ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА Советский патент 1968 года по МПК F23D1/02 

В известных горелках для факельного сжигания угольной пыли высокая плотность тепловыделения, характерная для камер пульсирующего горения (КПГ), не обеспечена. Вместе с тем использование КПГ большой мощности применительно к современным пылеугольным энергетическим котлам связано с необходимостью коренного изменения профиля котлоагрегата и решением многочисленных конструктивных проблем, в частности проблемы устойчивости элементов котлоагрегата к воздействию больших мощностей колебательной энергии, излучаемых крупньши КПГ.

Повышение виброустойчивости и шумоглушения значительно удорожает котлоагрегат, что не окупается достигнутым при этом уменьшением топочиого объема. Возможности сокращения поверхностей нагрева в резульTaie пульсационной интенсификации конвективного теплообмена ограничены снижением доли радиационного тепловосприятия, неизбежного при уменьшении топочного объема.

Предлагаемое устройство значительно интенсифицирует горение угольной пыли без изменения существующего профиля котлоагрегата, причем основная масса пыли сжигается в факеле с обычным оформлением ввода пыли и воздуха.

Отличительной особенностью описываемой горелки является то, что но оси канала подачи пылевоздушной смеси при его выходе в топочный объем расположена инициирующая

камера пульсирующего горения (ИКПГ), питаемая угольной пылью из основного потока. ИКПГ создает пульсацию скоростей движения потока, способствующую интенсификации горения аэросмеси в факеле.

На фиг. 1 схематически изобра}кена описываемая пылеугольная горелка, продольный разрез; на фиг. 2 - увеличенный разрез по А-А.

В корпусе горелки концентрически расположены два канала - внутренний / для подачи аэропыли и наружный 2 для вторичного воздуха, снабженные злиточными подводящими патрубками 3 и 4. По оси канала / размещена ИКПГ 5 с аэродинамическим клапаном 6, питаемая угольной пылью из основного потока. Клапан выполнен в виде кольцевого канала, развернутого на 180° в сторону основного потока, что позволяет исиользовать энергию выбросов через клапан для ускорения потока аэропыли.

Устойчивая работа ИКПГ обеспечивается отбором из потока аэропыли наиболее мелких фракций топлива и уменьшением концентрации, соответствующей избыткам воздуха 0,6-1,0. Для этого на входе в аэродинамический клапан 6 установлен радиально проходной венец лопаток 7, имеющий наклон в сторону вращения потока аэропыли, что создает дополнительно к сенарационному эффекту улитки инерционный заслон для входа в клапан крупных частиц пыли.

ИКПГ работает в режиме самовсоса с небольшим наддувом, равным сопротивлению канала / и достаточным для начального розжига ИКПГ нри помощи форсунки или газовой горелки 8.

В камере Р1КПГ применена необычная для КПГ система обратных токов, создаваемых не в пристенной, а в приосевой части камеры воспламенения. Это достигается кольцевой компоновкой аэродинамического клапана и приближением входящих струй к стенам камеры воспламенения, что резко уменьшает температуру стен и позволяет изготовлять камеру из обычной жаропрочной стали без применения футеровки или водяного охлаждения. Внутренняя поверхность торца камеры воспламенения защищена хромомагнезитовой набивкой, стабилизирующей воспламенение пыли. Колебательная труба 9 ИКПГ также изготовлена из жаропрочной стали со спиральным оребрением (на чертеже не показано), так как в ней проходят восстановительные процессы и температура пламени снижается.

Интенсифицирующее воздействие ИКПГ на основной факел слагается из следующих факторов:

1.Аэроныль перед выходом из горелки подогревается тенлол обратных выбросов из кланана 6 ИКПГ в результате теплообмена со стенами камеры, а также теплом сгорания некоторого количества пыли, поджигаемой выбросами из клапана и горячими стенами камеры. Этот подогрев способствует ускорению воспламенення ныли в корне факела.

2.На выходе из колебательной трубы 9 пламя выбрасывается в форме тороидальных вихрей, следующих с частотой пульсаций в ИКПГ (порядка 60-70 гц), вовлекающнх и быстро воспламеняющих часть аэропыли основного потока и ускоряющих смешение ныли с воздухом.

3.Пульсации скорости, налагаемые ИКПГ на ноток в окрестностях выхода из горелки, интенсифицируют тепло- и массообмен между частицами тонлнва и газовой средой, ускоряя прохождение начальных стадий воспламенения пыли и интенсифицируя горение в диффузионной области, особенно горение крупных фракций пыли.

Последний процесс в известной мере автоколебательный, так как при микровзрывах пыле-воздушной смеси, возникающих при распаде вихрей во внешнем факеле, также генерируются нелинейные акустические колебания, которые вместе с многочисленными гармониками основной частоты ИКПГ создают щирокий спектр высокочастотиых гармоник, воздействующих на взвесь тонлива

более интенсивно, чем относительно низкая осиовиая частота ИКПГ.

Опытные данные позволяют рассчитывать на яркий эффект интенсификации горения пыли в факеле при сжигании в ИКПГ около

от общего расхода ныли. В этом случае для горелки производительностью 30 мет потребуется ИКПГ с сечением колебательной трубы в цилиндрической части порядка 250 мм, т. е. того же порядка, что и сечение

холостых вставок в пылевых каналах обычных горелок.

При онытах по применению КПГ мощностью 2 мет для акустической обдувки поверхностей обычного пылеугольного котла

100 мет не было обнаружено какого-либо разрушительного влияния пульсаций на футеровку и другие элементы котла. Поэтому описываемая горелка применима не только для вновь проектируемых котлоагрегатов, но

и может быть использована нри реконструкции устаревших котлов для новышения их нроизводительности без увеличения топочного объема. ИКПГ может работать и на вспомогательном топливе, нанример (газ, мазут), для которого еще не доказана возможность использования камер пульсирующего горения, однако наиболее универсальным решением является питание ИКПГ угольной пылью из осноБНого потока.

Предмет изобретения

1. Пылеугольная горелка, содержащая корнус с двумя концентрически расноложениыми каналами для подачи по виутрепнему аэроныли, а по наружному вторичиого воздуха, и улиточными подводящими патрубками, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации

горения, но оси канала подачи аэропылн размещена инициирующая камера пульсирующего горения (ИКПГ) с аэродинамическим клапаном, питаемая угольной пылью из основного потока.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью использования энергии выбросов через клапан для ускорения потока аэропыли, клапан выполнен в внде кольцевого канала, развернутого на 180° в сторону основного нотока.

3. Горелка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения устойчивой работы ИКПГ путем отбора в нее преимущественно мелких фракций тонлива и уменьшения концентрации отбираемой пыли, иа входе в клапан установлен венец лопаток, имеющих наклон в сторону вращения потока аэропыли. lllt адТ.