Вихревая пылеугольная горелка

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при организации сжигания угольной пыли в топках котлов, камер сгорания и печах. Вихревая пылеугольная горелка содержит центральный канал 2 для размещения растопочного устройства, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: растопочного воздуха 3, по меньшей мере один кольцевой канал 4 подачи аэросмеси и два кольцевых канала вторичного воздуха - внутренний 6 и внешний 7, а в выходной части канала 4 аэросмеси установлены рассекатели потока 11, имеющие форму секторных участков утолщения внешней обечайки канала 4 аэросмеси с односторонним косым срезом входной части и расположенные равномерно по окружности канала 4 аэросмеси, в кольцевых каналах вторичного воздуха установлены лопаточные завихрители воздуха 14 и 15. Новым, согласно изобретению, является расположение рассекателей потока 11 на внешней обечайке кольцевого канала 4 аэросмеси, причем высота Н кольцевого канала аэросмеси 4 и высота h рассекателей потока 11 имеет соотношение:

а перед рассекателями потока 11 в кольцевом канале 4 аэросмеси расположен лопаточный завихритель 12, причем направление односторонних косых срезов входных участков рассекателей потока 11 совпадает с направлением крутки лопаток завихрителя 12, направление крутки лопаточных завихрителей 14 и 15 воздуха, установленных в кольцевых каналах 6 и 7 вторичного воздуха, совпадает с направлением крутки в кольцевом канале 4 аэросмеси. Изобретение позволяет снизить эмиссию оксидов азота NOx (повышение экологических характеристик котельной установки) при сохранении экономичного выгорания топлива (низкого уровня механического недожога), а также уменьшить абразивный износ рассекателей потока в выходной части канала подачи аэросмеси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при организации сжигания угольной пыли в топках котлов, камер сгорания и печах.

Известна пылеугольная горелка с аэродинамическим преобразователем потока аэросмеси, содержащая центральный канал для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала соосно с ним кольцевые каналы для подачи аэросмеси и вторичного воздуха с лопаточными завихрителями в каждом канале и установленный в канале для подачи аэросмеси за завихрителем по ходу аэросмеси аэродинамический преобразователь потока (RU №68652 U1, МПК F23D 1/06, 2007 г.). Аэродинамический преобразователь выполнен в виде по меньшей мере трех продольных радиальных перегородок, равномерно расположенных по окружности кольцевого канала и образующих систему прямоточных параллельных каналов. Рекомендуемое оптимальное число перегородок составляет 4÷8. Длина каждой перегородки составляет 1,5÷2,5 D, где D - из двух внутренних диаметров кольцевого канала. Каждая перегородка может быть выполнена вогнутой со стороны набегающего завихренного потока аэросмеси.

Недостатком этой пылеугольной горелки с аэродинамическим преобразователем потока аэросмеси является выполнение радиальных перегородок аэродинамического преобразователя плоскими. Они не обеспечивают глубокой концентрации топлива в пылевоздушных струях, таким образом, снижение эмиссии оксидов азота NOx недостаточно. Кроме того, для горелки данной конструкции существует высокая вероятность абразивного износа радиальных тонкостенных перегородок, особенно при сжигании высокозольных абразивных углей.

Наиболее близкой по технической сущности является пылеугольная горелка с делителями прямоточного потока аэросмеси, содержащая центральный канал для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала соосно с ним по меньшей мере один кольцевой канал для прямоточной подачи аэросмеси с установленными в каждом из них равномерно по окружности пластинчатыми делителями потока (RU №89669 U1, МПК F23D 1/00, 2009 г.). Каждый из этих делителей потока выполнен с остроконечным входным рассекателем, и по меньшей мере один кольцевой канал вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным завихрителем. Рассекатель имеет форму лезвия с односторонним косым срезом входной части. Угол среза может быть выбран в пределах 20÷60°.

Недостатками этой пылеугольной горелки являются:

- повышенный механический недожог топлива вследствие глубокой горизонтальной стадийности горения (достигаемой наличием крутки в каналах вторичного воздуха в сочетании с прямоточным движением аэросмеси), что применяется для снижения выбросов оксидов азота NOx;

- вероятность повышенного абразивного износа в связи с большой площадью перекрываемого делителями потока сечения выходной части канала аэросмеси, приводящей к увеличению выходной скорости потока аэросмеси из горелки.

Технической задачей настоящего изобретения является глубокое снижение эмиссии оксидов азота NOx (повышение экологических характеристик котельной установки) при сохранении экономичного выгорания топлива (низкого уровня механического недожога), а также снижение абразивного износа рассекателей в выходной части каналов подачи аэросмеси.

Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно утверждать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.

Технический результат достигается тем, что вихревая пылеугольная горелка содержит центральный канал для размещения растопочного устройства, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: растопочного воздуха, по меньшей мере один кольцевой канал подачи аэросмеси и два кольцевых канала вторичного воздуха - внутренний и внешний, а в выходной части канала аэросмеси установлены рассекатели потока, имеющие форму секторных участков утолщения внешней обечайки канала аэросмеси с односторонним косым срезом входной части и расположенные равномерно по окружности канала аэросмеси, в кольцевых каналах вторичного воздуха установлены лопаточные завихрители воздуха. Новым, согласно изобретению, является расположение рассекателей потока на внешней обечайке кольцевого канала аэросмеси, причем высота Н кольцевого канала аэросмеси и высота h рассекателей потока имеет соотношение:

а перед рассекателями потока в кольцевом канале аэросмеси расположен лопаточный завихритель, причем направление односторонних косых срезов входных участков рассекателей потока совпадает с направлением крутки лопаток завихрителя, направление крутки лопаточных завихрителей воздуха, установленных в кольцевых каналах вторичного воздуха, совпадает с направлением крутки в кольцевом канале аэросмеси.

Между кольцевым каналом аэросмеси и внутренним кольцевым каналом вторичного воздуха установлен кольцевой слабопроточный воздушный канал.

На фиг. 1 представлен продольный разрез вихревой пылеугольной горелки; на фиг. 2 - поперечный разрез горелки по А-А; на фиг. 3 - трехмерное изображение рассекателя потока.

Вихревая пылеугольная горелка устанавливается на стене топки 1 котла. Она содержит центральный канал 2, в котором размещены запальник и мазутная форсунка (не показаны). Вокруг центрального канала 2 последовательно расположены кольцевые каналы: канал 3 растопочного воздуха, канал 4 аэросмеси, слабопроточный воздушный канал 5, внутренний канал 6 вторичного воздуха и внешний канал 7 вторичного воздуха. Канал 3 растопочного воздуха оборудован входным патрубком 8, канал 4 аэросмеси оборудован входным патрубком 9, слабопроточный воздушный канал 5, внутренний канал 6 вторичного воздуха и внешний канал 7 вторичного воздуха оборудованы входным патрубком 10. В выходной части кольцевого канала 4 аэросмеси установлены рассекатели потока 11, имеющие форму секторных участков утолщения внешней обечайки канала 4 аэросмеси с односторонним косым срезом входной части. Эти рассекатели потока 11 расположены на внешней стороне кольцевого канала 4 аэросмеси. Причем высота Н кольцевого канала 4 аэросмеси и высота h рассекателей потока 11 имеет соотношение:

Рекомендуемое оптимальное число рассекателей 11 потока составляет 4÷10. При этом площадь живого сечения канала 4 аэросмеси, перекрываемая рассекателями потока 11, составляет 25-40% от всей площади живого сечения кольцевого канала 4 аэросмеси. Длина рассекателей 11 потока вместе с односторонним косым срезом входной части принимается равной L=0,65-0,85 D, где D - диаметр внешней обечайки кольцевого канала 4 аэросмеси. Перед рассекателями потока 11 в средней части кольцевого канала 4 аэросмеси расположен лопаточный завихритель потока 12. Направление односторонних косых срезов входных частей рассекателей потока 11 совпадает с направлением крутки лопаток завихрителей потока 12 в канале 4 аэросмеси. В кольцевом канале 3 растопочного воздуха установлен лопаточный завихритель 13. Во внутреннем кольцевом канале 6 вторичного воздуха и внешнем кольцевом канале 7 вторичного воздуха установлены, соответственно, лопаточные завихрители воздуха 14 и 15.

Вихревая пылеугольная горелка работает следующим образом.

Через центральный канал 2 посредством запальника и мазутной форсунки (не показаны) производят розжиг топлива в топке 1. По входному патрубку 8 в кольцевой канал 3 подают растопочный воздух, необходимый для быстрого воспламенения и надежного горения распыленного топлива (например, мазута). Завихритель воздуха 13 в кольцевом канале 3 закручивает поток растопочного воздуха и вместе с ним распыленный мазут, что улучшает смесеобразование, а значит воспламенение и сгорание. Этот растопочный воздух также охлаждает запальник и мазутную форсунку (не показаны).

После розжига мазутной форсунки через входной патрубок 9 в канал 4 аэросмеси подают пылевоздушную смесь (аэросмесь). В средней части этого канала 4 аэросмеси, где установлен завихритель 12 потока, происходит закручивание потока пылевоздушной смеси и частицы угля посредством центробежных сил отбрасываются к внешней стенке этого канала 4. Движущийся далее по каналу 4 аэросмеси закрученный поток пылевоздушной смеси встречает на пути рассекатели потока 11 (в нашем случае это шесть штук), они разделяют этот поток соответственно на шесть струй. Наличие односторонних косых срезов входных частей рассекателей потока 11, совпадающих с направлением крутки лопаток завихрителя 12, уменьшает абразивный износ рассекателей потока 11 и аэродинамическое сопротивление канала 4 аэросмеси. Кроме этого, уменьшению абразивного износа рассекателей потока 11 способствует оптимально подобранная высота рассекателей потока 11, что подробно описывается ниже.

Наличие крутки потока от завихрителя потока 12 и от рассекателей потока 11 в канале 4 аэросмеси позволяет усилить концентрацию топливных частиц на стенках рассекателей потока 11 и создать за ними локальные зоны повышенной концентрации - «струи», которые продолжают двигаться в общем потоке пылевоздушной смеси к выходу из горелки. Выделение высококонцентрированных топливных струй внутри потока аэросмеси, выходящего из горелки в топку котла, способствует более быстрому прогреву пыли этих струй на выходе из горелки, интенсивному выделению летучих веществ и их воспламенению в условиях малого избытка воздуха. Таким образом, на начальном участке воспламенения и горения топлива удается минимизировать эмиссию оксидов азота NOx.

Оптимальным соотношением высоты h рассекателей потока 11 и высоты Н канала 4 аэросмеси является 0,4÷0,7. Такое соотношение обеспечивает требуемую концентрацию топлива в потоке пылевоздушной смеси, при этом сохраняет необходимые скорости потока пылевоздушной смеси в канале 4 аэросмеси.

При соотношении высоты h рассекателей потока 11 и высоты Н канала 4 аэросмеси менее 0,4 концентрация топлива в струях становится недостаточно эффективной. При соотношении высоты h рассекателей потока 11 и высоты Н канала 4 аэросмеси более 0,7 проходное сечение канала 4 аэросмеси уменьшается и, соответственно, увеличиваются скорости пылевоздушной смеси и абразивный износ рассекателей потока 11.

В горелке площадь живого сечения канала 4 аэросмеси, перекрываемая рассекателями потока 11, составляет 25-40% от всей площади живого сечения кольцевого канала 4 аэросмеси, что обусловлено принятой высотой рассекателей 11 потока.

Длина рассекателей потока 11 вместе с односторонним косым срезом принимается равной L=0,65-0,85 D, где D - диаметр внешней обечайки кольцевого канала 4 аэросмеси. Такая длина позволяет достигнуть оптимального баланса между концентрированием топлива в потоке аэросмеси (что способствует прогреву пыли этих струй на выходе из горелки, интенсивному выделению летучих веществ и их воспламенению в условиях малого избытка воздуха и соответственно низкой эмиссии оксидов азота NOx) и механическим недожогом.

Одновременно с пылевоздушной смесью в топку 1 подают вторичный воздух. Этот вторичный воздух подается в горелку по входному патрубку 10 в кольцевые каналы 5, 6 и 7. Основные потоки вторичного воздуха поступают в кольцевые каналы 6 и 7, а значительно меньший поток вторичного воздуха поступает в слабопроточный кольцевой канал 5. В кольцевых каналах 6 и 7 эти два потока вторичного воздуха вторичного воздуха закручиваются, соответственно, завихрителями 14 и 15, образуя два потока с разными параметрами крутки. В канале 6 образуется поток с малым параметром крутки, он предназначен для стабилизации факела. В канале 7 образуется поток с параметром крутки, он наиболее сильно отделяется от основного потока пыли и тем самым достигается горизонтальная стадийность горения и дополнительное снижение оксидов азота NOx.

Отрыву воздуха от основного потока пыли на начальном участке факела в зоне выхода и воспламенения летучих веществ также способствует слабопроточный кольцевой канал 5 (в данный канал подается небольшое количество воздуха), разделяющий кольцевой канал 4 аэросмеси и внутренний кольцевой канал 6 вторичного воздуха.

Наличие двух кольцевых каналов вторичного воздуха 6 и 7 дает возможность перераспределять вторичный воздух по этим каналам, что позволяет обеспечить стабильность воспламенения и горения угольной пыли, а также оптимизировать уровень механического недожога топлива и получаемым количеством оксидов азота NOx. Завихрители 14 и 15 позволяют производить регулировку крутки вторичного воздуха в кольцевых каналах 6 и 7 вторичного воздуха при пусконаладочных работах. Таким образом, конструкция горелки использует принцип двуступенчатого сжигания топлива в пределах факела каждой отдельной горелки (горизонтальная стадийность).

Направление односторонних косых срезов входных частей рассекателей потока 11 в кольцевом канале 4 аэросмеси совпадает с направлением крутки лопаток завихрителей 12, 13, 14 и 15 в кольцевых каналах, соответственно, 3, 4, 6 и 7, что позволяет в горелке закрутить поток топлива и воздуха в одном направлении, что способствует стабилизации воспламенения и горения факела горелки в топочной камере котла.

Использование предлагаемой вихревой пылеугольной горелки позволяет снизить эмиссию оксидов азота NOx (повышение экологических характеристик котельной установки) при сохранении экономичного выгорания топлива (низкого уровня механического недожога). Уменьшается абразивный износ рассекателей потока в выходной части канала подачи аэросмеси, что повышает надежность работы горелки и увеличивает ее долговечность.

1. Вихревая пылеугольная горелка, содержащая центральный канал для размещения растопочного устройства, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: растопочного воздуха, по меньшей мере один кольцевой канал подачи аэросмеси и два кольцевых канала вторичного воздуха - внутренний и внешний, а в выходной части канала аэросмеси установлены рассекатели потока, имеющие форму секторных участков утолщения внешней обечайки канала аэросмеси с односторонним косым срезом входной части и расположенные равномерно по окружности канала аэросмеси, в кольцевых каналах вторичного воздуха установлены лопаточные завихрители воздуха, отличающаяся тем, что рассекатели потока расположены на внешней обечайке кольцевого канала аэросмеси, причем высота Н кольцевого канала аэросмеси и высота h рассекателей потока имеет соотношение:

а перед рассекателями потока в кольцевом канале аэросмеси расположен лопаточный завихритель, причем направление односторонних косых срезов входных участков рассекателей потока совпадает с направлением крутки лопаток завихрителя, направление крутки лопаточных завихрителей воздуха, установленных в кольцевых каналах вторичного воздуха, совпадает с направлением крутки в кольцевом канале аэросмеси.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что между кольцевым каналом аэросмеси и внутренним кольцевым каналом вторичного воздуха установлен кольцевой слабопроточный воздушный канал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может найти применение в любой отрасли промышленности, связанной со сжиганием угольного топлива в вихревых топках.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в любой энергетической установке по переработке угля в другие виды топлива. Способ сжигания угля, подвергнутого механической и плазменной обработке, включает механическую активацию, воспламенение и сжигание, уголь предварительно дробят и разделяют на мелкодисперсную и крупнодисперсную фракции, из которых мелкодисперсную фракцию угля подвергают механической активации и доводке тонины до размера частиц зерна 40 мкм и менее, затем полученный уголь микропомола вводят тангенциально за счет инжекции в первую газификационную ступень и воспламеняют с помощью стартового плазмотрона, причем ввод осуществляют в направлении, противоположном направлению тангенциального впрыска плазменной струи из стартового плазмотрона, крупнодисперсную фракцию угля, воздушный поток и продукты сгорания угля микропомола из первой газификационной ступени одновременно вводят во вторую газификационную ступень по касательной к ее продольной оси и в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси второй газификационной ступени, пылеугольную смесь воспламеняют с помощью продуктов сгорания угля микропомола, используя теплоту сгорания угля микропомола, при этом эффективность процесса газификации и сжигания пылеугольной смеси во второй газификационной ступени обеспечивают за счет импульсного включения дополнительного управляющего плазмотрона, причем впрыск плазменной струи из дополнительного управляющего плазмотрона осуществляют вдоль оси второй газификационной ступени, перпендикулярно плоскости ввода пылеугольной смеси и в направлении, совпадающем с направлением осевого перемещения продуктов сгорания пылеугольной смеси внутри второй газификационной ступени.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка (1) для топлива в форме частиц, в частности из биомассы, с первичной трубой (3) и расположенной в первичной трубе (3) центральной трубой (2), причем первичная труба (3) и центральная труба (2) образуют зазор (4) для обеспечения направления потока из топлива в форме частиц и газообразного средства для горения от конца со стороны входа к отверстию первичной трубы (3) со стороны выхода, центральная труба (2), в продольном направлении горелки (1), заканчивается перед первичной трубой (3), при этом предусмотрено по меньшей мере одно устройство для центрирования потока внутри первичной трубы (3) в области конца первичной трубы (3) со стороны выхода.

Изобретение относится к энергетике. Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива, содержащее патрубок подвода первичного воздуха, камеру сгорания, патрубок подвода вторичного воздуха, отверстия для подвода вторичного воздуха, перегородку, дополнительно содержит форсунку подачи топливной пыли, электрический нагреватель, камеру смешения пылевидного топлива с окислителем и конфузорно-диффузорный переход, причем отверстия для подвода вторичного воздуха выполнены на входе в цилиндрический участок камеры сгорания, головная часть камеры сгорания совместно с форсункой подачи топливной пыли и участком смешения пылевидного топлива с окислителем представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа, электрический нагреватель выполнен в виде цилиндрического стержня и установлен осесимметрично внутри форсунки подачи топливной пыли, конфузорно-диффузорный переход выполнен перед цилиндрическим участком камеры сгорания.

Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях для безмазутной растопки котлов. Горелочное устройство содержит трубу с горелочным насадком, установленные горизонтально, на входной вертикальной стенке которой размещены под острым углом к стенке тангенциальные патрубки подачи высоконапорного воздуха и аксиальное сопло подачи пыли высокой концентрации, а также обечайку и электронагреватели, установленные между трубой и обечайкой.

Группа изобретений относится к теплоэнергетике и касается технологии получения, транспортировки, раздельного и совместного сжигания механоактивированного угля микропомола и угля штатной системы пылеприготовления в вихревой растопочной горелке при растопке пылеугольного котла и стабилизации горения с целью замещения дорогостоящего мазута или природного газа.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка для пылевидного или в форме частиц топлива, с проточным каналом для транспортировки, по меньшей мере одного газового потока, в камеру горения, причем проточный канал имеет кольцеобразное поперечное сечение и устройство для завихрения, придающее завихрение газовому потоку в окружном направлении.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения факела (подсветки), для воспламенения мелкодисперсного твердого топлива с предварительной электротермохимической подготовкой (ЭТХП).

Изобретение относится к области энергетики, в частности к пылеугольному концентратору. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и печном хозяйстве предприятий при сжигании распыленного водоугольного топлива или пылевоздушной смеси.

Изобретение относится к устройствам сжигания твердого пылевидного топлива и может быть использовано в процессах различного технологического назначения в энергетике, ЖКХ, металлургии, в паровых котлах, сушильных установках и т.д. Противоточное вихревое горелочное устройство для сжигания твердого пылевидного топлива содержит камеру сгорания, состоящую из диффузорного и конфузорного участков, закручивающее поток устройство, патрубок подвода вторичного воздуха, форсунку подачи топливной пыли и воспламенитель, дополнительно содержит камеру смесеподготовки и выходной диффузор, причем камера смесеподготовки состоит из патрубка подачи топливно-воздушной смеси, тангенциального соплового ввода, корпуса и крышки и соединена с форсункой подачи топливной пыли, установленной на оси конфузорного участка камеры сгорания. Выходной диффузор установлен напротив форсунки подачи топливной пыли соосно с ней, а также с закручивающим поток устройством и расположен радиально внутри него. Технический результат - снижение гидравлических потерь в форсунке подачи топливной пыли и камере сгорания, увеличение полноты сгорания, повышение качества смешения топлива и воздуха, расширение рабочего диапазона по коэффициенту избытка воздуха. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при организации сжигания угольной пыли в топках котлов, камер сгорания и печах. Вихревая пылеугольная горелка содержит центральный канал 2 для размещения растопочного устройства, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: растопочного воздуха 3, по меньшей мере один кольцевой канал 4 подачи аэросмеси и два кольцевых канала вторичного воздуха - внутренний 6 и внешний 7, а в выходной части канала 4 аэросмеси установлены рассекатели потока 11, имеющие форму секторных участков утолщения внешней обечайки канала 4 аэросмеси с односторонним косым срезом входной части и расположенные равномерно по окружности канала 4 аэросмеси, в кольцевых каналах вторичного воздуха установлены лопаточные завихрители воздуха 14 и 15. Новым, согласно изобретению, является расположение рассекателей потока 11 на внешней обечайке кольцевого канала 4 аэросмеси, причем высота Н кольцевого канала аэросмеси 4 и высота h рассекателей потока 11 имеет соотношение: а перед рассекателями потока 11 в кольцевом канале 4 аэросмеси расположен лопаточный завихритель 12, причем направление односторонних косых срезов входных участков рассекателей потока 11 совпадает с направлением крутки лопаток завихрителя 12, направление крутки лопаточных завихрителей 14 и 15 воздуха, установленных в кольцевых каналах 6 и 7 вторичного воздуха, совпадает с направлением крутки в кольцевом канале 4 аэросмеси. Изобретение позволяет снизить эмиссию оксидов азота NOx при сохранении экономичного выгорания топлива, а также уменьшить абразивный износ рассекателей потока в выходной части канала подачи аэросмеси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх