РАСТОПОЧНАЯ ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 2001 года по МПК F23D1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и печном хозяйстве предприятий при сжигании пылевидного твердого топлива.

В настоящее время для растопки котлов, работающих на твердом топливе, в основном используется жидкое топливо (мазут) либо газ.

В России и за рубежом разработано несколько конструкций и способов работы растопочных пылеугольных горелок с целью полной или частичной замены дефицитного жидкого топлива при растопке.

В основе их лежит принцип частичной газификации угольной пыли, позволяющий получить легковоспламеняемую газовоздушную смесь. Для газификации необходим предварительный прогрев пылевоздушного потока. Различные конструкции растопочных пылеугольных горелок отличаются способом предварительного прогрева.

Растопочная пылеугольная горелка с подачей пылевоздушной смеси по оси горелки, снабженная электрическим нагревателем для зажигания топливной смеси, приведена в патенте N 12743 (СССР). В корпусе этой растопочной пылеугольной горелки вдоль его оси дополнительно установлены с радиальными зазорами три обечайки, в которых происходит ступенчатое сжигание твердого топлива.

В заявке Великобритании N 1585943 приведена система зажигания пылевидного угля с электродуговым подогревом. Часть воздуха подогревается в отдельном устройстве электродуговым разрядом и подается в камеру сгорания в виде высокотемпературной струи для зажигания пылевидного угля, транспортируемого потоком воздуха. Положение дуги регулируется с помощью магнитного поля, создаваемого катушкой. Уголь, поступающий в камеру сгорания, распределяется аксиально подвижным устройством, дополнительный воздух подают через регулирующие лопатки.

В растопочных пылеугольных горелках, разработанных в ГДР (патент 156544 и патент 238176) угольная пыль к растопочным горелкам транспортируется паровоздушной смесью. При транспортировке угольная пыль, смешиваясь с паровоздушной смесью, имеющей более высокую температуру, предварительно подогревается, что способствует устойчивому воспламенению топливной смеси в растопочной горелке. Для обеспечения устойчивого воспламенения и горения угольной пыли в горелке используются мазутная форсунка или газовая запальная горелка. Часть воздуха, необходимая для полного сгорания угольной пыли (вторичный воздух), подается непосредственно в туннель (муфель) горелки. При использовании пара для транспортировки и прогрева угольной пыли, а также при подаче вторичного воздуха в горелку надежное устойчивое воспламенение и горение топливной смеси возможны в условиях использования очень сухой и тонкого помола пыли при достаточно мощной запальной форсунке.

Известна пылеугольная горелка (заявка N 2165633, Великобритания), предназначенная для комбинированного сжигания жидкого или газообразного топлива и угольной пыли. В этой горелке расход жидкого (или газообразного) топлива составляет до половины всего расхода горючего. Эта горелка предназначена в основном для постоянной работы на комбинированном топливе.

В другой известной растопочной пылеугольной горелке (патент N 4614492, США) подача угольной пыли осуществляется в цилиндрическую часть корпуса горелки тангенциально к ее внутренней поверхности. Форсунка жидкого топлива располагается по оси горелки в центре ее задней стенки. Вторичный воздух подается в зону горения первичной пылевоздушной смеси. Конструкция горелки выполнена таким образом, что основная часть топлива сгорает в самой горелке, а в топку выходят горячие дымовые газы и небольшая часть несгоревшей угольной пыли. В таких растопочных горелках температура среды может превышать температуру плавления золы, что приведет к шлакованию внутренней поверхности горелки. А это снижает надежность работы горелки.

Приведенные конструкции и способы работы растопочных горелок достаточно громоздки и сложны, требуют повышенного внимания при растопке и работе, дополнительных видов энергии (электроэнергия, пар повышенных параметров), значительного расхода жидкого или газообразного топлива.

Наиболее близка по конструкции и способу работы к предлагаемой растопочная пылеугольная горелка по патенту N 4466363 (США). Воспламенение угольной пыли производится запальником с газообразным или жидким топливом во вспомогательной горелке, являющейся внутренней трубой горелки. После того как угольная пыль устойчиво загорится во вспомогательной горелке, угольная пыль начинает подаваться в основную, внешнюю по отношению к внутренней, кольцевую факельную горелку. Вторичный воздух подается по периферии горелки у ее выходной горловины.

Недостатком данного способа и конструкции горелки является сложность регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, относительная затянутость по времени процесса растопки горелки по причине последовательного розжига сначала внутренней вспомогательной горелки, а затем внешней, основной, что увеличивает расход топлива на растопку, сложность и громоздкость конструкции, возможность шлакования и обгорания большого количества стальных цилиндрических обечаек, а также значительный эрозионный износ элементов горелки. В случае обрыва факела по какой-либо причине необходимо все операции по розжигу горелки, начиная от подачи жидкого или газообразного топлива, снова повторить. А это увеличит расход дорогостоящего топлива.

Предлагаемая растопочная пылеугольная горелка позволяет ускорить начало процесса газификации твердого топлива, ускорить в связи с этим процесс растопки, получить устойчивый растопочный факел. При этом конструкция растопочной горелки намного упрощается, повышается надежность и безопасность работы горелки.

Эта задача решается путем ускоренной интенсивной частичной предварительной газификации угольной пыли в растопочной пылеугольной горелке с последующим основным сжиганием топливной смеси на выходе из горелки. Предварительная частичная газификация угольной пыли компенсирует снижение реакционной способности топлива при переходе с растопки жидким топливом (мазутом) или газом на растопку котла углем.

Предлагаемая конструкция растопочной пылеугольной горелки показана на чертеже. Растопочная пылеугольная горелка состоит из следующих элементов: корпуса 1 с огнеупорной излучающей обмуровкой 2 (туннель, муфель); соосного обмуровке патрубка подачи пылевоздушной смеси 3 со щелевым устьем 4; двух одинаковых вспомогательных жидкотопливных или газовых горелок 5, размещенных симметрично относительно продольной оси щелевого устья патрубка; подвода части вторичного воздуха 6; подвода основной части вторичного воздуха 7; излучающей обмуровки топки 8.

Растопка осуществляется следующим образом. Зажигаются две вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки 5. Затем через патрубок 3 подается пылевоздушная смесь (угольная пыль с первичным воздухом), которая, выходя через щелевое устье 4, приобретает форму плоской струи, вытянутой по вертикали. Струя имеет развитую боковую поверхность и в начальный момент (до прогрева обмуровки) воспринимает излучением теплоту факелов (температура факела не менее 1400^oC) вспомогательных жидкотопливных или газовых горелок одновременно с обеих плоскостей, что позволяет достаточно быстро осуществить предварительный нагрев пылевидного топлива.

Прогретая угольная пыль начинает интенсивно газифицироваться (идет процесс устойчивого пиролиза); газ, получающийся в результате пиролиза, горит, дополнительно нагревая угольную пыль, что способствует дальнейшей газификации. За счет интенсивного нагрева и газификации пылевидное топливо воспламеняется от факелов вспомогательных жидкотопливных или газовых горелок внутри корпуса.

Для более быстрого прогрева пыли и последующей ее газификации концентрацию пыли при работе растопочной пылеугольной горелки следует принимать повышенной (за счет уменьшения количества первичного воздуха), а пределах 20 - 50 кг топлива на один кг воздуха. При этом большие значения концентраций относятся к плохо воспламеняемым углям с малым выходом летучих веществ. Это уменьшит расход теплоты от факелов вспомогательных жидкотопливных или газовых горелок на подогрев транспортирующего угольную пыль воздуха (паразитного, с точки зрения расхода теплоты на газификацию угольных частиц), но увеличит количество теплоты, идущей на прогрев частиц угля.

После прогрева обмуровки 2 вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки отключаются: дальнейшая газификация, нагрев и воспламенение пылевидного топлива будет происходить за счет излучения стенок обмуровки, нагрев которых, в свою очередь, будет поддерживаться частичным сжиганием угольной пыли внутри туннеля.

При стабильном факеле пылеугольной струи небольшую часть вторичного воздуха подают по трубе 6, а остальную - по подводу 7.

Дожигание всей угольной пыли происхоит на выходе потока из горелки в топку при его смешении с вторичным воздухом и воздухом, имеющимся в топочном пространстве котла.

При наличии вблизи источника горячего воздуха (например, от других котлов) до момента розжига запальных горелок туннель можно прогрель подачей этого воздуха через подвод 6.

В случае кратковременного погасания факела по какой-либо причине, например кратвовременного прекращения подачи угольной пыли, последующее зажигание пылеугольной струи произойдет за счет излучения стенок обмуровки, обладающей значительным запасом тепловой энергии.

Предлагаемая растопочная пылеугольная горелка может быть использована как для розжига, так и для стабилизации горения (поддержка факела) основных горелок в топках котлов при сжигании любых твердых топлив, в том числе и низкореакционных и забалластированных углей на тепловых электростанциях, в промышленных и бытовых котельных, в печном хозяйстве предприятий.

Изобретение предназначено для розжига или стабилизации горения факела основных пылеугольных горелок в топках котлов, в печах при сжигании в них твердых топлив. Растопочная пылеугольная горелка содержит корпус с излучающей обмуровкой, соосный патрубок подачи пылевоздушной смеси, устье которого выполнено щелевым, две вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки, размещенные симметрично относительно продольной оси щелевого устья патрубка подачи пылевоздушной смеси. Использование растопочной пылеугольной горелки позволяет снизить расход дорогостоящего растопочного газообразного или жидкого топлива, ускорить процесс растопки, упростить устройство горелки. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Растопочная пылеугольная горелка, содержащая корпус с обмуровкой, соосный патрубок подачи пылевоздушной смеси, вспомогательную жидкотопливную или газовую горелку, отличающаяся тем, что установлена еще одна вспомогательная жидкотопливная или газовая горелка, устье патрубка подачи пылевоздушной смеси выполнено щелевым, при этом вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки размещены симметрично относительно продольной оси щелевого устья патрубка подачи пылевоздушной смеси, а обмуровка выполнена излучающей. 2. Способ работы растопочной пылеугольной горелки путем предварительного нагрева потока пылевидного топлива с последующей его газификацией, воспламенения от факела вспомогательной жидкотопливной или газовой горелки внутри корпуса с обмуровкой и сжигания, отличающийся тем, что пылевидное топливо подают в форме плоской струи, вытянутой по вертикали, и нагревают с обеих плоскостей факелами вспомогательных жидкотопливных или газовых горелок в начальный момент (до прогрева обмуровки), после прогрева обмуровки вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки отключаются и нагрев струи пылевидного топлива производится от излучающей обмуровки. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что пылевидное топливо подают с повышенной концентрацией (в пределах 20-50 кг топлива на 1 кг воздуха).