МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2004 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих газ и угольную пыль.

Известна пылегазовая горелка, содержащая амбразуру, патрубок подвода пылевоздушной смеси с подовым окном подвода, боковыми, задней и передней стенами, вертикальным окном вывода в передней стене, пылевоздуховыводящий канал с вертикальным входным окном, примыкающим к вертикальному окну патрубка, вертикальными боковыми стенами, горизонтальным потолком и подом в виде ската, имеющего подъемную поверхность от входного окна, вершину в центре и опускную поверхность в сторону амбразуры, выходным вертикальным окном, примыкающим к амбразуре, встроенные в пылевоздуховыводящий канал воздушные сопла с окнами, направленными в амбразуру, а также газовыпускные сопла, встроенные в воздушные сопла (см. статью Осинцев В.В., Осинцев В.В., Кузин В.И. и др. Сжигание челябинского угля, природного, коксового и доменного газов в котлах ПК-14 ТЭЦ металлургического комбината. - Журнал "Промышленная энергетика", № 12, 1989, с. 35-39). Недостаток горелки - невысокая степень надежности из-за обгорания сопл и шлакования амбразуры, частые остановы на ремонты, высокие ремонтные и эксплуатационные затраты.

Известна также пылегазовая горелка, содержащая амбразуру с вертикально-щелевыми окнами, разделенными стенами и экранами, для струйного плоскопараллельного вывода пылевоздушной и газовоздушной смеси, патрубок с подовым окном подачи, потолочной плитой, боковыми, задней и передней стенами, вертикальным отводящим окном в передней стене, пылевоздуховыводящий канал с вертикальным входным окном для ввода пылевоздушной смеси, примыкающим к вертикальному окну подводящего патрубка, вертикальными боковыми стенами, потолком и подом, выходным вертикальным окном, примыкающим к амбразуре, встроенные в стену амбразуры воздуховоды с соплами и встроенные в сопла газовыпускные насадки (см. книгу Д.М. Хзмалян, Я.А. Коган. Теория горения и топочные устройства. М., Энергия, 1976, гл. 19-7, с. 404-409, рис. 19-5). Недостатком устройства является выгорание амбразуры при работе на газе, большие ремонтные затраты, высокое содержание оксидов азота в отводимых продуктах сгорания.

Известна пылеугольная горелка, содержащая амбразуру, оснащенную горизонтальным рассекателем пылевоздушного потока и подключенные к ней пылевоздуховыводящий канал с боковыми вертикальными стенами, потолком и подом в виде ската, подводящий патрубок. Особенностью этой горелки является вынесение из пылепроводящего канала воздушных сопл на периферию амбразуры, причем дожигания провала крупных фракций одно из сопл установлено под подовым скатом пылевоздуховыводящего канала (см. книгу Д.М. Хзмалян, Я.А. Коган. Теория горения и топочные устройства. М., Энергия, 1976, гл. 19-3, с. 400-401, рис. 19-2). Недостаток горелки - значительный недожог угольных частиц, особенно при сжигании низкосортных углей.

Известна многофункциональная горелка, содержащая амбразуру с вертикальными окнами для струйного плоскопараллельного вывода пылевоздушной и газовоздушной смесей в топку, пылевоздуховыводящий канал с вертикальным входным окном для ввода пылевоздушной смеси, боковыми вертикальными стенами, горизонтальным потолком и подом, вертикальным окном, подключенным к пылевоздуховыводящим окнам амбразуры, размещенными вдоль потолка и пода воздушными каналами, имеющими окна для вывода воздушных струй в направлении амбразуры, а также воздушный канал с вертикальными стенами, потолком и подом, патрубком для ввода воздуха, вертикальным окном, подключенным к газовоздуховыводящим окнам амбразуры, газовыпускными соплами, развернутыми в направлении газовоздуховыпускных окон амбразуры (см. патент РФ №2143084, МПК F 23 C 1/12 от 16.02.1999 г. БИ № 35 от 1999 г.). Горелка позволяет работать при минимальной активности шлакования амбразуры, пониженном выходе оксидов азота. Недостаток устройства - обгорание газовоздушных узлов в амбразуре, повышенные затраты на ремонт, повышенный провал и недожог крупных фракций пыли.

Известна также многофункциональная горелка, содержащая амбразуру с вертикально-щелевыми окнами для струйного плоскопараллельного вывода пылевоздушной и газовоздушной смесей в топку, простенками между ними, пылевоздухопроводной канал с вертикальным входным окном, вертикальными боковыми стенами, потолком и подом, вертикальным выходным окном, подключенным к амбразуре, воздушными каналами, имеющими окна для выпуска воздушных струй вдоль потолка и пода в направлении пылевоздуховыпускных окон амбразуры, воздушный канал с входным вертикальным окном, вертикальными боковыми стенами, потолком и подом, выходным окном, подключенным к газовоздуховыпускным окнам амбразуры, газовыми соплами, направленными в газовоздуховыводящие окна амбразуры, причем вертикальные боковые стены пылевоздухопроводящего и воздушного каналов конфузорно примыкают к амбразуре (см. статью Осинцева В.В., Кузнецова Г.Ф., Петрова В.В., Сухарева М.П. Особенности и организация факельного процесса в топке с многофункциональными горелками. - Электрические станции, № 11, 2002 г., с. 14-19, рис. 1). Горелка имеет более высокую степень надежности, работает при пониженной активности шлакования амбразуры и стен топки. Недостаток многофункциональной горелки - повышенный недожог топлива при сжигании низкосортного сильно забалластированного породой и влагой угля.

Задача настоящего изобретения - повышение эффективности сжигания угля ухудшенного качества со снижением недожога при пониженной концентрации оксидов азота в уходящих газах и повышенной надежности.

Для решения этой задачи в многофункциональной горелке, содержащей амбразуру с вертикально-щелевыми пылевоздуховыводящими и газовоздуховыводящими окнами, разделенными простенками, вертикальный пылевоздухоподводящий патрубок с потолочной плитой, подовым и боковым окнами, пылевоздуховыводящий канал, подключенный к боковому окну патрубка и пылевоздуховыводящим окнам амбразуры и имеющий боковые вертикальные стены, потолок с внутренней поверхностью и под, установленные на потолке и поде воздушные каналы с воздуховыводящими окнами, параллельными окнам амбразуры, причем над подовым воздушным каналом между боковым окном патрубка и воздуховыводящим окном установлен скат с внутренними подъемной и опускной поверхностями, разделенными реберной вершиной, а также газовоздуховыводящий канал, подключенный к газовоздуховыводящим окнам амбразуры, с воздухоподводящим патрубком, вертикальными боковыми стенами, потолком и подом, газовыпускными соплами, развернутыми в направлении газовоздуховыводящих окон амбразуры, кроме того, пылевоздуховыводящий и газовоздуховыводящий каналы оснащены участками примыкания к амбразуре, выполненными в виде вертикально-щелевых конфузоров с вертикальными окнами входа, согласно изобретению потолочная плита пылевоздухоподводящего патрубка поднята относительно внутренней поверхности потолка пылевоздуховыводящего канала на высоту "Н", воздушные каналы последнего выполнены в виде нагнетательных коробов, последние оснащены со стороны амбразуры вертикальными экранированными панелями, а воздуховыводящие окна выполнены в виде отверстий истечения в этих панелях, причем последние смещены от амбразуры в сторону пылевоздухоподводящего патрубка на расстояние "l₁", вершина ската размещена во входном окне конфузорного участка примыкания пылевоздуховыводящего канала, а плоскость выхлопа газовыпускных сопл сдвинута во входное окно конфузорного участка газовоздуховыводящего канала на расстояние "l₂" от амбразуры.

Поднятием потолочной плиты над потолочной поверхностью пылевоздуховыводящего канала и организацией описанного конфузорного выхода смеси в топку достигается выравнивание скоростного и расходного профилей в канале перед амбразурой и снижение недожога угольных частиц; смещением панелей с окнами внутрь пылевоздуховыводящего канала, а газовыпускных сопл вглубь газовоздуховыводящего канала обеспечивается повышение надежности этих элементов и срок их службы; растянутостью щелей в амбразурах при разнесенной подаче реагентов по ее высоте и ширине добиваются минимизации выхода оксидов азота с продуктами сгорания. С нарушением заявляемых условий увеличивается недожог топлива, снижается надежность горелок, увеличивается выход оксидов азота.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема многофункциональной горелки в горизонтальном разрезе, вариант односоплового вывода в топку пылевоздушной и газовоздушной смесей; на фиг.2 - разрез по А-А пылевоздуховыводящего канала на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б газовоздуховыводящего канала на фиг.1; на фиг.4 - вид В на амбразуру из топки на фиг.1; на фиг.5 - схема многофункциональной горелки в горизонтальном разрезе, вариант односоплового вывода в топку пылевоздушной смеси и двухсоплового вывода газовоздушной смеси; на фиг.6 - разрез по Г-Г пылевоздуховыводящего канала на фиг.5; на фиг.7 - вид Д на амбразуру из топки на фиг.5; на фиг.8 - схема многофункциональной горелки в горизонтальном разрезе, вариант двухсоплового вывода в топку пылевоздушной смеси и односоплового вывода газовоздушной смеси; на фиг.9 - вид Е на амбразуру из топки на фиг.8.

Многофункциональная горелка на фиг.1, 2, 3, 4 содержит амбразуру 1 с вертикально-щелевыми пылевоздуховыводящими 2 и газовоздуховыводящими 3 окнами и простенками между ними 4, вертикальный патрубок 5 (в частности, в виде четырехгранной призмы) с потолочной плитой 6, подовым 7 и боковым 8 окнами, пылевоздуховыводящий канал 9, примыкающий к боковому окну 8 патрубка 5 и пылевоздуховыводящим окнам 2 амбразуры 1 и имеющий боковые 10, 11 вертикальные стены, потолок 12 и под 13, установленные на потолке 12 и поде 13 воздушные каналы 14, 15 с воздуховыводящими окнами 16, 17, параллельными окнам 2 амбразуры 1, а также газовоздуховыводящий канал 18, подключенный к газовоздуховыводящим окнам 3 амбразуры 1, с воздухоподводящим патрубком 19, вертикальными боковыми стенами 20, 21, потолком 22 и подом 23, газовыпускными соплами 24, развернутыми в направлении газовоздуховыводящих окон 3 амбразуры 1, под 13 пылевоздуховыводящего канала 9 имеет скат 25, установленный между окнами 8 и 17, с подъемной 26 и опускной 27 внутренними поверхностями, реберной вершиной 28 между ними, нижний воздушный канал 15 с воздуховыпускным окном 17 размещен под скатом 25; пылевоздуховыводящий канал 9 и газовоздуховыводящий канал 18 на участках примыкания к амбразуре 1 имеют форму вертикально-щелевых конфузоров соответственно 29 и 30 с вертикальными плоскостями входа 31, 32, боковыми вертикальными стенами 33, 34 и 35, 36, конфузорными потолками 37 и 38 и подами 39 и 40. Особенностью многофункциональной горелки является смещение воздуховыпускных окон 16, 17 верхнего и нижнего воздушного каналов 14, 15 на участке 29 в сторону патрубка 5 на расстояние "l₁" от амбразуры 1, выполнение собственно воздушных каналов 14, 15 в виде нагнетательных коробов (сосудов большого объема), оснащение последних со стороны амбразуры вертикальными экранированными панелями 41, 42, выполнение воздуховыводящих окон 16, 15 в виде отверстий направленного истечения в этих панелях вдоль потолка 37 и пода 39, размещение реберной вершины 28 ската 25 во входном окне 31 конфузорного участка примыкания 29 пылевоздуховыводящего канала 9, сдвиг плоскости выхлопа газовыпускных сопл во входное окно 32 конфузорного участка примыкания 30 газовоздуховыводящего канала 18 от амбразуры на расстояние "l₂", кроме того, потолочная плита 6 пылевоздухоподводящего патрубка 5 поднята относительно внутренней поверхности 43 потолка 12 пылевоздуховыводящего канала 9 на высоту "Н".

Работа многофункциональной горелки на фиг.1, 2, 3, 4 осуществляется путем подачи в топку через патрубок 5, канал 9 и окна 2 амбразуры 1 пылевоздушной смеси от мельницы или бункера пыли (на фиг.1, 2, 3, 4 не показаны), через сопла 16, 17 в коробах 14, 15 и патрубок 19, каналы 9, 18 и окна 2, 3 амбразуры 1 в топку вводят воздух от вентилятора и воздухонагревателя, а через сопла 24, канал 9 и окна 3 амбразуры 1 - газ из газопровода (вентилятор и воздухонагреватель также не показаны, газопровод - частично, без указания позиции). В зависимости от содержания влаги и породы, количества летучих фракций в исходном угле и подаваемой пыли в процессе наладки определяют степень подсветки, долю газа. Последняя при совместном сжигании газа и угольной пыли может колебаться в диапазоне (0-90)%, при сжигании одного газа - 100%. Выход реагентов в топку (последняя на фиг.1, 2, 3, 4 не показана) через окна 2, 3 амбразуры 1 сопровождается воспламенением на расстоянии от амбразуры до 0,5-1,5 м практически одновременно газа и частиц пыли. В топке формируется устойчивый пылегазовый, пылевой или газовый (в зависимости от доли газа) факел, обеспечивающий режимы с минимальным пшакованием стен топки и отсутствием такового в амбразуре. Вводом пылевоздушной смеси через патрубок 5 с поднятой потолочной плитой 6 на высоту "Н" с последующим конфузорным поджатием перед амбразурой 1 достигается выравнивание скоростного и расходного полей, как следствие - улучшение выгорания угольных частиц. Углублением экранированных панелей 41, 42 с отверстиями 16, 17 истечения воздушных дожигательных потоков в канал 9 на расстояние "l₁" от амбразуры 1 и газовыпускных сопл 24 в канал 18 на расстояние "l₂" от амбразуры 1 достигается повышение надежности этих элементов, срока их службы, а конфузорное закрытие каналов 9 и 18 дополнительно улучшает эти показатели. Растянутость зон ввода топливных и окислительных потоков по высоте и ширине амбразуры обеспечивает низкотемпературное истечение реагентов в топку с минимизацией активности образования оксидов азота.

Многофункциональная горелка на фиг.5, 6, 7 содержит те же элементы и обозначения позиций, что и устройство на фиг.1, 2, 3, 4. Особенностью рассматриваемой горелки является применение дисоплового вывода газовоздушной смеси через окна 3 амбразуры в топку, применение патрубка 5 со скругленным горизонтальным профилем, использование коробов нагнетания 14, 15 и газовых сопл 24 иной формы.

Работа многофункциональной горелки на фиг.5, 6, 7 - аналогична работе горелки на фиг.1, 2, 3, 4.

Многофункциональная горелка на фиг.8, 9 содержит те же элементы и позиции, что и устройство на фиг.1, 2, 3, 4. Отличается рассматриваемая горелка дисопловым выхлопом пылевоздушной смеси через окна 2 амбразуры 1, профилем патрубка 5 и конструкцией газовыпускных сопл 24.

Работа многофункциональной горелки на фиг.8, 9 - аналогична работе горелки на фиг.1, 2, 3, 4.

Возможно иное конструктивное оформление коробов 14, 15, патрубка 5, сопл 24 без изменения основных, определяющих надежность и экономичность, сущность изобретения элементов.

Практическое использование многофункциональной горелки связано с топочными устройствами котлоагрегатов тепловых электростанций, сжигающих газ и уголь в широком спектре теплофизических характеристик. При этом значения параметров смещения Н, l₁, l₂ напрямую связаны с последними. В каждом конкретном случае использования того или иного вида топлива в проекте задаются величины оговоренных в изобретении смещений, которые затем проверяются и корректируются в период наладочных испытаний. При практическом применении можно ориентироваться на опытные диапазоны смещений, полученные при использовании челябинского бурого угля и природного газа: Н=(0,1-0,6) м; l₁=(0,35-0,8) м; l₂=(0,35-0,7) м.

Многофункциональная горелка относится к энергетике и может быть использована на котлах тепловых электростанций, сжигающих газ и угольную пыль для повышения эффективности сжигания угля ухудшенного качества со снижением недожога при пониженной концентрации оксидов азота в уходящих газах и повышенной надежности. Особенностью горелки является подъем потолочной плиты пылевоздухоподводящего патрубка относительно внутренней поверхности потолка пылевоздуховыводящего канала, выполнение воздушных каналов последнего в виде нагнетательных коробов, оснащение последних со стороны амбразуры вертикальными экранированными панелями, выполнение воздуховыводящих окон в виде отверстий истечения в этих панелях, смещение панелей от амбразуры в сторону пылевоздухоподводящего патрубка, размещение вершины ската во входном окне конфузорного участка примыкания пылевоздуховыводящего канала, сдвиг плоскости выхлопа газовыпускных сопл во входное окно конфузорного участка газовоздуховыводящего канала. 9 ил.

Многофункциональная горелка, содержащая амбразуру с вертикально-щелевыми пылевоздуховыводящими и газовоздуховыводящими окнами, разделенными простенками; вертикальный пылевоздухоподводящий патрубок с потолочной плитой, подовым и боковым окнами, пылевоздуховыводящий канал, подключенный к боковому окну патрубка и пылевоздуховыводящим окнам амбразуры и имеющий боковые вертикальные стены, потолок с внутренней поверхностью и под, установленные на потолке и поде воздушные каналы с воздуховыводящими окнами, параллельными окнам амбразуры, причем над подовым воздушным каналом между боковым окном патрубка и воздуховыводящим окном установлен скат с внутренними подъемной и опускной поверхностями, разделенными реберной вершиной, а также газовоздуховыводящий канал, подключенный к газовоздуховыводящим окнам амбразуры, с воздухоподводящим патрубком, вертикальными боковыми стенами, потолком и подом, газовыпускными соплами, развернутыми в направлении газовоздуховыводящих окон амбразуры, кроме того, пылевоздуховыводящий и газовоздуховыводящий каналы оснащены участками примыкания к амбразуре, выполненными в виде вертикально-щелевых конфузоров с вертикальными окнами входа, отличающаяся тем, что потолочная плита пылевоздухоподводящего патрубка поднята относительно внутренней поверхности потолка пылевоздуховыводящего канала, воздушные каналы последнего выполнены в виде нагнетательных коробов, последние оснащены со стороны амбразуры вертикальными экранированными панелями, а воздуховыводящие окна выполнены в виде отверстий истечения в этих панелях, причем панели смещены от амбразуры в сторону пылевоздухоподводящего патрубка, вершина ската размещена во входном окне конфузорного участка примыкания пылевоздуховыводящего канала, а плоскость выхлопа газовыпускных сопл сдвинута во входное окно конфузорного участка газовоздуховыводящего канала.