение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для электрохимического факельного сжигания угольной пыли с более высокой степенью стабилизации горения факела угольной пыли.
Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно к способу оптимизации процесса сжигания угольного топлива в вихревой топке энергетической установки. Способ включает использование в режиме запуска энергетической установки угля микропомола с размерами частиц не более 10 мкм, получаемого в трехкамерном дезинтеграторе, в стационарном режиме - угля обычного помола, получаемого в двухступенчатой мельнице с помольными шарами и активатором.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для введения угля и рециркуляции газов при производстве синтез-газа. Способ заключается во введении в реактор газификации (2) порошкообразного материала (С) и подаче технологического газа.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания пылевидного топлива содержит устройство сжатия воздуха, устройство подготовки воздуха с камерой подготовки воздуха, устройство плазмохимической обработки пылевидного топлива, включающее плазмотрон, и камеру горения, а также трубопроводы, связывающие их.

Изобретение относится к энергетике. Система управления электростанцией с мельницей для измельчения материала для ввода в систему сгорания содержит первый датчик, второй датчик, систему регулирования, компонент модуля оценки состояния, выполненный с возможностью принимать сигналы, причем компонент модуля оценки состояния выполнен с возможностью использовать первый сигнал, второй сигнал и третий сигнал, чтобы вырабатывать сигнал индикатора параметра материала и сигнал индикатора состояния системы, и компонент вывода, для выработки выходного управляющего сигнала.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания пылевидного топлива содержит устройство 1 сжатия воздуха, устройство 2 подготовки воздуха с камерой 3 подготовки воздуха, устройство 4 плазмохимической обработки пылевидного топлива, включающее плазмотрон 5 и камеру 6 горения, а также трубопроводы, связывающие их.

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания пылевидного топлива, заключающийся в том, что разделяют воздух методом адсорбирования азота на цеолите, формируют первый поток воздуха, обогащенный кислородом, и второй поток воздуха, обогащенный азотом, выделенным с поверхности цеолита методом его нагрева, затем второй поток воздуха разделяют на основной и дополнительный потоки, дополнительный поток смешивают с пылевидным топливом и смесь подают в начало камеры зажигания, причем часть смеси дополнительного потока воздуха и пылевидного топлива подают через плазмотрон в камеру зажигания, где формируют факел газификации части пылевидного топлива в условиях недостатка кислорода, от первого потока воздуха отделяют часть и посредством трубы отбора воздуха подают в камеру зажигания за выходной срез плазмотрона, после плазмотрона формируют факел зажигания части газифицированного в плазмотроне пылевидного топлива, которым воспламеняют смесь дополнительного потока воздуха и пылевидного топлива, продукты горения из камеры зажигания смешивают с основным потоком воздуха и при недостатке кислорода подают в камеру горения, оставшуюся часть первого потока, обогащенную кислородом, подают в камеру подготовки воздуха, где обрабатывают лазерным излучением твердотельного лазера с длиной волны 762±0,5 и/или 1268±0,5 нм, которая вызывает переход молекул кислорода из основного электронного состояния в возбужденное синглетное состояние O 2 ( b 1 ∑ g + ) , путем подачи лазерного излучения в цилиндрическую камеру подготовки воздуха с зеркальной поверхностью, по меньшей мере, в одном месте под углом к ее поверхности, меньшим угла полного отражения от зеркальной поверхности цилиндрической камеры подготовки воздуха по винтообразной ломаной кривой с шагом между соседними витками винтообразной ломаной линии, большим линейного габаритного размера, измеренного вдоль оси цилиндрической камеры подготовки воздуха, обработанную часть первого потока воздуха с синглетным кислородом подают через коаксиальную перфорированную перегородку в пристеночную область камеры горения, при этом увеличивают концентрацию синглетного кислорода по направлению к выходу из камеры горения.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Способ интенсификации процесса сжигания низкореакционного угля в котлах ТЭС включает воспламенение и горение пылеугольного низкореакционного топлива, при вводе в процесс горения водной эмульсии с нанодобавкой в виде растворимого таунита.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к комбинированным пылеугольным горелкам, и может быть использовано в энергетическом машиностроении на пылеугольных котлах с подачей в горелки угольной пыли высокой концентрации (УПВК) по трубам под давлением.

Изобретение относится к области энергетики. Наконечник (100) сопла для сопла (200) трубы для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе, который уменьшает выбросы NOx, причем наконечник (100) сопла содержит кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем впускной конец (102) принимает поток топлива; первую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем первая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют верхнюю камеру (260) для PA-PSF (первичного воздуха - пылевидного твердого топлива) для приема первой части потока топлива; и разделитель (180) потока, расположенный в кожухе (120) для первичного воздуха, причем разделитель (180) потока содержит пару расходящихся поверхностей, который разделяет вторую часть входной струи (230) на верхнюю часть (350) струи PA-PSF и нижнюю часть (360) струи PA-PSF, причем верхняя часть (350) струи PA-PSF и первая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя верхнюю выходную струю (320) PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха, отделенная от нижней части (360) струи PA-PSF.
Наверх