ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК F23D1/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для сжигания твердого топлива с предварительным подогревом.

В топочной технике используются системы для сжигания пылевидного топлива с предварительным его подогревом до температуры, обеспечивающей пиролиз угольных частиц (600-750^oC), что позволяет обеспечить хорошее воспламенение и выгорание тощих углей, уменьшить выбросы вредных веществ, например окислов азота.

В большинстве известных технических решений в качестве теплоносителя используются высокотемпературные продукты сгорания вспомогательного топлива (в частности, природного газа). Важной задачей при создании таких систем является обеспечение устойчивого факела вспомогательного топлива и эффективного его выгорания в ограниченном объеме.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пылеугольная горелка с предварительной термической обработкой пыли, содержащая рабочий канал с наружным корпусом, патрубок подачи вторичного воздуха, узел предварительного подогрева пылеугольного топлива, содержащий камеру сгорания вспомогательного топлива с воздухораздающим патрубком, горелку для сжигания вспомогательного топлива, центральный пылеподающий патрубок, завихритель, например, лопаточный с внутренней втулкой (Отчет ВТИ им. Ф.Э. Дзержинского. Разработка и исследование горелки с предварительной термической обработкой пыли кузнецкого угля для снижения выбросов окислов азота применительно к котлу ТПП-210А ТЭЦ-22 Мосэнерго, 1985).

Важным фактором, определяющим условия стабилизации факела вспомогательного топлива, является мощность и температура зоны обратных токов, обеспечивающих наличие постоянного источника воспламенения топливовоздушной смеси.

Недостатком технического решения по прототипу является недостаточная эффективность выгорания вспомогательного топлива по причине относительно низкой температуры стенки пылеподающего патрубка, что приводит к интенсивному теплоотводу от рециркулирующих высокотемпературных продуктов горения вспомогательного топлива, которые, охлаждаясь, теряют воспламеняющую способность и не обеспечивают стабилизации газового факела.

Кроме того, недостаточная устойчивость газового факела связана с затягиванием в зону обратных токов некоторого количества холодного транспортирующего воздуха, поступающего в полость камеры сгорания вместе с угольной пылью из пылеподающего патрубка.

Недостаточная эффективность выгорания вспомогательного топлива объясняется также тем, что топливо поступает в пристенные, относительно холодные слои потока.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, повышение эффективности работы горелки за счет обеспечения максимального выгорания вспомогательного топлива и повышение устойчивости факела.

Для решения поставленной задачи в известной пылеугольной горелке, содержащей рабочий канал с наружным корпусом, патрубок подвода вторичного воздуха, систему предварительного подогрева пыли, включающую камеру сгорания вспомогательного топлива с воздухоподающим патрубком, вспомогательную кольцевую газовую горелку, центральный патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси, снабжен экраном на участке, выходящем в камеру сгорания, с обеспечением зазора с наружной стенкой патрубка, на наружной стенке концевого участка пылераздающего патрубка установлен полый конический насадок, расширяющийся по потоку, основание которого совпадает с выходным участком камеры сгорания вспомогательного топлива, а кольцевая газовая горелка на коническом концевом участке смещена относительно втулки лопаточного завихрителя так, что оси ее газораздающих отверстий пересекают внутреннюю поверхность втулки на расстоянии от торца, равном радиусу газораздающего отверстия.

Предлагаемая пылеугольная горелка поясняется чертежом. На фиг. 1 изображена горелка с узлом подогрева в продольном разрезе; на фиг. 2 показано в разрезе смещение горелки относительно втулки.

Пылеугольная горелка 1, связанная с топкой 2 котла, содержит блок подачи, подогрева, пиролиза угольной пыли, состоящий их камеры горения 3 вспомогательного топлива, например, природного газа с подводящими патрубками воздуха 4 природного газа 5 и пылевоздушной смеси 6, рабочего канала 7. На входе в камеру сгорания 3 установлен завихритель 8, во внутренней втулке 9 которого устанавливается кольцевая газовая горелка 10 с газораздающими отверстиями 11. По оси камеры горения установлен пылераздающий патрубок 12 с коническим насадком 13 и экраном 14. Газовая горелка 10 установлена с утоплением 15 во внутреннюю втулку 9 завихрителя 8, перекрывающую отверстия 11 горелки с некоторым зазором, при этом оси 16 газораздающих отверстий пересекают внутреннюю поверхность втулки 9 на расстоянии от ее конца, равном радиусу отверстия 11.

Работает пылеугольная горелка следующим образом.

При включении системы предварительного подогрева топлива в камеру горения 3 вспомогательного топлива через патрубок 4 подается воздух, а через патрубок 5 вспомогательное топливо, например природный газ. По центральному пылеподающему патрубку 6 подают высококонцентрированную аэросмесь. Воздух, получив закрутку в лопаточном завихрителе 8, движется в виде закрученного потока в камеру горения 3, при этом в приосевой зоне возникает пониженное давление и часть продуктов сгорания вспомогательного топлива участвует в обратном токе горячих газов, которые обеспечивают воспламенение газовоздушной смеси. Тонкостенный экран, установленный на пылераздающем патрубке 12, исключает контакт рециркулирующих газов со стенкой патрубка. За счет минимального теплоотвода от экрана последний принимает температуру, близкую к температуре рециркулирующих газов, что обеспечивает их достаточную воспламеняемость и, как следствие, стабилизацию газового факела. Конический насадок 13 на среде пылераздающего патрубка 12 образует с кольцевой наружной стенкой камеры горелки 3 полузамкнутый объем зоны горения вспомогательного топлива с выраженной зоной рециркуляции, куда исключен подсос холодной аэросмеси, что также обеспечивает устойчивость факела.

Газовые струи, выходящие из отверстий 11 на торце кольцевой газовой горелки 10, утопленной во втулку 9 лопаточного завихрителя 8, набегают на внутреннюю поверхность втулки 9 и далее, изменив свое направление, поступают в приосевую область камеры горения 3, откуда с рециркулирующими газами выносятся в область контакта с основным воздушным потоком, где происходит смесеобразование и воспламенение. Это обеспечивает оптимальное распределение вспомогательного топлива в сечении камеры горения узла подогрева пыли, исключив поступление газовых струй в пристенные слои воздушного потока, что благотворно сказывается на эффективности выгорания газового топлива.

Предложенная пылеугольная горелка прошла опытную проверку на Ижевской ТЭЦ-2 на котле ТП-87 ст. N 1.

Объединение трех технических решений в одну заявку связано с тем, что при предложенных конструкциях пылеугольной горелки решают одну и ту же задачу повышение эффективности работы горелки одним и тем же путем за счет обеспечения максимального выгорания вспомогательного топлива и повышения устойчивости факела.

Использование: в области энергетики и относится к устройствам для сжигания твердого топлива с предварительным подогревом.

Сущность изобретения: патрубок 12 подачи высококонцентрированной аэросмеси снабжен экраном 14 на участке, входящем в камеру 3 сгорания, с обеспечением зазора с наружной стенкой патрубка 12. 3 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пылеугольная горелка, содержащая рабочий канал с наружным корпусом, патрубок подачи вторичного воздуха, систему предварительного подогрева твердого топлива, включающую камеру сгорания вспомогательного топлива с воздухораздающим патрубком, вспомогательную кольцевую газовую горелку, центральный патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси, завихритель воздуха с внутренней втулкой, отличающаяся тем, что патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси снабжен экраном на участке, входящим в камеру сгорания, с обеспечением зазора с наружной стенкой патрубка. 2. Горелка, содержащая рабочий канал с наружным корпусом, патрубок подачи вторичного воздуха, систему предварительного подогрева твердого топлива, включающую камеру сгорания вспомогательного топлива с воздухораздающим патрубком, вспомогательную кольцевую газовую горелку, центральный патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси, завихритель воздуха с внутренней втулкой, отличающаяся тем, что на наружной стенке концевого участка пылераздающего патрубка установлен полый конический насадок, расширяющийся по потоку, основание которого совпадает с выходным участком камеры сгорания вспомогательного топлива. 3. Горелка, содержащая рабочий канал с наружным корпусом, патрубок подачи вторичного воздуха, систему предварительного подогрева твердого топлива, включающую камеру сгорания вспомогательного топлива с воздухораздающим патрубком, вспомогательную кольцевую газовую горелку, центральный патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси, завихритель воздуха с внутренней втулкой, отличающаяся тем, что кольцевая газовая горелка на коническом торцевом участке смещена относительно втулки лопаточного завихрителя, при этом оси ее газораздающих отверстий пересекают внутреннюю поверхность втулки на расстоянии от торца, равном радиусу газораздающего отверстия.