RU2294486C1

RU2294486C1 - Pulverized-coal burner

Info

Publication number: RU2294486C1
Application number: RU2005123758/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Алексеенко (RU); Сергей Владимирович Алексеенко; Анатолий Петрович Бурдуков (RU); Анатолий Петрович Бурдуков; Юрий Степанович Попов (RU); Юрий Степанович Попов; Виталий Исакович Попов (RU); Виталий Исакович Попов
Original assignee: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-27

Abstract

FIELD: heat power engineering.

SUBSTANCE: pulverized-coal burner comprises ignition chamber, flow turbulizer, heat stabilizing chamber with inner ring electrodes, mixing chamber, special swirler, and inlet opening made of the Laval nozzle. The inner diameter of the flow stabilizer is less than that of the ports in adjacent chambers. The exit of the inner passage in the mixing chamber is provided with a diffuser.

EFFECT: enhanced reliability.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройству для поджига и сжигания мелкодисперсного угля в топках котельных установок, и может быть применено в других устройствах для сжигания мелкодисперсного угля, в частности в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива.The invention relates to the field of power engineering, and in particular to a device for igniting and burning fine coal in the furnaces of boiler plants, and can be used in other devices for burning fine coal, in particular in plants for the deep processing of coal into other fuels.

Известны растопочная пылеугольная горелка и способ ее работы (патент РФ №2174649, 2001 г., F 23 Q 1/00), содержащая корпус с излучающей обмуровкой, в которой первичная пылевоздушная смесь вводится через осевой щелевой патрубок, а вторичный и третичный воздух - через боковые тангенциальные вводы, расположенные на коаксиальных каналах горелки. При этом для улучшения системы поджига используются две вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки с симметричным расположением их относительно осевого щелевого патрубка по обе его стороны. Такое решение не позволяет отказаться от дополнительного высококалорийного топлива и к тому же не обеспечивает соответствующую надежность ее работы при больших расходах пылевоздушной смеси.Known kindling pulverized coal burner and method of its operation (RF patent No. 2174649, 2001, F 23 Q 1/00), containing a housing with a radiating lining, in which the primary dust-air mixture is introduced through the axial slotted nozzle, and the secondary and tertiary air through lateral tangential entries located on the coaxial channels of the burner. In this case, to improve the ignition system, two auxiliary liquid or gas burners are used with their symmetrical arrangement relative to the axial slotted nozzle on both sides thereof. This solution does not allow to refuse additional high-calorie fuel and also does not provide the corresponding reliability of its operation at high consumption of dust-air mixture.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому решению является способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива и плазменная пылеугольная горелка (патент РФ №2210032, 2003 г., F 23 Q 5/00, F 23 D 1/00), в котором с целью интенсификации процесса поджига и стабилизации пламени в горелке предусмотрен тангенциальный ввод первичной пылевоздушной смеси со специальным шибером и коаксиальные каналы ввода вторичного и третичного воздуха и топлива. При этом для поджига используется специальный плазмотрон со смещенным от центра или радиальным вводом плазменного потока в камеру термической подготовки топлива, расположенную перед камерой смешения.The closest set of features to the claimed solution is a method of plasma ignition of pulverized coal fuel and a plasma pulverized coal burner (RF patent No. 2210032, 2003, F 23 Q 5/00, F 23 D 1/00), in which to intensify the ignition process and stabilization of the flame in the burner, a tangential input of the primary dust-air mixture with a special gate and coaxial input channels of the secondary and tertiary air and fuel is provided. In this case, a special plasma torch is used for ignition with the plasma stream shifted from the center or radially entering the plasma flow into the fuel thermal preparation chamber located in front of the mixing chamber.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого нами за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствуют технические приемы и конструктивные элементы, обеспечивающие достижение нижеуказанного технического результата с минимальными затратами и повышенной степенью надежности воспламенения пылевоздушной смеси, а также обеспечения устойчивой работы горелки при всех режимах ее работы. Введение в конструкцию дополнительных элементов и устройств, например, шибера и специального канала для увеличения концентрации частиц угля в потоке не только усложняет конструкцию горелки в целом, но и не позволяет эффективно ее использовать во всех режимах ее работы, включая режим сжигания мелкодисперсного топлива с большим содержанием влаги и негорючих веществ. К тому же, использование более высоких температур (1100÷1200°С) приводит к увеличению концентрации оксида азота и преждевременному жидкому шлакообразованию непосредственно в каналах горелки, не обеспечивая при этом устойчивый режим горения топлива без срыва и пульсаций.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted by us for the prototype include the fact that the known device lacks technical methods and structural elements that ensure the achievement of the technical result indicated below with minimal costs and an increased degree of reliability of ignition of the dusty air mixture, and also ensuring the stable operation of the burner in all modes of operation. Introduction to the design of additional elements and devices, for example, a gate and a special channel to increase the concentration of coal particles in the stream, not only complicates the design of the burner as a whole, but also does not allow it to be used effectively in all modes of operation, including the mode of burning fine fuel with a high content moisture and non-combustible substances. In addition, the use of higher temperatures (1100 ÷ 1200 ° C) leads to an increase in the concentration of nitric oxide and premature liquid slag formation directly in the burner channels, without ensuring a stable mode of fuel combustion without stalling and pulsations.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем реализации новой конструкции пылеугольной горелки с использованием вместо плазмы газа или мазута-пыли микропомола.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages by implementing a new design of a coal-dust burner using instead of a plasma gas or fuel oil-dust micro-grinding.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении заявленного изобретения, заключающегося в получении новой конструкции пылеугольной горелки с улучшенными техническими и конструктивными параметрами, включая обеспечение эффективного поджига и сжигание пылеугольного топлива микропомола во всех режимах ее эксплуатации, в том числе с различным составом сжигаемого угля.This problem is solved by achieving a technical result in the implementation of the claimed invention, which consists in obtaining a new design of a pulverized coal burner with improved technical and structural parameters, including ensuring effective ignition and burning of pulverized coal micropomol in all modes of operation, including with different composition of the burned coal .

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-устройству достигается при использовании известной пылеугольной горелки из огнеупорного материала, которая включает камеру поджига с тангенциальным вводом пылевоздушной смеси и с устройством поджига, смесительную камеру с коаксиальными каналами и с тангенциальным вводом вторичного воздуха и топлива, завихритель потока и амбразуру со смотровым глазком. Особенность предлагаемой конструкции пылеугольной горелки заключается в том, что смесительная камера в ней соединена с амбразурой через завихритель, а с камерой поджига она соединена при помощи турбулизатора потока, при этом внутренняя поверхность канала амбразуры выполнена в виде сопла Лаваля, а завихритель выполнен в виде сопловой решетки с осевым диффузором, в то время как турбулизатор потока выполнен в виде цилиндрической шайбы с диаметром отверстия меньшим, чем диаметры каналов камеры поджига и смесительной камеры.The specified technical result in the implementation of the invention on the object device is achieved by using the well-known pulverized coal burner made of refractory material, which includes an ignition chamber with a tangential inlet of a dusty air mixture and an ignition device, a mixing chamber with coaxial channels and with a tangential inlet of secondary air and fuel, a flow swirl and embrasure with a peephole. A feature of the proposed design of the pulverized coal burner is that the mixing chamber in it is connected to the embrasure through a swirl, and it is connected to the ignition chamber using a flow turbulator, while the inner surface of the embrasure channel is made in the form of a Laval nozzle, and the swirl is made in the form of a nozzle grate with an axial diffuser, while the flow turbulator is made in the form of a cylindrical washer with a hole diameter smaller than the diameters of the channels of the ignition chamber and the mixing chamber.

Указанный технический результат достигается также тем, что между турбулизатором потока и смесительной камерой установлены камера термостабилизации с электродами и второй турбулизатор потока, идентичный первому.The specified technical result is also achieved by the fact that between the flow turbulator and the mixing chamber a thermal stabilization chamber with electrodes and a second flow turbulator identical to the first are installed.

Указанный технический результат достигается также тем, что электроды камеры термостабилизации установлены на ее торцах и электрически соединены с внешним источником тока.The specified technical result is also achieved by the fact that the electrodes of the thermal stabilization chamber are installed at its ends and are electrically connected to an external current source.

При исследовании отличительных признаков описываемой пылеугольной горелки не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся установки турбулизатора и выполнения ее центрального канала и амбразуры, а также ее соединения с топочной камерой. Не выявлены также аналоги, касающиеся исполнения ее составных элементов и их взаимного расположения друг относительно друга, как не выявлено и аналогичного решения, касающегося установки камеры термостабилизации с электродами и второго турбулизатора потока, идентичного первому.In the study of the distinguishing features of the described pulverized coal burner, no similar solutions were found regarding the installation of a turbulator and the implementation of its central channel and embrasure, as well as its connection with the combustion chamber. No analogues have also been identified regarding the performance of its constituent elements and their relative position relative to each other, and no similar solution has been identified regarding the installation of a thermal stabilization chamber with electrodes and a second flow turbulator identical to the first.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня аналога, наиболее близкого по совокупности признаков (прототипа), позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для заявляемого объекта-устройства, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна" по действующему законодательству.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The determination of the analogue closest in terms of the totality of features (prototype) from the list made it possible to identify the set of distinctive features that are seen by the applicant as the technical result of the claimed device object set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty" under applicable law.

Для проверки заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный сопоставительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого изобретения. Результаты анализа показали, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники и могло быть получено только при глубоком и всестороннем изучении данного вопроса. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.To verify the claimed invention, the condition "inventive step", the applicant conducted an additional comparative analysis of known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed invention. The results of the analysis showed that the claimed invention does not follow explicitly for a specialist from the prior art and could be obtained only with a deep and comprehensive study of this issue. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, состоят в следующем.Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result, are as follows.

На фиг.1 изображена пылеугольная горелка в продольном разрезе.Figure 1 shows a coal dust burner in longitudinal section.

На фиг.2 изображена пылеугольная горелка в продольном разрезе с дополнительным турбулизатором потока и термостабилизационной камерой.Figure 2 shows a pulverized-coal burner in longitudinal section with an additional flow turbulator and a heat stabilization chamber.

Заявляемая пылеугольная горелка включает наружный корпус 1, внутри которого установлены: камера поджига 2 с тангенциальным вводом 3 (фиг.1) пылевоздушной смеси и с устройством поджига 4, турбулизатор потока 5, смесительная камера 6 с коаксиальными каналами 7, 8 и тангенциальным вводом 9 вторичного воздуха и топлива, завихритель потока 10 с сопловой решеткой 11 и с диффузором 12, амбразуру 13 со смотровым глазком (условно не показан). При этом при больших расходах топлива в пылеугольной горелке могут быть дополнительно установлены второй турбулизатор потока 14 (фиг.2) и термостабилизационная камера 15 (фиг.2) с радиальным каналом 16 (фиг.2) для ввода плазменного потока и с электродами 17, 18 для дополнительного подогрева, которые соединены с внешним источником тока (на чертеже условно не показано).The inventive pulverized coal burner includes an outer casing 1, inside which are installed: an ignition chamber 2 with a tangential inlet 3 (Fig. 1) of a dust-air mixture and with an ignition device 4, a flow turbulator 5, a mixing chamber 6 with coaxial channels 7, 8 and a tangential inlet 9 of the secondary air and fuel, a swirl flow 10 with a nozzle grill 11 and with a diffuser 12, an embrasure 13 with a viewing eye (not shown conventionally). At the same time, at high fuel consumption, a second flow turbulator 14 (FIG. 2) and a heat stabilization chamber 15 (FIG. 2) with a radial channel 16 (FIG. 2) for introducing a plasma flow and with electrodes 17, 18 can be additionally installed in the pulverized-coal burner. for additional heating, which are connected to an external current source (not conventionally shown in the drawing).

Растопка с предварительной газификацией угля осуществляется следующим образом. Через тангенциальный ввод 3 (фиг.1) внутрь камеры поджига 2 пылеугольной горелки вводится первичный поток пылеугольной смеси с избытком воздуха α<1 и включается устройство поджига 4. Под воздействием центробежного поля пылеугольные частицы интенсивно перемешиваются с воздушным потоком и воспламеняются. Воспламенившиеся частицы угля частично сгорают и газифицируются, в результате чего температура в камере поджига резко возрастает. Образовавшийся горячий пылегазовый поток попадает в смесительную камеру 6 и далее через коаксиальный канал 7 в диффузор 12 и амбразуру 13, при этом при встрече с турбулизатором потока 5 под действием образовавшихся дополнительных обратных вихрей создается устойчивая зона высоких температур как в камере поджига 2, так и в смесительной камере 6. При этом вторичный поток воздуха и топлива через ввод 9 поступает в канал 8 смесительной камеры 6 и с помощью сопловой решетки 11 завихрителя 10 закручивается и смешивается с первичным потоком, выходящим из диффузора 12, в результате чего вторичный поток также воспламеняется. Образовавшийся высокотемпературный факел вместе с частицами топлива устремляется через амбразуру 13 в топку, где происходит окончательное сгорание частиц угля и основное выделение тепла. При использовании в качестве топлива низкореакционных (тощих) углей целесообразно в пылеугольной горелке установить термостабилизационную камеру 15 и второй турбулизатор потока 14 (фиг.2). При этом в термостабилизационную камеру 15 целесообразно через ввод 16 вводить низкотемпературный плазменный поток от плазмоторона (на чертеже условно не показан) или электрический ток с помощью электродов 17, 18. Это позволяет существенно повысить температуру первичного пылеугольного потока и гарантирует более длительное пребывание частиц пылеугольной смеси при повышенной температуре, что в конечном счете гарантирует надежное воспламенение и устойчивое горение всех видов углей, в том числе низкореакционных.The kindling with preliminary gasification of coal is as follows. Through the tangential inlet 3 (Fig. 1), the primary flow of the coal-dust mixture with excess air α <1 is introduced into the ignition chamber 2 of the coal-dust burner and the ignition device 4 is turned on. Under the influence of a centrifugal field, the coal-dust particles are intensively mixed with the air flow and ignited. Flammable coal particles are partially burned and gasified, as a result of which the temperature in the ignition chamber rises sharply. The resulting hot dust and gas stream enters the mixing chamber 6 and then through the coaxial channel 7 into the diffuser 12 and the embrasure 13, while when meeting with the turbulent of stream 5, under the action of the formed additional back vortices, a stable high-temperature zone is created both in ignition chamber 2 and in mixing chamber 6. In this case, the secondary flow of air and fuel through the inlet 9 enters the channel 8 of the mixing chamber 6 and, using the nozzle grill 11 of the swirler 10, is twisted and mixed with the primary stream leaving diffuser 12, whereby the secondary flow is also ignited. The high-temperature torch formed, together with the fuel particles, rushes through the embrasure 13 into the furnace, where the final combustion of coal particles and the main heat generation take place. When using low-reaction (lean) coals as fuel, it is advisable to install a thermal stabilization chamber 15 and a second flow turbulizer 14 in the pulverized-coal burner (Fig. 2). In this case, it is advisable to introduce a low-temperature plasma stream from the plasma torch (not shown conventionally in the drawing) or an electric current through the electrodes 17, 18 into the thermostabilization chamber 15 through an input 16. This allows a significant increase in the temperature of the primary pulverized coal stream and ensures a longer residence time of the pulverized coal particles when elevated temperature, which ultimately guarantees reliable ignition and stable combustion of all types of coals, including low-reaction ones.

Технический эффект от использования изобретения состоит в следующем.The technical effect of using the invention is as follows.

Предложенная пылеугольная горелка из огнеупорного материала обладает малой металлоемкостью, проста в изготовлении и надежна в эксплуатации. В ней предусмотрена система частичной газификации угля, мгновенного розжига и устойчивого горения на всем пути следования пылеугольной смеси. Ее система вихреобразования позволяет обеспечить надежное воспламенение и устойчивое горение частиц угля. В ее конструкции предусмотрена специальная термостабилизационная камера с дуговым нагревателем, что повышает эффективность ее работы при сжигании низкореакционных углей. Интенсификация теплоотдачи от воспламеняющихся слоев к соседним достигается за счет установки специальных турбулизаторов потока, а интенсификация самого процесса сжигания обеспечивается за счет устойчивого поддержания высокой температуры горения и эффективного ввода сжигаемой смеси внутрь топки.The proposed pulverized coal burner made of refractory material has a low metal consumption, is easy to manufacture and reliable in operation. It provides for a system of partial gasification of coal, instant ignition and sustainable combustion throughout the passage of the pulverized coal mixture. Its vortex formation system provides reliable ignition and stable combustion of coal particles. In its design, a special thermostabilization chamber with an arc heater is provided, which increases the efficiency of its operation when burning low-reaction coal. The intensification of heat transfer from flammable layers to neighboring layers is achieved through the installation of special flow turbulators, and the intensification of the combustion process is ensured by the stable maintenance of a high combustion temperature and the effective introduction of the mixture to be burned inside the furnace.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:Thus, the above information shows that when using the claimed invention, the following combination of conditions:

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для поджига и сжигания мелкодисперсного угля, в том числе низкореакционного, в любых топках;- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in industry, namely for ignition and burning of finely dispersed coal, including low-reaction coal, in any furnaces;

- для заявляемого устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью описанных выше в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;- for the inventive device in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of implementation using the methods and methods described above or known prior to the priority date is confirmed;

- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что в результате его осуществления повышается эффективность поджига пылеугольной смеси и ее устойчивое горение, включая эффективный ввод факела в топочное пространство, а простота изготовления ее конструкции существенно понижает все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую степень надежности.- a tool embodying the invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result. The advantage of the claimed invention is that as a result of its implementation, the efficiency of ignition of the pulverized coal mixture and its stable combustion, including the effective introduction of the torch into the furnace space, is increased, and the simplicity of its construction significantly reduces all types of costs, including operating costs, while ensuring a high degree of reliability .

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. A pulverized-coal burner made of refractory material, including an ignition chamber with a tangential inlet of a dusty air mixture and an ignition device, a mixing chamber with coaxial channels and a tangential inlet of secondary air and fuel, a flow swirl and an embrasure with an inspection eye, characterized in that the mixing chamber is connected to the embrasure using a swirl, and with the ignition chamber, using a flow turbulator, while the inner surface of the embrasure channel is made in the form of a Laval nozzle, and the swirl It is shown in the form of a nozzle grill with an axial diffuser, while the flow turbulator is made in the form of a cylindrical washer with a hole diameter smaller than the diameters of the channels of the ignition chamber and the mixing chamber.

2. A pulverized coal burner made of refractory material according to claim 1, characterized in that between the flow turbulator and the mixing chamber there is a thermal stabilization chamber with electrodes and a second flow turbulator identical to the first.

3. A coal-dust burner made of refractory material according to claim 2, characterized in that the electrodes of the thermal stabilization chamber are installed at its ends and are electrically connected to an external current source.