ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1995 года по МПК F23D1/00 

Изобретение относится к устройствам для сжигания пылевидного топлива и может быть использовано в теплоэнергетике и других отраслях, где сжигается пылевидное топливо и возникают проблемы повышения эффективности его сжигания и снижения выбросов оксидов азота.

Известны горелки для сжигания пылевидного топлива с пониженным выходом оксидов азота, например горелка с двухступенчатой подачей топлива фирмы Steinmuller. В данной горелке первичное стабилизированное горение при небольшом недостатке воздуха развивается в центральной части. Остаток топлива с транспортирующим воздухом подается по периферии. В этой зоне организуется значительный недостаток воздуха для горения. Продукты неполного сгорания догорают в третьей зоне при незначительном избытке воздуха. Оксиды азота, образовавшиеся в первой зоне, восстанавливаются во второй.

Недостатком этой горелки является ухудшение выгорания топлива при снижении его реакционной способности. Опытно-промышленная проверка горелок со ступенчатой подачей топлива показала хороший результат при сжигании газа. При сжигании угля получено высокое содержание горючих в уносе, а при сжигании мазута - интенсивное сажеобразование.

Известна также горелка фирмы Foster-Wheeler. В этой горелке аэросмесь подается в центральную зону факела с коэффициентом избытка воздуха α < 1 в виде четырех струй. Струи образуются путем разделения потока аэросмеси, для чего применяется специальный рассекатель, установленный на выходе из канала аэросмеси. На второй стадии процесса горения подмешивается вторичный воздух с внешней стороны факела и происходит дожигание топлива при избытке воздуха α > 1.

Недостатком этой горелки является ухудшение воспламенения при подаче в нее топлива ухудшенного качества. Кроме того, ухудшаются воспламенение и выгорание наиболее крупных фракций пылевидного топлива. При подаче всего топлива в центральную зону факела с α< 1 в первую очередь выгорают наиболее мелкие фракции измельченного твердого топлива, создавая конкуренцию для горения крупных фракций. Горение крупных частиц происходит лишь после подмешивания вторичного воздуха. Эффективность сжигания топлива снижается.

В качестве прототипа выбрана вихревая пылеугольная горелка, содержащая воздухоподводящий корпус, по оси которого установлена пылеподводящая труба. К этой трубе подключены раздающие сопла криволинейной формы. Пылевидное топливо в виде нескольких струй подается в поток вторичного воздуха, благодаря чему улучшаются условия смешения и повышается эффективность сжигания.

Недостатком такой горелки является повышенный выход оксидов азота из-за интенсивного смешения пылевидного топлива и воздуха на начальном участке факела. Криволинейная форма пылераздающих сопл обусловливает подачу топлива исключительно в периферийную зону факела. При этом крупные частицы топлива, вылетающие из сопл под большим углом к направлению движения воздушного потока, выпадают из факела. Эффективность сжигания топлива по этой причине снижается. Кроме того, криволинейная форма сопл обуславливает их повышенный абразивный износ частицами топлива, движущимися внутри сопла. Долговечность горелки снижается.

Целью изобретения является повышение эффективности сжигания топлива, снижение выхода оксидов азота и повышение долговечности горелки.

Цель достигается тем, что в пылеугольной горелке, содержащей воздухоподводящий корпус и соосно установленную в нем пылеподводящую трубу с выпускными соплами, внутри пылеподводящей трубы установлен коаксиально стакан с перфорированным днищем, внутренняя полость которого обращена к ее входной кромке, сопла установлены одним торцом в перфорациях днища стакана с внешней стороны стакана аксиально трубе, а другие торцы сопл выполнены с косыми срезами, ориентированными от центра к периферии трубы. Длина выпускных сопл составляет не менее 5 d, где d - внутренний диаметр сопла, а стакан выполнен с возможностью осевого перемещения.

Отличительные признаки изобретения следующие.

Внутри пылеподводящей трубы установлен коаксиально стакан с перфорированным днищем, внутренняя полость которого обращена к ее входной кромке, а в перфорациях днища стакана с внешней стороны установлены одним торцом раздающие сопла, другие торцы сопл выполнены с косыми срезами. Выпускные сопла установлены аксиально трубе и ориентированы косыми срезами от центра к периферии трубы. Длина выпускных сопл составляет не менее 5 d. Стакан выполнен с возможностью осевого перемещения.

Благодаря тому, что сопла установлены аксиально трубе (выполнены с косыми срезами) и ориентированы косыми срезами от центра к периферии, более крупные фракции пыли попадают в центральную (высокотемпературную) зону факела, а мелкие - в периферийную. Эффективность сжигания топлива повышается.

В центральной зоне факела образуются продукты неполного сгорания топлива с высоким содержанием СО, Н₂ и СН₄, которые подмешиваются к струям пылевоздушной смеси, выходящим из сопл, и обусловливают пониженный выход оксидов азота.

Выпускные сопла, расположенные аксиально трубе, меньше подвергаются эрозионному износу пылью. Долговечность горелки повышается.

Для наиболее эффективного разделения мелких и крупных фракций пыли длина сопл должна быть не менее 5 d, а для оптимизации процесса сжигания топлива в горелке стакан выполнен с возможностью осевого перемещения.

На фиг.1 и 2 показана пылеугольная горелка, где 1 - пылеподводящий короб, 2 - пылеподводящая труба, 3 - центральная труба, 4 - перфорированное днище стакана 5, 6 - выпускные сопла, 7 - косой срез сопла, 8 - сальниковое уплотнение центральной трубы, 9 - воздушный короб, 10 - завихритель воздуха, 11 - воздушная труба, 12 - конус.

На конце центральной трубы 3 закреплен стакан 5 с перфорированным днищем 4. Стакан установлен коаксиально в пылеподводящей трубе 2 и может перемещаться внутри нее в осевом направлении. Внутренняя полость стакана обращена к входной кромке трубы 2. С внешней стороны стакана в перфорациях днища установлены одним торцом выпускные сопла, а другие торцы сопл выполнены с косыми срезами, ориентированными от центра к периферии. Сопла установлены аксиально трубе, а их длина составляет не менее 5 d. Осевое перемещение стакана 5 вместе с установленными соплами 6 обеспечивается путем передвижения центральной трубы 3 в сальниковом уплотнении 8. На выходном конце трубы 2 установлен конус 12, отбрасывающий воздух к внешней зоне факела.

Горелка работает следующим образом.

Воздух поступает в короб 9, проходит завихритель 10 и через трубу 11 подается в топку в виде кольцевой закрученной струи. В центральной зоне закрученной воздушной струи возникает приосевой обратный ток, достигающий устья горелки. В горящем факеле вихревой горелки приосевой обратный ток представляет собой высокотемпературный (≈1500^оС) поток продуктов сгорания, в который подается пыль. Пыль поступает в короб 1, проходит по каналу, образованному коаксиальными трубами 2 и 3, во внутреннюю полость стакана 5 и через выпускные сопла 6 с косым срезом 7 отдельными струями подается в топку. Благодаря косому срезу траектория струи отклоняется от центра к периферии факела. При этом происходит сепарация частиц пылевидного топлива. Крупные фракции пыли попадают в центральную зону факела с высокой температурой и низким содержанием кислорода, а мелкие фракции пыли - во внешнюю зону факела. Продукты неполного сгорания из центральной зоны факела в виде газов приосевой рециркуляции подмешиваются к струям пыли и обеспечивают воспламенение топлива. По мере подмешивания воздуха происходит выгорание топлива. Низкому выходу оксидов азота способствуют продукты неполного сгорания, подмешиваемые в зоне воспламенения топлива и обуславливающие снижение локального коэффициента избытка воздуха α < 1.

Для наиболее эффективного разделения мелких и крупных фракции поток пылевоздушной смеси должен быть в установившемся состоянии. Для этого длина сопл должна быть не менее 5 d.

Для возможности регулирования процесса сжигания при изменении качества топлива, тонкости его помола стакан, на котором установлены выпускные сопла, может перемещаться вдоль оси вместе с центральной трубой. Изменяя расстояние от среза горелки до среза выпускных сопл, можно подобрать наиболее оптимальное их положение, обеспечивающее устойчивое воспламенение, хорошее выгорание топлива и низкий выход оксидов азота.

Использование: теплоэнергетика, в частности пылеугольные горелки с пониженным выходом оксидов азота. Сущность изобретения: внутри пылеподводящей трубы коаксиально установлен стакан с перфорированным днищем. Внутренняя полость стакана обращена к входной кромке трубы, а с внешней стороны стакана аксиально трубе в перфорациях установлены сопла. На выходных торцах сопл выполнены косые срезы, ориентированные от центра к периферии трубы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА, содержащая воздухоподводящий корпус и соосно установленную в нем пылеподводящую трубу с выпускными соплами, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности сжигания топлива, снижения выхода оксидов азота и повышения долговечности горелки, горелка снабжена коаксиально установленным пылеподводящей трубе стаканом с перфорированным днищем, его внутрення полость обращена к ее входной кромке, выпускные сопла установлены с внешней стороны стакана аксиально трубе одним своим торцом в перфорациях днища стакана, другие торцы сопл выполнены с косыми срезами, ориентированными от центра к периферии трубы. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что длина выпускных сопл составляет не менее 5 внутренних диаметров сопла. 3. Горелка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стакан выполнен с возможностью осевого перемещения.