RU2635178C1 - Two-stepted vortex burner - Google Patents

Two-stepted vortex burner Download PDF

Info

Publication number
RU2635178C1
RU2635178C1 RU2016148741A RU2016148741A RU2635178C1 RU 2635178 C1 RU2635178 C1 RU 2635178C1 RU 2016148741 A RU2016148741 A RU 2016148741A RU 2016148741 A RU2016148741 A RU 2016148741A RU 2635178 C1 RU2635178 C1 RU 2635178C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
stage
coal
burner
vortex
Prior art date
Application number
RU2016148741A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Алексеенко
Анатолий Петрович Бурдуков
Евгений Борисович Бутаков
Юрий Степанович Попов
Сергей Иванович Шторк
Роман Равильевич Юсупов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН)
Priority to RU2016148741A priority Critical patent/RU2635178C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2635178C1 publication Critical patent/RU2635178C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: burner contains a chamber with tangential nozzles of the oxidant supply and central supply of propane through a gas firing device, a chamber with tangential ducts for supplying a coal dust-air mixture, a nozzle at the outlet of which a swirling flow is realized. The vortex burner includes three axially symmetric chambers in series and coaxially arranged: a first stage chamber, a second stage chamber and a combustion chamber, wherein the chambers of the first and second stages are connected by means of a profile nozzle installed coaxially with the chambers, the diameter of which is determined depending on the power ratio of the first and second stages of vortex burner, taking into account the twist parameter, the tangential nozzles for supplying dust-air coal to the second stage chamber, installed oppositely and mirror-like relative to each other, are arranged mirror-like to the tangential nozzles of the oxidant supply to the first stage chamber.
EFFECT: more efficient and safer burning of coal fuel.
13 Dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может найти применение в любой отрасли промышленности, связанной со сжиганием угольного топлива в вихревых топках, в частности в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива, например синтез-газ. Вихревые горелки заняли достаточно весомое и прочное место в энергетическом оборудовании на тепловых электростанциях.The invention relates to the field of power engineering and can find application in any industry related to the combustion of coal fuel in vortex furnaces, in particular, in plants for the deep processing of coal into other types of fuel, for example synthesis gas. Vortex burners have occupied a significant and solid place in the power equipment of thermal power plants.

Однако ввиду сложности комплекса аэродинамических, химических и тепловых процессов, происходящих при сжигании в вихревых горелках угольного топлива, путь их внедрения весьма трудоемок как в процессе проектирования, так и в процессе их производственной эксплуатации.However, due to the complexity of the complex of aerodynamic, chemical and thermal processes that occur during the combustion of coal fuel in vortex burners, the path to their implementation is very time-consuming both in the design process and in the process of their production operation.

Известна вихревая горелка для сжигания пылеугольных и пылегазовых смесей, а также газа [патент РФ №131849, F23C 1/10, F23D 1/02, F23D 17/00, 17.12.2012], в которой максимально оптимизировано смешение топливного агента с воздухом, что приводит к более полному сгоранию топлива, а следовательно, повысит экономический и экологический эффект от применения предлагаемой вихревой горелки. Решается поставленная задача за счет того, что указанная вихревая горелка, содержащая корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайками, образующими кольцевые каналы подачи топлива, растопочного воздуха, завихрители лопаточные, причем на выходе не менее чем из одного кольцевого канала, расположенного между двумя другими каналами, установлен рассекатель, состоящий из попеременно направленных конусных секторов диффузорного и конфузорного типа, причем конусные сектора диффузорного типа устанавливаются на внутреннюю стенку канала, а конусные сектора конфузорного типа устанавливаются на внешнюю стенку канала и, кроме того, между конусными секторами выполнены разделяющие перегородки, плоскости которых направлены через ось горелки.Known vortex burner for burning pulverized coal and dust-gas mixtures, as well as gas [RF patent No. 131849, F23C 1/10, F23D 1/02, F23D 17/00, 12/17/2012], in which the mixing of the fuel agent with air is optimized as much as possible, which leads to a more complete combustion of the fuel, and therefore, will increase the economic and environmental effect of the application of the proposed vortex burner. The problem is solved due to the fact that the specified vortex burner containing a housing with a coaxially mounted central pipe and shells forming ring channels for supplying fuel, kindling air, blade swirls, and at the outlet of at least one ring channel located between two other channels , a divider is installed, consisting of alternately directed conical sectors of the diffuser and confuser type, and the conical sectors of the diffuser type are installed on the inner wall channel and cone sector confuser type are mounted on an outer wall of the channel and, in addition, the sectors formed between the conical partition walls, the planes of which are directed through the burner axis.

В указанном устройстве посредством запального устройства и мазутной форсунки производят розжиг растопочного топлива в топке, такая растопка достаточно долгий процесс и занимает до 4 часов, что экономически и технически неэффективно. Также при совместной подаче мазутного и угольного топлива в топку, происходит интенсификация процессов зашлаковывания. К тому же во всех каналах, за исключением канала с установленным рассекателем, ставятся завихрители, весьма существенно влияющие на процессы возникновения нежелательных пульсаций давлений вызванных прецессирующим вихревым ядром.In the said device, by means of a firing device and a fuel oil nozzle, the kindling fuel is ignited in the furnace, such kindling is a rather long process and takes up to 4 hours, which is economically and technically inefficient. Also, when fuel oil and coal fuel are fed into the furnace together, slagging processes are intensified. In addition, in all channels, with the exception of the channel with the divider installed, swirlers are placed that very significantly affect the processes of occurrence of undesirable pressure pulsations caused by the precessing vortex core.

Известен способ сжигания угольной пыли в вихревой топке [патент РФ №2418237, F23C 5/24, 10.05.2011], включающий помол, механоактивацию и сжигание, в котором уголь микропомола используют для подсветки вихревых потоков угля обычного помола, вращающихся в противоположных направлениях относительно друг друга. При этом зону, в которую направляют факел сгорания угля микропомола, формируют за счет тангенциального подвода вдуваемого воздуха и изменения направления тангенциальный составляющей скорости вихревого потока на противоположное.A known method of burning coal dust in a swirl furnace [RF patent No. 2418237, F23C 5/24, 05/10/2011], including grinding, mechanical activation and combustion, in which coal microfine is used to illuminate the vortex flows of conventional grinding coal, rotating in opposite directions relative to each other friend. At the same time, the zone into which the micro-grinding coal combustion torch is directed is formed due to the tangential supply of the injected air and the change in direction of the tangential component of the vortex flow velocity to the opposite.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, при использовании известного способа, относится то, что такая подсветка экономически выгодна и эффективна для поддержания уже горящего факела угля обычного помола, но практически непригодна для поджига и разогрева основного потока угля обычного помола при запуске вихревой горелки в работу.The reasons that impede the achievement of the indicated technical result when using the known method include the fact that such illumination is economically viable and effective for maintaining an already burning torch of coal of ordinary grinding, but practically unsuitable for igniting and heating the main stream of coal of ordinary grinding when starting a vortex burner in work.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является пылеугольная горелка [патент РФ №2294486, F23D 1/00, 26.07.2005], включающая камеру поджига с тангенциальным вводом пылевоздушной смеси и устройством поджига, смесительную камеру с коаксиальными каналами и тангенциальным вводом вторичного воздуха и угольного топлива и завихритель с турбулизатором потока, выполненным в виде цилиндрической шайбы с диаметром отверстия, меньшим диаметров каналов камеры поджига и смесительной камеры.The closest in combination of features to the claimed device is a coal dust burner [RF patent No. 2294486, F23D 1/00, July 26, 2005], including an ignition chamber with a tangential inlet of the dust-air mixture and an ignition device, a mixing chamber with coaxial channels and tangential inlet of secondary air and coal fuel and a swirl with a flow turbulator 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.

В указанном устройстве используют многокамерную схему сжигания угольного топлива. При всех прочих равных условиях такая схема сжигания угольного топлива менее эффективна из-за повышенного сопротивления горячему потоку, а следовательно, и из-за большего зашлаковывания. К тому же при больших расходах топлива совместный ввод вторичного воздуха и топлива через единый канал весьма существенно влияет на процесс сжигания и предварительной подготовки угольного топлива, а следовательно, увеличивает суммарные энергозатраты в процессе эксплуатации. Эффективность вышеуказанной горелки в большей степени подтвердилась только при розжиге топки или ее подсветке, но все попытки использовать ее в качестве основной горелки пока не принесли желаемого результата.The specified device uses a multi-chamber scheme for burning coal fuel. With all other things being equal, such a scheme for burning coal fuel is less effective due to the increased resistance to hot flow, and therefore because of greater slagging. Moreover, at high fuel consumption, the combined introduction of secondary air and fuel through a single channel very significantly affects the combustion process and preliminary preparation of coal fuel, and therefore increases the total energy consumption during operation. The effectiveness of the aforementioned burner to a greater extent was confirmed only when the furnace was ignited or illuminated, but all attempts to use it as the main burner have not yet brought the desired result.

Задачей настоящего изобретения является создание двухступенчатой горелки с оптимизированной конструкцией, позволяющей обеспечить более эффективное и безопасное сжигание угольного топлива.The present invention is the creation of a two-stage burner with an optimized design, which allows for more efficient and safe burning of coal fuel.

Технический результат - двухступенчатая вихревая горелка с улучшенными технико-экономическими показателям. Использование такой вихревой горелки позволит достичь более эффективного и безопасного сжигания угольного топлива и, как следствие, снижения общих затрат при внедрении данного типа вихревых горелок на тепловых электростанциях.The technical result is a two-stage vortex burner with improved technical and economic indicators. The use of such a vortex burner will make it possible to achieve a more efficient and safe burning of coal fuel and, as a result, reduce the overall costs when introducing this type of vortex burners in thermal power plants.

Двухступенчатая вихревая горелка, согласно изобретению, содержит последовательно и соосно установленные три осесимметричные камеры: камеру первой ступени, представляющую собой камеру с тангенциальными патрубками подачи окислителя, расположенными противоположно и зеркально относительно друг друга, и центральной подачей пропана через газовое запальное устройство, камеру второй ступени, представляющую собой камеру с тангенциальными патрубками подачи пылеугольного топлива, расположенными противоположно и зеркально относительно друг друга, и камеру сгорания, при этом камеры первой и второй ступеней соединены при помощи установленного соосно с камерами профилированного сопла, диаметр которого определяют в зависимости от соотношения мощностей первой и второй ступеней вихревой горелки с учетом параметр крутки, тангенциальные патрубки подачи пылеугольного топлива в камеру 2-й ступени расположены зеркально патрубкам подачи окислителя в камеру 1-й ступени.A two-stage vortex burner, according to the invention, contains three axisymmetric chambers sequentially and coaxially: a first-stage chamber, which is a chamber with tangential oxidant supply pipes located opposite and mirror to each other, and a central propane supply through a gas ignition device, a second-stage chamber, representing a chamber with tangential pulverized coal supply pipes located opposite and mirror relative to the other friend, and the combustion chamber, while the chambers of the first and second stages are connected using a profiled nozzle installed coaxially with the chambers, the diameter of which is determined depending on the power ratio of the first and second stages of the vortex burner taking into account the twist parameter, the tangential nozzles for the supply of pulverized coal into chamber 2 -th steps are located in a mirror to the supply pipes of the oxidizing agent in the chamber of the 1st stage.

В заявленном устройстве поджигание газа осуществляют с помощью запального устройства, работающего, как защитное, на случай потухания факела в первой ступени. В условиях горения в первой ступени за счет заполнения центральной рециркуляционной зоны горячими продуктами горения, выполняющими функцию поджога свежей топливно-воздушной смеси, существенно подавляется сильная неустойчивость течения в форме прецессирующего вихревого ядра. Определяющими параметрами такого течения являются конструктивный параметр крутки, S, и число Рейнольдса, Re=DeU0/ν, где De - диаметр выходного сопла камеры, U0 - среднерасходная скорость на срезе сопла, ν - кинематическая вязкость.In the claimed device, the ignition of the gas is carried out using the ignition device, which works as a protective device in case of the extinction of the torch in the first stage. Under combustion conditions in the first stage, due to the filling of the central recirculation zone with hot combustion products, which act as the arson of the fresh fuel-air mixture, the strong flow instability in the form of a precessing vortex core is substantially suppressed. The determining parameters of such a flow are the twist design parameter, S, and the Reynolds number, Re = D e U 0 / ν, where D e is the diameter of the outlet nozzle of the chamber, U 0 is the average flow rate at the nozzle exit, and ν is the kinematic viscosity.

В первой ступени реализуется устойчивое горение, в том числе в случае обедненных режимов, которые представляют интерес с точки зрения достижения низких выбросов оксидов азота. Первая ступень вихревой горелки служит для воспламенения угольного топлива, которое подают во вторую ступень.In the first stage, sustainable combustion is realized, including in the case of depleted regimes, which are of interest from the point of view of achieving low emissions of nitrogen oxides. The first stage of the vortex burner is used to ignite the coal fuel, which is fed into the second stage.

Закрутка потока во второй ступени противоположна закрутке потока в первой ступени. Противокрутка способствует более быстрому смешению горелочной струи первой ступени с потоком пылеугольной смеси, которую подают во вторую ступень, и более эффективному поджигу пылеугольной смеси. Преимуществами данной горелки является более равномерное заполнение объема рабочей камеры в сочетании с выраженной умеренной закруткой потока и устойчивость течения, что позволяет обеспечить более эффективное и безопасное сжигание угольного топлива.The swirling flow in the second stage is opposite to the swirling flow in the first stage. The anti-spin helps to more quickly mix the burner jet of the first stage with the flow of the pulverized coal mixture, which is fed to the second stage, and more efficient ignition of the pulverized coal mixture. The advantages of this burner are a more uniform filling of the volume of the working chamber in combination with a pronounced moderate swirl of the flow and flow stability, which allows for more efficient and safe burning of coal fuel.

Сущность технического решения поясняется рисунками.The essence of the technical solution is illustrated by drawings.

Продольное сечение устройства - фиг. 1;The longitudinal section of the device - Fig. one;

Поперечное сечение устройства - фиг. 2;Cross section of the device - FIG. 2;

где 1 - газовое запальное устройство; 2 - основная камера первой ступени вихревой горелки; 3, 8 - патрубки подачи окислителя; 4, 7 - патрубки подачи пылеугольного топлива; 5 - основная камера второй ступени вихревой горелки; 6 - смотровые окна; 9 - профилированное сопло; 10 - цилиндрический корпус; 11 - камера сгорания.where 1 is the gas firing device; 2 - the main chamber of the first stage of the vortex burner; 3, 8 - pipe feed oxidizer; 4, 7 - pipe supply of pulverized coal fuel; 5 - the main chamber of the second stage of the vortex burner; 6 - viewing windows; 9 - profiled nozzle; 10 - cylindrical body; 11 - combustion chamber.

Заявляемое устройство состоит из двух ступеней:The inventive device consists of two steps:

Первой ступенью является вихревая газовая горелка, представляющая собой осесимметричную камеру 2 с двумя входными тангенциальными патрубками 3 и 8 подвода окислителя и центральной подачей пропана через газовое запальное устройство 1 с соплом 5, на выходе из которого реализуется закрученное течение.The first step is a vortex gas burner, which is an axisymmetric chamber 2 with two tangential inlet ports 3 and 8 of the oxidizer supply and a central propane supply through the gas ignition device 1 with nozzle 5, at the outlet of which a swirling flow is realized.

Второй ступенью является вихревая пылеугольная горелка, представляющая собой осесимметричную камеру 5 с двумя входными тангенциальными патрубками 4 и 7 подвода угольной пылевоздушной смеси, с камерой сгорания 11, смотровыми окнами 6 и цилиндрическим корпусом 10. Закрутка потока во второй ступени противоположна закрутке потока в первой ступени.The second stage is a vortex dust-coal burner, which is an axisymmetric chamber 5 with two tangential inlet nozzles 4 and 7 for supplying a coal-dust mixture, with a combustion chamber 11, viewing windows 6 and a cylindrical body 10. The flow swirl in the second stage is opposite to the swirl of the flow in the first stage.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сначала производят подачу окислителя через тангенциальные патрубки 3 и 8 в камеру 2 первой ступени вихревой горелки. После подают пропан в центральную часть первой ступени через газовое запальное устройство 1, которое производит поджигание пропана. Факел выходит из профилированного сопла 9 во вторую ступень вихревого горелочного устройства. Первая ступень вихревой горелки начинает работать.First, the oxidant is supplied through the tangential nozzles 3 and 8 into the chamber 2 of the first stage of the vortex burner. After propane is fed to the central part of the first stage through a gas firing device 1, which produces ignition of propane. The torch leaves the profiled nozzle 9 in the second stage of the vortex burner device. The first stage of the vortex burner starts to work.

В камере первой ступени реализуется закрученный реагирующий поток, выходящий через сопло во вторую ступень. Для создания стабильного реагирующего потока во второй ступени диаметр сопла вычисляют как функцию мощностей первой и второй ступеней и параметра крутки,In the chamber of the first stage, a swirling reactive stream is released, exiting through the nozzle into the second stage. To create a stable responsive flow in the second stage, the nozzle diameter is calculated as a function of the power of the first and second stages and the twist parameter,

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где w1, w2 - мощности первой и второй ступеней, S - параметр крутки.where w1, w2 are the powers of the first and second steps, S is the twist parameter.

Производят подачу пылеугольной смеси в камеру второй ступени вихревого горелочного устройства 5 через тангенциальные патрубки 4 и 7, закручивающие поток противоположно закрутке потока первой ступени. Производится поджигание пылеугольной смеси факелом, выходящим из профилирующего сопла 9. Вихревое горелочное устройство начинает работать.The pulverized coal mixture is fed into the chamber of the second stage of the vortex burner device 5 through the tangential nozzles 4 and 7, twisting the flow opposite to the swirling flow of the first stage. The pulverized coal mixture is ignited by a torch exiting the profiling nozzle 9. The vortex burner device starts to work.

Для обоснования достижимости технического результата были выполнены экспериментальные исследования.To substantiate the attainability of the technical result, experimental studies were performed.

На фиг. 3 показан вид обедненного пламени реагирующего потока с коэффициентом избытка воздуха φ=0.5.In FIG. Figure 3 shows the depleted flame of a reacting stream with an excess air coefficient of φ = 0.5.

По фотографии, фиг. 3, видно, что нижняя часть факела, выходящая из сопла, имеет четкую границу конической формы. Как было установлено из анализа средних распределений аксиальной компоненты скорости при изотермических условиях, область рециркуляции проникает глубоко внутрь сопла, что и обеспечивает надежную стабилизацию факела.According to the photograph, FIG. 3, it can be seen that the lower part of the torch emerging from the nozzle has a clear conical boundary. It was found from an analysis of the average distributions of the axial velocity component under isothermal conditions that the recirculation region penetrates deep into the nozzle, which ensures reliable stabilization of the flame.

Верхняя часть факела представляет собой M-образный фронт с размытыми границами из-за турбулентного смешения с окружающем воздухом.The upper part of the torch is an M-shaped front with blurred boundaries due to turbulent mixing with the surrounding air.

Таким образом, в первой ступени вихревой горелки реализуется устойчивое горение, в том числе в случае обедненных режимов, которые представляют интерес с точки зрения достижения низких выбросов оксидов азота.Thus, in the first stage of the vortex burner, stable combustion is realized, including in the case of depletion regimes, which are of interest from the point of view of achieving low emissions of nitrogen oxides.

Для получения информации о пульсациях давления были использованы сигналы от двух акустических датчиков, размещенных в диаметрально противоположных направлениях на срезе сопла горелочного устройства.To obtain information on pressure pulsations, signals were used from two acoustic sensors placed in diametrically opposite directions at the nozzle exit of the burner device.

Результаты исследований.Research results.

На фиг. 4 и 5 показаны профили, соответственно, средней и пульсационной составляющих скорости для изотермического и реагирующего потока: 1, 2 - аксиальная, 3, 4 - тангенциальная; светлые символы - изотермический поток, темные - реагирующий поток; x/De - отношение точки замера на выходе из сопла к полному выходному диаметру сопла тангенциальной вихревой камеры; U - средняя аксиальная скорость [м/с]; W/U0 - средняя тангенциальная скорость [м/с].In FIG. Figures 4 and 5 show the profiles, respectively, of the average and pulsating velocity components for the isothermal and reacting flow: 1, 2 - axial, 3, 4 - tangential; light symbols - isothermal flow, dark symbols - reactive flow; x / D e is the ratio of the measuring point at the exit of the nozzle to the total output diameter of the nozzle of the tangential vortex chamber; U is the average axial velocity [m / s]; W / U 0 - average tangential velocity [m / s].

На фиг. 6 и 7 приведены энергетические спектры пульсаций, соответственно, давления и кросскорреляционные функции акустических сигналов датчиков, где 1 - изотермические условия, 2 - реагирующий поток, 3 - максимумы, соответствующие прецессионному вихревому ядру (ПВЯ); вертикальные оси даны в относительных единицах.In FIG. Figures 6 and 7 show the energy spectra of pulsations, respectively, of the pressure and cross-correlation functions of the acoustic signals of the sensors, where 1 is the isothermal condition, 2 is the reactive flow, 3 are the maxima corresponding to the precession vortex core (VWP); vertical axes are given in relative units.

Из спектров разностного сигнала пульсаций давления (фиг. 6) видно, что в изотермических условиях и реагирующем потоке присутствуют выделенные частоты (138 и 177 Гц соответственно), которые связаны с ПВЯ. Этот вывод подтверждают также кросскорреляционные функции акустических сигналов датчиков, размещенных в диаметрально противоположных направлениях (фиг. 7). Видно, что первый максимум корреляционной функции в изотермическом случае приходится на

Figure 00000002
периода пульсаций Т1, который может быть определен на основе спектра разностного сигнала (фиг. 6), т.е. сигналы изменяются в противофазе, что характерно для неосесимметричной винтовой моды возмущений. Максимум корреляционной функции в реагирующем потоке приходится на нулевой сдвиг фаз, что отражает вклад осесимметричных пульсаций, возможным источником которых является верхняя часть пламени (фиг. 3). Эти пульсации, регистрируемые датчиками в одной фазе, удаляются из разностного сигнала и поэтому не видны в спектре на фиг. 6. Прецессия центра вихря, которая была определена на основе распределения пульсаций тангенциальной скорости, в условиях реагирующего потока дает второй пик в корреляционной функции, сдвинутый примерно на половину периода прецессии Т2, который также можно определить на основе спектра. Таким образом, можно сказать, что условия реагирующего потока оказывают существенное влияние на параметры ПВЯ, уменьшая амплитуду (отклонение вихря от центра горелки) и увеличивая частоту прецессии. При этом акустические датчики регистрируют снижение уровня пульсаций давления, генерируемых ПВЯ, почти на порядок, на основании чего можно сделать вывод, что условия реагирующего потока приводят к подавлению ПВЯ.From the spectra of the differential signal of the pressure pulsations (Fig. 6), it is seen that in isothermal conditions and in the reacting flow there are isolated frequencies (138 and 177 Hz, respectively) that are associated with the PWR. This conclusion is also confirmed by the cross-correlation functions of the acoustic signals of sensors placed in diametrically opposite directions (Fig. 7). It is seen that the first maximum of the correlation function in the isothermal case falls on
Figure 00000002
ripple period T 1 , which can be determined based on the spectrum of the difference signal (Fig. 6), i.e. the signals change in antiphase, which is characteristic of the non-axisymmetric helical mode of perturbations. The maximum correlation function in the reacting flow occurs at a zero phase shift, which reflects the contribution of axisymmetric pulsations, a possible source of which is the upper part of the flame (Fig. 3). These pulsations recorded by the sensors in one phase are removed from the difference signal and therefore are not visible in the spectrum in FIG. 6. The precession of the vortex center, which was determined on the basis of the distribution of the pulsations of the tangential velocity, under the conditions of the reacting flow, gives a second peak in the correlation function, shifted by about half the precession period T 2 , which can also be determined on the basis of the spectrum. Thus, we can say that the conditions of the reacting flow have a significant effect on the parameters of the PWR, decreasing the amplitude (deviation of the vortex from the center of the burner) and increasing the precession frequency. In this case, acoustic sensors detect a decrease in the level of pressure pulsations generated by the UHF by almost an order of magnitude, on the basis of which it can be concluded that the conditions of the reacting flow lead to the suppression of the UHF.

Важным результатом является тот факт, что в условиях горения за счет заполнения центральной рециркуляционной зоны горячими продуктами горения, выполняющими функцию поджога свежей топливно-воздушной смеси, существенно подавляется сильная неустойчивость течения в форме ПВЯ.An important result is the fact that under combustion conditions due to the filling of the central recirculation zone with hot combustion products, which perform the function of setting fire to a fresh fuel-air mixture, the strong flow instability in the form of PVY is substantially suppressed.

Из измеренных энергетических спектров сигналов акустических датчиков следует, что подавление ПВЯ в условиях горения приводит к существенному снижению уровня пульсаций давления.From the measured energy spectra of the signals of the acoustic sensors, it follows that the suppression of PWR under combustion conditions leads to a significant decrease in the level of pressure pulsations.

Были проведены эксперименты по оценке эффективности работы горелки в разных режимах, с созакруткой и с противокруткой потоков первой и второй ступеней.Experiments were conducted to evaluate the efficiency of the burner in different modes, with so-twisted and anti-twisted flows of the first and second stages.

На фиг. 8 показана схема расположения измерительных сечений 1-3.In FIG. 8 shows the layout of the measuring sections 1-3.

На фиг. 9, 10, 11, 12 приведены профили скоростей для различных режимов работы вихревой горелки с измерительными сечениями 1-3. Где r/R - отношение положения точки замера к полному радиусу камеры, Uaxial/U - средняя осевая скорость, Utang/U - средняя тангенциальная скорость.In FIG. 9, 10, 11, 12 show the velocity profiles for various operating modes of a vortex burner with measuring sections 1-3. Where r / R is the ratio of the position of the measuring point to the full radius of the camera, U axial / U is the average axial speed, U tang / U is the average tangential speed.

На фиг. 9, 10 показаны осевая и тангенциальная компоненты скорости, соответственно, для режима с созакруткой потоков.In FIG. 9, 10 show the axial and tangential components of the velocity, respectively, for the mode with co-twisted flows.

На фиг. 11, 12 показаны осевая и тангенциальная компоненты, соответственно, для режима с противокруткой потоков.In FIG. 11, 12 show the axial and tangential components, respectively, for the anti-spin flow mode.

Можно видеть сильно неоднородное распределение осевой скорости для режима с созакруткой потоков и равномерное распределение в осевой скорости для противокрутки.You can see a very heterogeneous distribution of the axial velocity for the mode with co-twisting of the flows and a uniform distribution in the axial velocity for the counter-twist.

Таким образом, в отличие от режима с созакруткой, режим с противокруткой показал эффективное смешение закрученных потоков первой и второй ступеней. Результирующий поток характеризовался равномерным распределением осевой скорости вдоль поперечного сечения в сочетании с достаточной выраженным общим вращательным движением потока в рабочем участке. Отличием является также отсутствие формирования крупномасштабных нестационарных структур и, соответственно, интенсивных пульсаций течения. Исходя из результатов проведенных изотермических опытов можно заключить, что вариант с противокруткой является более предпочтительным для использования в двухступенчатой горелке в плане возможности более быстрого смешения горелочной струи первой ступени с потоком пылеугольной смеси, которая должна подаваться во вторую ступень, более эффективным поджигом последней.Thus, in contrast to the co-twist mode, the anti-twist mode showed an effective mixture of swirling flows of the first and second stages. The resulting flow was characterized by a uniform distribution of axial velocity along the cross section in combination with a sufficiently pronounced general rotational movement of the flow in the working section. The difference is also the absence of the formation of large-scale non-stationary structures and, accordingly, intense pulsations of the flow. Based on the results of the conducted isothermal experiments, it can be concluded that the anti-spin option is more preferable for use in a two-stage burner in terms of the possibility of more rapid mixing of the first-stage burner jet with the pulverized-coal mixture flow, which should be supplied to the second stage, by more efficient ignition of the latter.

На фиг. 13 представлены графики изменения температуры воспламенения пылеугольной смеси в разных точках по длине горелочного устройства (нумерация от завихрителя к выходу, где линии 1-8 - это показания датчиков температуры в камере сгорания, расположенных на расстоянии 10 см друг от друга) в процессе двухступенчатого горения.In FIG. 13 shows graphs of the change in the ignition temperature of the pulverized-coal mixture at different points along the length of the burner (numbering from the swirl to the outlet, where lines 1-8 are the readings of temperature sensors in the combustion chamber located at a distance of 10 cm from each other) during a two-stage combustion.

График демонстрируют следующие стадии проведения опытов:The graph shows the following stages of the experiments:

I - Включение первой ступени воздух - 4,49 л/с, газ (пропан) - 5 л/мин, вторая ступень подачи угольного топлива отключена. Стабильное воспламенение газового факела, длина факела 30 мм, рост температуры в реакционной камере до 700°C.I - Turning on the first stage air - 4.49 l / s, gas (propane) - 5 l / min, the second stage of coal fuel supply is off. Stable ignition of the gas flame, flame length 30 mm, temperature increase in the reaction chamber to 700 ° C.

II - Открытие второй ступени без угольного топлива, расход воздуха 5,17 л/с.II - Opening of the second stage without coal fuel, air flow 5.17 l / s.

III - Включение подачи угольного топлива через вторую ступень горелочного устройства с начальным расходом 4 кг/ч и дальнейшим увеличением до 14 кг/ч. В процессе подачи пылевзвеси наблюдается рост температуры с 550°C до 1100°C. Эффективное воспламенение и устойчивое горение пылеугольного факела.III - Turning on the supply of coal fuel through the second stage of the burner with an initial flow rate of 4 kg / h and a further increase to 14 kg / h. In the process of supplying a dust suspension, an increase in temperature is observed from 550 ° C to 1100 ° C. Effective ignition and steady burning of a coal-dust torch.

VI - Выключение второй и первой ступени горелочного устройства.VI - Turning off the second and first stage of the burner device.

Огневые исследования показали, что в двухступенчатой горелке с противокруткой потоков первой и второй ступеней происходит эффективное воспламенение пылеугольной смеси и ее устойчивое горение. Полнота выгорания угольного топлива составляет 98,9%.Fire research showed that in a two-stage burner with an anti-spin flow of the first and second stages, effective ignition of the pulverized-coal mixture and its stable combustion occur. The burnup rate of coal fuel is 98.9%.

Claims (1)

Двухступенчатая вихревая горелка, включающая камеру с тангенциальными патрубками подвода окислителя и центральной подачей пропана через газовое запальное устройство, камеру с тангенциальными патрубками подвода угольной пылевоздушной смеси, сопло, на выходе из которого реализуется закрученное течение, отличающаяся тем, что вихревая горелка включает последовательно и соосно установленные три осесимметричные камеры: камеру первой ступени, камеру второй ступени и камеру сгорания, при этом камеры первой и второй ступеней соединены при помощи установленного соосно с камерами профилированного сопла, диаметр которого определяют в зависимости от соотношения мощностей первой и второй ступеней вихревой горелки с учетом параметра крутки, тангенциальные патрубки подачи пылеугольного топлива в камеру второй ступени, установленные противоположно и зеркально относительно друг друга, расположены зеркально тангенциальным патрубкам подачи окислителя в камеру первой ступени.A two-stage vortex burner including a chamber with tangential nozzles for supplying an oxidizer and a central propane feed through a gas igniter, a chamber with tangential nozzles for supplying a coal-dust mixture, a nozzle at the outlet of which a swirl flow is realized, characterized in that the vortex burner includes sequentially and coaxially mounted three axisymmetric chambers: a chamber of the first stage, a chamber of the second stage and a combustion chamber, while the chambers of the first and second stages are connected at the power of the profiled nozzle installed coaxially with the chambers, the diameter of which is determined depending on the power ratio of the first and second stages of the vortex burner, taking into account the twist parameter, the tangential nozzles for the supply of pulverized coal into the chamber of the second stage, which are installed opposite and mirror relative to each other, are located mirrored to the tangential nozzles oxidizing agent in the chamber of the first stage.
RU2016148741A 2016-12-13 2016-12-13 Two-stepted vortex burner RU2635178C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148741A RU2635178C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Two-stepted vortex burner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148741A RU2635178C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Two-stepted vortex burner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2635178C1 true RU2635178C1 (en) 2017-11-09

Family

ID=60263879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148741A RU2635178C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Two-stepted vortex burner

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635178C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191614U1 (en) * 2018-12-25 2019-08-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Two-stage vortex burner with a step for generating a stationary spiral vortex
RU199334U1 (en) * 2020-05-12 2020-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" BURNER DEVICE FOR ENVIRONMENTALLY CLEAN BOILER COMBINATION

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1191679A1 (en) * 1983-07-06 1985-11-15 Казахский научно-исследовательский институт энергетики Method of burning pulverulent fuel
RU2294486C1 (en) * 2005-07-26 2007-02-27 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук Pulverized-coal burner
RU2336465C2 (en) * 2006-10-04 2008-10-20 Валентин Сергеевич Перегудов Method of plasma-coal kindling of boiler
RU2418237C2 (en) * 2009-01-19 2011-05-10 Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН Combustion method of pulverised coal in swirling-type furnace
RU2460941C1 (en) * 2011-02-11 2012-09-10 Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) Combustion method of fine pulverised coal and regular pulverised coal in pulverised coal burner, and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1191679A1 (en) * 1983-07-06 1985-11-15 Казахский научно-исследовательский институт энергетики Method of burning pulverulent fuel
RU2294486C1 (en) * 2005-07-26 2007-02-27 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук Pulverized-coal burner
RU2336465C2 (en) * 2006-10-04 2008-10-20 Валентин Сергеевич Перегудов Method of plasma-coal kindling of boiler
RU2418237C2 (en) * 2009-01-19 2011-05-10 Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН Combustion method of pulverised coal in swirling-type furnace
RU2460941C1 (en) * 2011-02-11 2012-09-10 Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) Combustion method of fine pulverised coal and regular pulverised coal in pulverised coal burner, and device for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191614U1 (en) * 2018-12-25 2019-08-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Two-stage vortex burner with a step for generating a stationary spiral vortex
RU199334U1 (en) * 2020-05-12 2020-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" BURNER DEVICE FOR ENVIRONMENTALLY CLEAN BOILER COMBINATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8827176B2 (en) HVOF torch with fuel surrounding oxidizer
EP0287392B1 (en) Mixing using a fluid jet
US4466363A (en) Method of igniting a pulverized coal annular burner flame
CA3017491C (en) Non-premixed swirl burner tip and combustion strategy
CN1878986B (en) Device for stabilizing combustion in gas turbine engines
US5158445A (en) Ultra-low pollutant emission combustion method and apparatus
WO1996009494A1 (en) Ultra low nox burner
RU2635178C1 (en) Two-stepted vortex burner
RU2352864C1 (en) Method and device for burning fuel
RU2310794C1 (en) Swirl burner
RU2708011C1 (en) Fuel combustion device
EP0165725B1 (en) Low pressure loss burner for coal-water slurry or fuel oil
CN103759263A (en) Pure oxygen process gas combustor
EP3198198A1 (en) Burner
RU2565737C1 (en) Vortex burner for combustion of solid powdered fuel
RU2301376C1 (en) Method of burning liquid or gas fuel and combustion chamber of heat generator
Gorelikov et al. Measuring the velocity in pulverized-coal flame at co-and counter-swirl of combustion chamber stage
RU2193139C1 (en) Method of burning fuel and device for realization of this method
RU191614U1 (en) Two-stage vortex burner with a step for generating a stationary spiral vortex
CN210345452U (en) Secondary rotational flow burner
RU192351U1 (en) BURNER
RU2277204C1 (en) Method of burning fuel
RU2643565C1 (en) Combined flare head
RU2638500C1 (en) Method for incineration of milled solid fuel and device for its implementation
RU2424469C1 (en) Igniting device

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20201124