RU222725U1 - Горелка водогрейного котла - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к топливосжигающим установкам и может быть использована для снижения выбросов оксидов азота. На горелку, стоящую на котле или новую горелку, устанавливают дополнительный газовый коллектор с газораздающими трубками, которые выводят газовые сопла в топку за пределы амбразуры. Горелка содержит раму горелки, газовый коллектор с выпускными отверстиями, расположенными на внутренней стенке коллектора, аксиальный завихритель, короб горелки, дополнительный газовый коллектор, который устанавливают между аксиальным завихрителем и существующим газовым коллектором. Газораздающие трубки дополнительного газового коллектора, выводят газовые сопла в топку котла за пределы амбразуры. В результате внедрения горелки струи газа, вытекающие из сопел в пространство, заполненное дымовыми газами, эжектируют дымовые газы непосредственно из топки и обеспечивают разбавление газа дымовыми газами перед смешиванием его с воздушным потоком и воспламенением. Снижения концентрации реагирующих веществ и температуры горения обеспечивает снижение выбросов NOx. На газовых соплах могут быть установлены смесители для организации контролируемого качества эжекции. Количество, место положения, угол наклона и тип устройства горелки зависит от мощности горелки, аэродинамических характеристик воздушного потока горелки и давления газообразного топлива. Предложенная горелка обеспечивает снижение выбросов оксидов азота на 40-70% при сжигании газа. Преимущество предложенной полезной модели заключается в возможности обеспечения снижения выбросов NOx при сжигании газа без изменения элементов топки топливосжигающей установки и снижения технико-экономических характеристик роботы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к топливосжигающим установкам и может быть использована для снижения выбросов оксидов азота (NOx).

Известны горелки газомазутные МГМГ-6, МГМГ-8; МГМГ-10 предназначенные для установки на водогрейных котлах (см. Машиностроение, Энциклопедия, гл. редактор К.В. Фролов, Котельные установки, т.IV-18, М., 2009, с.226, рис.2.4.21).

Недостатком рассмотренной горелки является низкая экологическая эффективность сжигания топлива, из-за конструктивных недостатков горелки в способе организации процесса сжигания, при котором все газообразное топливо подается в воздушную среду.

Одним из эффективных способов снижения выбросов NOx являются использование принудительной рециркуляции дымовых газов, что обеспечивает снижение температуры факела и снижение концентрации реагирующих веществ, определяющих образование NOx. При этом наиболее эффективным является способ подачи дымовых газов в каналы горелки (SU 1 101 622 A1, МПК F23D 17/00, опубликовано 07.07.1984). Этот способ реализован в горелке котла ТГМП-204, состоящей из двух каналов подачи воздуха (центрального и периферийного), снабженных тангенциальными регистрам, по периферии расположен канал ввода дымовых газов рециркуляции, в центре грелки установлена мазутная форсунка. Газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора, газораздающей насадки в виде конуса с отверстиями и газоподводящей трубы. Внутренняя труба газового коллектора является направляющей трубой паромеханической форсунки (Сторожук Я.П. Испытания котла ТГМП-204 блока 800 МВТ после реконструкции ввода дымовых газов рециркуляции в топку / Я.П. Сторожук, Д.Р. Носулько // Теплоэнергетика. - 1984. - №.5 - С.13-15.). Эта горелка не смогла достичь хорошего результата по снижению выбросов NOx из-за конструктивных недостатков в способе организации процесса сжигания.

Для успешного подавления NOx необходимо чтоб дымовые газы рециркуляции не балластировали в прикорневой области горелки, а достигали активной зоны горения, в которой происходит основное образование NOx. Основным недостатком такого способа организации горения остается необходимость наличия системы принудительной подачи дымовых газов рециркуляции с дымососом рециркуляции.

Близким к полезной модели является способ снижения выбросов NOx, описанный в изобретениях: RU 2689654 C2 опубликовано 2019-05-28, SU 1588987 A1 опубликовано 1990-08-03, SU 1695040 A1 опубликовано 1991-11-30, KR 101254928 B1 опубликовано 2013-04-19, EP 0893651 A1 опубликовано 1999-01-27, US 2012/0186265 A1 опубликовано 2012-07-26, WO 01|07833 A1 опубликовано 2001-02-01, US 2005/0239005 A1 опубликовано 2005-10-27, US 4380429 опубликовано 1998-12-07, EP 2479491 A1 опубликовано 2012-07-25, KR 2012007020 1A опубликовано 2012-06-29, KR 20120074868 A опубликовано 2012-07-06, KR 20120082647 A опубликовано 2012-07-24, KR 20130061167 A опубликовано 2013-06-10, US 5350293 опубликовано 1994-09-27. В некоторых случаях эти изобретения разрабатывались с целью стабилизации режима горения за счет подсоса раскаленных продуктов горения из топки. В этих изобретениях рециркуляция дымовых газов организовывается самими горелками без дополнительных систем подачи дымовых газов, включающих систему дымоходов и дымосос рециркуляции. Дымовые газы эжектируются в зону горения, что обеспечивает сжигание разбавленного топлива и снижение образование NOx. Недостатком способа, используемого в этих изобретениях, является: сложность и дороговизна конструкции горелок, незначительное количество подсасываемых дымовых газов из топки. Дымовые газы эжектируются топливом или воздушным потоком в устье горелки внутри основного воздушного потока, горение происходит в среде воздуха, что в общей сложности снижает эффективность подавления NOx. Рассмотренные изобретения невозможно применить для действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.

Более близким к полезной модели является группа изобретений, в которых используют принцип внутритопочной рециркуляции за счет впрыска газообразного топлива не в воздушный поток, а за пределами воздушного потока, снаружи устья горелки: US 5542840 A опубликовано 1996-08-06, US 6773256 B2 опубликовано 2004-08-10, RU 2426030 C2 опубликовано 2011-08-10, US 5275552 A опубликовано 1994-01-04, US 20080096146 A1 опубликовано 2008-04-24, US 6007325 A опубликовано 1999-12-28, US 7670135 В1 опубликовано 2010-03-02, US 9593847 В1 опубликовано 2017-03-14, US 9593848 А1 опубликовано 2015-12-10, US 20150285491A1 опубликовано 2015-10-08, US 6875008 В1 опубликовано 2005-04-05, KR 101213883 B1 опубликовано 2012-12-18, WO 2014162074 A1 опубликовано 2014-10-09, US 6773256 опубликовано 2004-08-10, WO 2008104158 A3 2008-09-04. В этих изобретениях запатентованы технические решения, при которых газообразное топливо и/или воздух разбавляются дымовыми газами перед тем, как они смешиваются и вступают в реакцию. Основным условием надежного сжигания газообразного топлива при применении этой технологии является поддержание температуры в топке топливосжигающей установки выше температуры воспламенения топлива и использование устойчивого стабилизатора пламени, при этом воспламенение и стабилизация горения обеспечивается специальными амбразурами или общей температурой топки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальной амбразуры из жаропрочного бетона и невозможность их применения для действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.

Так же близким к предлагаемой полезной модели является группа изобретений, в которых вся головка горелки (газораздающее устройство с воздушным каналом) выступает в топку: KR 101569455 B1 опубликовано 2015-11-16, EP 1980788 A1 опубликовано 2008-10-15, US 6071115 А опубликовано 2000-06-06, KR 1020170138042 опубликовано 2017-12-14, KR 101822997 B1 опубликовано 2018-02-01, JP 6595089 B2 опубликовано 2019-10-23, KR 102115576 B1 опубликовано 2020-05-27, KR 102143032 B1 опубликовано 2020-08-11. В этой группе изобретений эжекция дымовых газов организована газовыми соплами с цилиндрическими насадками, расположенными в топке по наружному периметру воздушного канала горелки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальных жаропрочных сплавов части горелки, выступающей в топку и невозможность их применения для снижения выбросов NOx - на действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.

Прототипом для полезной модели является горелка, рассмотренная в книге: Машиностроение, Энциклопедия, гл. редактор К.В. Фролов, Котельные установки, т.IV-18, М., 2009, с.226, рис.2.4.21.

Основной целью патентуемой полезной модели является снижение выбросов NOx при сжигании газа за счет малозатратного дополнения горелок без изменения элементов топки топливосжигающей установки. Решение задачи достигается тем, что в дополнение к существующему газовому коллектору с газовыпускными отверстиями на внутренней стенке, устанавливают дополнительный газовый коллектор с газораздающими трубками, которые выводят газовые сопла в топку за пределы амбразуры.

На газовых соплах могут быть установлены смесители для организации контролируемого качества эжекции. За счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов, путем эжекции дымовых газов непосредственно из топки струями газа, газ разбавляется дымовыми газами, что обеспечивает снижение температуры факела и концентрации реагирующих веществ, что приводит к снижению образования NOx.

На фиг. 1 изображен продольный разрез горелки с дополнительным газовым коллектором с газораздающими трубками.

Горелка содержит раму горелки 1, газовый коллектор 2, внутренняя стенка которого формирует канал горелки, на внутренней стенке имеются газовыпускные отверстия 3, аксиальный завихритель 4, короб горелки 5. Дополнительный газовый коллектор 6, который устанавливают между аксиальным завихрителем 4 и газовым коллектором 2, газораздающие трубки 7 дополнительного газового коллектора 6 выводят газовые сопла 8 в топку котла за пределы амбразуры.

В результате внедрения полезной модели струи газа 9 эжектирует дымовые газы 10, разбавляются ими, новое подготовленное топливо 11 достигает воздушный поток 12 и процесс горения происходит с меньшими температурами и концентрациями реагирующих веществ, что обеспечивает снижение образования NOx. На газовые сопла 8 может быть установлен смеситель 13, который обеспечивает смешение эжектируемых дымовых газов и природного газа.

Розжиг горелки происходит при использовании существующего газового коллектора 2 с газовыпускными отверстиями 3 на внутренней поверхности, в дополнительный газовый коллектор 6 с газораздающими трубками 7 газ подается после набора мощности топливосжигающей установки и разогрева топки до достаточных температур для стабильного воспламенения. Далее набор мощности горелки происходит за счет увеличения расхода газа через дополнительный газовый коллектор 6 с постоянным или постепенно уменьшаемым расхода газа через существующий газовый коллектор 2. При максимальной мощности горелки расход газа через существующий газовый коллектор 2 может составлять 10% или менее, для обеспечения стабилизации воспламенения. На промежуточных нагрузках соотношение расхода газа между дополнительным и существующим газовым коллектором зависит от конструкционных особенностей конкретной топки и определяется в период проведения режимно-наладочных испытаний.

Использование патентуемой горелки для водогрейного котла обеспечивает снижение содержания NOx в дымовых газах на 40-70% без снижения технико-экономических характеристик работы топливосжигающей установки и строительства внешней системы подачи дымовых газов.

Claims (2)

1. Горелка, содержащая раму, короб, аксиальный завихритель, газовый коллектор с газовыпускными отверстиями, отличающаяся тем, что между газовым коллектором с газовыпускными отверстиями и аксиальным завихрителем вставляют дополнительный газовый коллектор с газораздающими трубками, которые выводят газовые сопла в топку за пределы амбразуры.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что газовые сопла снабжены смесителями.