ГОРЕЛКА Российский патент 1995 года по МПК F23D1/02 

Изобретение относится к пылеугольным топочным устройствам и может быть использовано в различных огнетехнических установках, например, в топках котлоагрегатов.

Известно циклонное, расположенное наклонно устройство для сжигания мелкодисперсных топлив, которое содержит водоохлаждаемый цилиндрический корпус с пережимом на торце для создания высокоинтенсивного вихревого потока и с леткой для удаления шлака в жидком виде. На боковой стенке корпуса в одном продольном ряду размещены щелевые тангенциальные сопла вторичного дутья. На переднем торце установлено сопло ввода пылеугольной смеси [1]
Недостатком этого устройства является то, что оно весьма требовательно к качеству и стабильности характеристик топлива, наблюдаются случаи зашлаковки леток горизонтальных циклонов, что приводит к вынужденным остановкам котлоагрегатов, так как расшлаковка циклонных леток на ходу невозможна. Повышенное давление воздуха, подаваемого в циклонное устройство, приводит к перерасходу электроэнергии на привод дутьевых устройств, повышенным требованиям к герметичности обшивки и обеспечению плотности в местах подсоединения циклонов к камере охлаждения. Кроме того, следует отметить сложность изготовления и монтажа циклонов, а также высокую трудоемкость ремонтно-восстановительных работ, высокие требования к квалификации обслуживающего персонала. Из-за высоких тепловых напряжений объема и, соответственно, высокой температуры горения в циклонных устройствах наблюдается повышенное образование оксидов азота.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее короб подачи воздуха для форсунки, к которому прикреплена внутренняя труба, улитку аэросмеси, канал аэросмеси, образованный внутренней трубой и трубой аэросмеси, двухпоточный короб вторичного воздуха, к разделительной перегородке которого крепится разделительная труба, которая совместно с трубой аэросмеси и внешней трубой формирует два потока воздуха, для регулирования расхода которых в соосных каналах установлены регистры [2]
Недостатком этого устройства является относительно низкое качество сжигания топлива. Это вызвано тем, что в вихревом потоке за счет центробежных сил крупные частицы топлива быстро покидают зону высоких температур и не успевают сгореть. Для обеспечения более полного сжигания обычно увеличивают коэффициент расхода топлива до 1,2-1,25, что приводит к повышению тепловых потерь с уходящими газами, создаются термодинамические условия для генерации оксидов азота. При таких условиях сера, находящаяся в угле в виде органической и колчеданной, выгорает и выбрасывается в атмосферу, что пагубно сказывается на окружающей среде. Вся зола топлива попадает в топку, при этом 15-30% уходит со шлаком, часть осаждается на теплообменных поверхностях, что приводит к их шлакованию, остальная покидает топочное пространство с дымовыми газами.

Цель изобретения повышение полноты сгорания топлива, снижение содержания оксидов азота, серы, снижение выноса твердых частиц за пределы топочного пространства.

Цель достигается тем, что в горелке, содержащей разделенный перегородкой короб с соосно установленными трубами, образующими кольцевые каналы для подачи аэросмеси, двух регулируемых потоков вторичного воздуха и канал подачи воздуха для форсунки, разделительная труба выполнена водоохлаждаемой с гарниссажной футеровкой длиной 1-3 ее диаметра от среза канала подачи аэросмеси.

Разделительная труба позволяет создать интенсивное вихревое движение топливно-воздушной смеси с механическим разделением зон газификации и зажигания, увеличить время пребывания крупных угольных частиц в зоне высоких температур. В зону газификации подается топливно-воздушная смесь с недостатком воздуха, в результате чего подавляется генерация "топливных" оксидов азота. Кроме того, в соответствии с термодинамическими расчетами реакция FeO + 0,5S₂ FeS + 0,5O₂ при этих условиях находится в близком к равновесию состоянии, поэтому колчеданная сера переходит в шлак. (В Донецких углях доля колчеданной серы составляет 50-70% ). В процессе горения топлива частички жидкого шлака сепарируются на стенках камеры с гарниссажной футеровкой и стекают за счет наклона ее к горизонтальной плоскости в топку непрерывной струей, в результате чего резко снижается количество золы в топочном пространстве, что уменьшает шлакование теплообменных поверхностей и снижает нагрузку на пылеулавливающих устройствах. Предварительная газификация позволяет осуществлять процесс сжигания угольной пыли при коэффициенте расхода воздуха в топке α 1,05-1,1 что уменьшает тепловые потери с уходящими газами и способствует снижению выбросов оксидов азота в атмосферу.

На фиг. 1 представлена горелка, продольный разрез; на фиг.2 вид на горелку со стороны улитки.

Горелка содержит короб 1 для подачи воздуха для форсунки 2, к передней стенке которого прикреплена труба 3 для установки электрогазового запальника, улитку аэросмеси 4, канал аэросмеси, образованный внутренней трубой 5 и трубой аэросмеси 6, двухпоточный короб вторичного воздуха 7, к перегородке 8 которого крепится водоохлаждаемая разделительная труба 9 с патрубками подвода и отвода охлаждаемой воды 10 и 11, которая совместно с трубой аэросмеси и внешней трубой 12 формирует два, регулируемых регистрами 13 и 14, потока воздуха. Для подвода газа рециркуляции во внешней трубе поток вторичного воздуха на двухпоточном коробе установлен патрубок 15.

Горелка работает следующим образом.

Аэросмесь через улитку 4 поступает в канал, образованный внутренней трубой 5 и трубой аэросмеси 6 и далее в водоохлаждаемую трубу 9, подвод и отвод воды к которой осуществляется через патрубки 10 и 11. Туда же поступает вторичный воздух из полости короба 7, образованной его внешней стенкой и перегородкой 8 через регистр 13, предназначенный для создания крутки потока и регулирования его расхода.

Розжиг горелки осуществляется электрогазовым запальником, помещенным в трубу 3. При применении низкокалорийного топлива предусмотрена подача газа или мазута для подсветки через форсунку 2, устанавливаемую в коробе 1 для подачи воздуха к форсунке.

В водоохлаждаемой трубе 9 топливно-воздушная смесь сжигается в вихревом потоке с недостатком воздуха. Расплавленный шлак за счет центробежных сил оседает на гарниссажной футеровке и стекает в топку за счет наклона горелки к плоскости горизонта, при этом колчеданная сера переходит в шлак. Сжигание пылеугольной смеси с недостатком воздуха подавляет генерацию "топливных" оксидов азота.

Дожигание продуктов неполного горения топлива осуществляется в топке котлоагрегата в воздухе, подаваемом по внешнему каналу, образованному водоохлаждаемым цилиндром и внешней трубой 12. Для регулирования расхода и крутки воздуха в канале установлен регистр 14. Для снижения образования термических оксидов азота в этот канал предусмотрена подача газа рециркуляции через патрубок 15.

Экспериментально установлено, что при длине водоохлаждаемой трубы менее одного диаметра, наблюдается высокий до 80% вынос несгоревшей угольной пыли в топку, что не позволяет достаточно эффективно снизить содержание оксидов серы и пыли в топке котла.

Увеличение длины до двух диаметров благоприятно сказывается на работе горелки (снижается содержание оксидов азота до 200 мг/м³ при коэффициенте расхода воздуха равном 0,6). Унос снижается до 9%
Увеличение длины до трех диаметров снижает унос до 7% но повышается съем тепла водой при охлаждении цилиндра. Содержание оксидов серы остается практически одинаковым.

Дальнейшее удлинение водоохлаждаемой трубы практически не сказывается на величине уноса, а содержание оксида азота и серы повышается за счет того, что процесс сжигания приходится вести с большим коэффициентом расхода воздуха для компенсации потерь тепла с охлаждающей водой.

Таким образом, в данной горелке снижается количество оксидов азота и серы. Уменьшается шлакование теплообменных поверхностей, уменьшается вынос твердых частиц за пределы топочного устройства за счет улавливания их в камере 9. Наличие раскаленной гарниссажной футеровки обеспечивает острый прогрев и раннее воспламенение аэросмеси. Повышается полнота сгорания топлива.

Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемой горелки за счет снижения экологического ущерба природе для условий Зуевской ГРЭС-2 "Донбассэнерго" (4 блока по 300 МВт) составит Э 37593 ˙ 0,2 ˙ 150+ 17430 ˙ 0,4 ˙ 3003,2 млн. руб. (в ценах 1990 г.), где 37593 и 17470 т годовой выброс соответственно SO₂ и NO_x Зуевской ГРЭС-2 (по данным ПЭО "Донбассэнерго"); 0,2 и 0,4 доля снижения выбросов SO₂ и NO_x соответственно; 150 и 300 руб./т стоимость ущерба от выбросов SO₂ и NО_x соответственно.

Использование: в энергетике в различных огнетехнических установках, например, в топках котлоагрегатов. Сущность изобретения: выходные срезы труб 5 и 6 подачи воздуха и аэросмеси, а также входной срез разделенной трубы 9 расположены в одной плоскости, при этом разделительная труба 9 снабжена водоохлаждаемой рубашкой и гарниссажной футеровкой, длина которой от входного среза разделенной трубы 9 составляет 1 3 ее диаметра. 2 ил.

ГОРЕЛКА, содержащая воздухоподводящий короб, соосно размещенные в нем трубы подачи воздуха и аэросмеси, последняя из которых снабжена улиточным завихрителем, разделительную трубу, установленную в коробе с образованием двух кольцевых воздушных каналов, снабженных регистрами, осевую мазутную форсунку, отличающаяся тем, что выходные срезы труб подачи воздуха и аэросмеси, а также входной срез разделительной трубы расположены в одной плоскости, при этом разделительная труба снабжена водоохлаждаемой рубашкой и гарниссажной футеровкой, длина которой от входного среза разделительной трубы составляет 1 3 ее диаметра.