Горелочное устройство Советский патент 1992 года по МПК F23D17/00 

пережога труб высокотемпературной ступени нагрева пылеподогревателя, высокой металлоемкости и плохой ремонтопригодности, а также ввиду отсутствия в агрегате средств для подавления образования оксидов азота (NOX).

Известны также горелки для сжигания твердого топлива, содержащие центральный канал для подачи дополнительного воздуха для растопки, канал для подачи аэросмеси и два коаксиальных кольцевых канала для подачи вторичного и третичного воздуха, причем в центральном канале установлена растопочная форсунка и средства, обеспечивающие снижение образования МОх путем выравнивания скоростей вторичного воздуха и аэросмеси.

Данному устройству присущи низкая эффективность сжигания низкореакционного Топлива вследствие повышенного недожога и плохого воспламенения топлива, низкая экономичность вследствие нерационального использования тепла вспомогательного топлива (мазута) и повышенного расхода последнего с повышенным вследствие этого образованием NOxВ качестве прототипа принята вихревая пылеугольная горелка, содержащая корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайкой, образующими периферийный и внутренний кольцевые каналы, снабженные завихрителями, и подключенные к направляющим коробам с плавно сопряженными радиальными патрубками для подачи воздуха и аэросмеси с помощью конических вставок, выполненных в виде криволинейного спирально закрученного клина с боковыми поверхностями различной кривизны и острием, обращенным навстречу потоку аэросмеси, причем поверхность клиньев, обращенная навстречу потоку аэросмеси, выполнена гофрированной, пространство между криволинейными поверхностями клиньев заполнено износостойкой огнеупорной массой, труба, разделяющая патрубки аэросмеси и вторичного воздуха, выполнена с конусным расширением, а форсуночная труба - с конусным сужением на конце.

Недостатком данного горелочного устройства являются снижение эксплуатационной надежности и качества сжигания с его помощью аэросмеси высокой концентрации пыли низкореакционного твердого топлива с малым содержанием летучих веществ и недостаточная эффективность подавления NOx при этом.

Указанные недостатки прототипа вызваны сложностью конструкции, плохой ремонтопригодностью и повышенным абразивным износом конических вставок аэросмесью, плохой подготовкой, в отсутствии предварительного прогрева, пыли и формированием недожога при ухудшенной стабильности процесса воспламенения низкореакционного топлива в топке и повышенных пирометрическом уровне и избытке воздуха в зоне воспламенения.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности, качества сжигания аэросмеси высокой концентрации и снижение образования МОХ.

Указанная цель достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем трубу

аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки, образующие кольцевые каналы подачи первичного и вторичного воздуха с размещенными в них завихрителями, и мазутную форсунку, установленную в трубе аэросмеси по ее оси с образованием кольцевого зазора, дополнительно обечайка канала первичного воздуха футерована изнутри огнеупором, а на наружной стенке трубы аэросмеси установлено оребрение, выполненное в виде винтовых многозаходных лент, навитых с переменным шагом и диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха, причем

в кольцевом зазоре между форсункой и трубой аэросмеси установлены продольные радиальные ребра, а его внутренние поверхности на всей длине покрыты износостойким материалом, на входе в обечайку

канала первичного воздуха за завихрителем размещен газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя, а мазутная форсунка выполнена паромеханической и установлена от выходного среза обечаек на расстоянии, не превышающем D/2 -ctg /3/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; / - угол раскрытия паромеханической форсунки, град.

На фиг. 1 схематически показано предлагаемое горелочное устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема установки паромеханической мазутной форсунки относительно выходного среза обечаек устройства.

Устройство содержит трубу 1 аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки 2 и 3, образующие кольцевые каналы 4 и 5 подачи первичного и вторичного воздуха соответственно с размещенными в них завихрителями 6 и 7 первичного воздуха и вторичного воздуха, а также мазутную форсунку 8, выполненную паромехани- ческой и установленную в трубе 1 аэросмеси по ее оси, с образованием кольцевого зазора 9 между защитной трубой 10 форсунки 8 и трубой) 1 аэросмеси, в котором установлены продольные радиальные ребра 11.

Внутренние поверхности кольцевого зазора 9 (т. е. трубы 1 аэросмеси изнутри и наружной поверхности защитной трубы 10) снабжены покрытием 12 из износостойкого материала. Обечайка 2 первичного воздуха изнутри футерована огнеупором 13, а на наружной поверхности 14 стенки трубы 1 установлено оребрение 15, выполненное в виде винтовых многозаходных лент 16 с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки 2 канала 4 подачи первичного воздуха.

Многозаходные ленты 16 навиты по винтовым линиям с переменным шагом по длине трубы 1, соответствующим, например, углу подъема по спирали среды в канале 4. На входе в обечайку 2 канала 4 подачи первичного воздуха за завихрителем 6 размещен кольцевой газовый коллектор 17 с тангенциальными выпускными соплами 18, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя 6 первичного воздуха. Мазутная форсунка 8 установлена на расстоянии, не превышающем I D/2-ctg/ /2 от выходного среза 19 обечаек 2 и 3, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки 2 канала первичного воздуха, м; ft- угол раскрытия паромеханической форсунки, град (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом.

Аэросмесь с высокой концентрацией пыли подводится в трубу 1 аэросмеси и поступает в кольцевой зазор 9, равномерно распределяется по его сечению и прямотоком вдоль ребер 11 поступает к выходному сечению зазора 9. Одновременно горячий воздух подводится через соответствующие входные патрубки устройства в кольцевые каналы 4 и 5 подачи первичного и вторичного воздуха, а природный газ - в кольцевой газовый коллектор 17, выходит через выпускные сопла 18 струями, тангенциально направленными к закрученному в завихрителе 6 потоку первичного воздуха, перемешивается с ним и воспламеняется. Первоначальное воспламенение (розжиг) природного газа производится запальником (не показан), а затем поддерживается от высокого температурного уровня, созданного в канале 4

Высокотемпературные продукты сгорания газа с избыточным первичным воздухом закрученным потоком направляются в межреберное пространство оребрёния 15, выполненного из многозаходных лент 16, оптимальный шаг навивки которых соответствует углу подъема по спирали продуктов сгорания газа с первичным воздухом в канале 4 (для случая, если бы оребрение 15 от0 сутствовало), причем этот шаг является переменным и увеличивается по длине канала вследствие потери энергии крутки потока от трения.

В процессе теплообмена тепло от про5 дуктов сгорания передается аэросмеси в зазоре 9 и вторичному воздуху в канале 5 через оребрение 15, стенку трубы 1 и ребра 11, футеровку из огнеупора и обечайку 2 соответственно, а продукты сгорания при

0 этом частично охлаждаются.

В паромеханическую форсунку 8 одновременно подводится перегретый пар (а мазут при подаче аэросмеси отключен, в целях его экономии). Нагретая до

5 300...500°С в трубе 1 пыль прямоточным потоком выходит из кольцевого зазора 9 в зону в виде конуса, образованную закрученным потоком перегретого пара, выходящим из форсунки 8, распыливается и

0 перемешивается с ним, а также с закрученным потоком частично охлажденных инертных продуктов сгорания природного газа и избыточным первичным воздухом, не вступившем в реакцию горения газа в канале

5 4, дополнительно прогревается до температуры, близкой к температуре газообразной среды (ориентировочно 500...700°С) и выходит из канала 4 закрученным потоком в топку, где в зоне горения при перемеши0 вании с закрученным в завихрителе 7 потоком вторичного воздуха, выходящим из канала 5, воспламеняется за счет высокого пирометрического уровня и подвода высокотемпературных газов внутрифакельной

5 рециркуляции из объема камеры сгорания к корню факела, создаваемой вихревой структурой потоков, выходящих из горе- лочного устройства. Затем воспламенившаяся пыль сгорает полностью в смеси с

0 вторичным воздухом в факельном процессе, организованном в камере сгорания топки котлоагрегата.

Горелочное устройство имеет следующие преимущества по сравнению с прототи5 пом.

Повышается эксплуатационная надежность в результате снижения абразивного износа элементов горелки, соприкасающихся с потоком аэросмеси, поступающей в кольцевой зазор 9 прямотоком, т. е. с наименьшим механическим воздействием на стенки зазора 9 и ребра 11 и нанесения износостойкого покрытия на внутреннюю поверхность трубы 1 и наружную-трубы 10, а также за счет распиливания и закрутки потока пыли высокой концентрации перегретым паром в отличие от других известных способов механического распыливания и закрутки пылепотоков. Вторым аспектом повышения надежности является отсутствие шлакования канала 4 и других элементов горелки и топки при высокотемпературном нагреве аэросмеси продуктами сгорания вспомогательного топлива, что достигается установкой форсунки 8 на расстоянии от выходного среза 19 устройства, не превышающем значения I, чем исключено касание потока аэросмеси стенок футерованной обечайки 2 канала 4 и налипания оплавленных раскаленных частиц на нее (см. фиг. 3). В-третьих, форсунка 8 находится в постоянном (горячем) резерве и может быть переведена на сжигание мазута (подсветку) при обрыве поступления аэросмеси или в растопочном режимах работы. Установкой футеровки огнеупором 13 изнутри обечайки 2 обеспечивается концентрация теплообмена в канале 4 с защитой обечайки 2 от перегрева дополнительным ее охлаждением вторичным воздухом и подогревом последнего за счет теплопроводности футеровки, созданием наиболее эффективного радиационного процесса теплообмена между раскаленной до свечения футеровкой, оребрением 15 и аэросмесью в трубе 1 и интенсификацией этого процесса ребрами 11,

Таким образом, в результате эффективного высокотемпературного подогрева пыли при минимальном расходе вспомогательного топлива достигается ускорение и стабилизация процесса ее воспламенения и повышается качество сжигания за счет снижения недожога с экономией вспомогательного топлива вследствие предотвращения рассеивания тепла от его сгорания в топочном объеме.

Повышение надежности в работе и эффективности использования вспомогательного топлива достигается также подводом природного газа кольцевым коллектором 17 с тангенциальными выпускными соплами 18 за счет оптимизации процесса перемешивания с первичным воздухом, ускорения его воспламенения и сгорания с дополнительным увеличением энергии крутки потока продуктов сгорания в канале 4 при ограниченной его длине, а выполнением оребре- ния 15 винтовыми лентами 16с переменным шагом достигаются минимальные потери

давления в канале 4 и экономия затрат на дутье при наибольшей эффективности теплообмена в результате максимального использования пространства канала 4 для

навивки оребрения 15 и увеличения поверхности теплообмена.

Улучшение экологических показателей устройства за счет снижения образования NOx обеспечивается применением перегретого пара для распыливания и закрутки потока аэросмеси высокой концентрации, балластированием пылеугольного факела частично охлажденными в канале 4 инертными продуктами сгорания природного газа

и возможностью выравнивания скоростей вторичного воздуха из канала 5 и аэросмеси из канала 4 на выходе в топку. Кроме того, дополнительное снижение образования NOx в предлагаемом устройстве может быть

получено при выравнивании тангенциальной скорости первичного воздуха после за- вихрителя 6 и скоростей струй газа, выходящих из сопл 18, а также за счет снижения необходимой доли (по теплу) сжигаемого вспомогательного топлива.

Таким образом, предлагаемое горелоч- ное устройство при более высоких эксплуатационной надежности и качестве сжигания аэросмеси высокой концентрации позволяет также снизить образование NOX.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Горелочное устройство, содержащее трубу аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки, образующие кольцевые каналы подачи первичного и вторичного воздуха с размещенными в них завихрителями и мазутную форсунку, установленную в трубе аэросмеси по ее оси с

образованием кольцевого зазора, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, качества сжигания аэросмеси высокой концентрации и снижения образования NO путем интенсификации подогрева вторичного воздуха и аэросмеси, обечайка канала первичного воздуха изнутри футерована огнеупором, на наружной стенке трубы аэросмеси установлено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха, причем в кольцевом зазоре между форсункой и трубой аэросмеси

установлены продольные радиальные ребра, а его внутренние поверхности покрыты износостойким материалом.

2.Устройство поп. 1, отличающееся тем, что на входе в обечайку первичного воздуха за завихрителем размещен кольцевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что мазутная форсунка выполнена паромеханической и установлена от

выходного среза обечаек на расстоянии не более I D/2 -ctg ft/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; ft-угол раскрытия паромеханической форсунки, град.

Изобретение касается сжигания низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ, может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанциях и в промышленных котельных и позволяет снизить образование оксидов азота. Это достигается установкой обечайки канала первичного воздуха, футеИзобретение относится к сжиганию низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ и может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанциях и в промышленных котельных. Известны тепловые агрегаты, содержащие камеру для сжигания пылевидного малореакционного топлива, в виде концентрированной аэросмеси с примыкающим к камере газоходом, а также байпасный газоход, шунтирующий воздухоподогреватель и рованной изнутри огнеупором, и трубы аэросмеси, покрытой изнутри износостойким материалом, на наружной стенке которой выполнено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха. В кольцевом зазоре, образованном мазутной форсункой и трубой аэросмеси, установлены продольные радиальные ребра. Кроме того, на входе в обечайку канала первичного воздуха за завихрителем размещен кольцевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрителя, а мазутная форсунка выполнена паромеха- нической и установлена от выходного среза обечаек на расстоянии, не превышающем I D/2 ctg /6/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; {$- угол раскрытия паромеханической форсунки, град. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. сл С имеющие пылеподогреватель с низко- и высокотемпературной ступенями нагрева, из которых последняя размещена в камере сгорания, а первая- в байпасном газоходе. Недостатками данного устройства являются низкие экономичность, надежность и повышенные выбросы токсичных веществ в дымовых газах вследствие повышенного абразивного износа змеевиков труб концентрированным пылепотоком, высокого гидравлического сопротивления пылепо- догревателя, возможности шлакования и vi hO Os О о 00

а/г 2

UD/2-ctgЈl2