RU48027U1

RU48027U1 - CONCENTRATED DUST BURNER

Info

Publication number: RU48027U1
Application number: RU2005111397/22U
Authority: RU
Inventors: А.М. Бондарев; Н.А. Иванова
Original assignee: Бондарев Алексей Михайлович
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2005-09-10

Abstract

Предложена горелка для сжигания концентрированной угольной пыли, предусматривающая повышение надежности ее работы и снижение окислов азота NO_x в газах. Снижение NO_x достигается увеличением времени соприкосновения концентрированной аэросмеси с горячими инертными газами при нахождении ее в полости пылевыдающего патрубка, образованной обтекателем с удлиненными цилиндрическими стенками, препятствующими преждевременному смешению ее с основным потоком воздуха для горения. Повышение надежности достигается направленной подачей воздуха вдоль цилиндрических стенок, в особенности вдоль нижней образующей цилиндра. Подача воздуха осуществлена за счет перепада давления «горелка - топка».A burner is proposed for burning concentrated coal dust, which provides for an increase in its reliability and a decrease in nitrogen oxides NO _x in gases. Reducing NO _{x is} achieved by increasing the contact time of the concentrated air mixture with hot inert gases when it is in the cavity of the dust nozzle formed by a cowl with elongated cylindrical walls that prevent it from premature mixing with the main stream of combustion air. Improving reliability is achieved by directed air supply along the cylindrical walls, in particular along the lower generatrix of the cylinder. Air supply was carried out due to the pressure difference "burner - firebox".

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в котельных установках, работающих на пылеугольном топливе при транспортировании его в горелку по пылепроводам системы подачи пыли с высокой концентрацией под давлением (ПВКд). Полезная модель направлена на снижение образования вредных веществ окислов азота NOx в топочных газах.The utility model relates to a power system and can be used in boiler plants operating on pulverized coal fuel when transporting it to the burner through the dust piping of a high-pressure concentration dust supply system (PVDC). The utility model is aimed at reducing the formation of harmful substances of nitrogen oxides NOx in flue gases.

Известны горелки для сжигания угольной пыли, поступившей в горелку по пылепроводам ПВКд в высококонцентрированном виде (см., например, изобретение по а.с.№842337, F 23 c 11/00, авторы СЛ.Титов, ЭХВербоиицкий, Т.Б. Эфендиев, В.А.Крутнев, А.К.Бокша, В.И.Бабий, А.Д.Зборщенко и М.М.Левин «Способ сжигания топлива» опубликовано 30.06.81 г., Бюлл.24). Способ предусматривает предварительный подогрев пыли в восстановительной среде. При осуществлении указанного способа сжигания пылевзвесь поступает в горелку через центральную трубу, проходит через рассекатель, образуя на выходе коническую поверхность, пересекающуюся за рассекателем с потоком вторичного воздуха. С внутренней стерты конуса, по мнению авторов, поток перемешивается с топочными газами и частицы пыли интенсивно Known burners for burning coal dust that enters the burner through the dust pipes of high-pressure PVC in a highly concentrated form (see, for example, the invention by AS No. 842337, F 23 c 11/00, authors SL.Titov, EKhverboitsky, TB Efendiev , V.A. Krutnev, A.K. Boksha, V.I.Babiy, A.D. Zborshchenko and M.M. Levin “Method of burning fuel” was published on 06/30/81, Bull. 24). The method involves preheating dust in a reducing environment. When implementing this method of combustion, the dust mixture enters the burner through the central pipe, passes through the divider, forming at the outlet a conical surface intersecting behind the divider with a stream of secondary air. According to the authors, the flow is mixed with the flue gases from the internal erased cone and the dust particles intensely

прогреваются и происходит их газификация в диапазоне температур 1000÷1300°С, что снижает окислы азота NOx.they are heated and gasified in the temperature range 1000 ÷ 1300 ° C, which reduces nitrogen oxides NOx.

Конструктивно способ выполнен неудачно и желательного процесса не происходит. Контакт концентрированной аэросмеси с топочными газами происходит на очень коротком пути, после чего вся ее масса попадает в пересекающийся поток вторичного воздуха с t=300°С, перемешивается с ним и воспламеняется как обычный факел при низких концентрациях с образованием больших количеств NO_x, так как прогрев, выделение летучих и их горение происходит при большом избытке воздуха в образовавшейся низкоконцентрированной смеси. Поэтому указанная горелка конструктивно несовершенна и не использует потенциальных преимуществ сжигания концентрированной аэросмеси.Structurally, the method was unsuccessful and the desired process does not occur. The contact of the concentrated air mixture with the flue gases occurs on a very short path, after which its entire mass enters the intersecting stream of secondary air with t = 300 ° C, mixes with it and ignites like a normal torch at low concentrations with the formation of large quantities of NO _x , since heating, evolution of volatiles and their combustion occurs with a large excess of air in the resulting low-concentration mixture. Therefore, this burner is structurally imperfect and does not use the potential advantages of burning concentrated air mixture.

Известна горелка для сжигания пыли в концентрированном потоке (см. изобретение по а.с.№1574991 «Пылеугольная горелка» Класс F 230 1/06, опубл. 30.06.90 г. Бюлл. №24 - прототип).Known burner for burning dust in a concentrated stream (see the invention by AS No. 1574991 "Pulverized coal burner" Class F 230 1/06, publ. 06/30/90, Bull. No. 24 - prototype).

Конструкция горелки по указанному изобретению предусматривает исключение перемешивания концентрированной первичной аэросмеси с основным потоком воздуха на стадии прогрева пыли. В указанной горелке пылепровод ПВКд, вводящий концентрированную пыль в горелку, заканчивается пылевыдающим патрубком, основным элементом которого является рассекатель и обтекатель. В свою очередь, обтекатель выполнен в виде полусферы или усеченного конуса с цилиндрическими насадками малого и большого диаметров в вершине и основании. Он создает защиту от перемешивания конусообразного потока пыли, обтекающего рассекатель, с основным потоком воздуха и создает своеобразную аэродинамическую тень, за которой возникает интенсивный поток рециркуляции горячих топочных газов в полость обтекателя к рассекателю. При этом на всем протяжении от выхода из конусного зазора и движения аэросмеси вдоль внутренних стенок конуса, а затем движение вдоль внутри цилиндрических стенок обтекателя и выхода из него, происходит интенсивный ее теплообмен с рециркулирующими топочными газами, которые прогревают концентрированный поток аэросмеси со стороны оси к краям обтекателя. При прогреве в полости происходит выделение летучих и их горение при глубоком The design of the burner according to the invention provides for the exclusion of mixing the concentrated primary air mixture with the main air stream at the stage of heating the dust. In the specified burner, the PVKD dust pipe introducing concentrated dust into the burner ends with a dusting nozzle, the main element of which is a splitter and a cowl. In turn, the fairing is made in the form of a hemisphere or a truncated cone with cylindrical nozzles of small and large diameters at the top and bottom. It creates protection against mixing of the cone-shaped stream of dust flowing around the divider with the main air stream and creates a peculiar aerodynamic shadow, behind which there is an intense stream of recirculation of hot flue gases into the fairing cavity to the divider. At the same time, from the exit from the cone gap and the movement of the air mixture along the inner walls of the cone, and then the movement along the inside of the cylindrical walls of the fairing and the exit from it, intense heat exchange occurs with the recirculating flue gases, which heat the concentrated air mixture from the axis to the edges fairing. When heated in the cavity, volatiles are released and burned when deep

недостатке кислорода, что снижает выбросы NO_x. Дж исключения отложений пыли на нижней горизонтальной образующей цилиндра за рассекателем, вследствие падения скоростей в конусном зазоре при обтекании рассекателя пылевыдающий патрубок своим малым цилиндром подсоединен к пылепроводу ПВКд с зазором для возможности прохода через него части вторичного воздуха, который создает вокруг концентрированной струи, выходящей из пылепровода ПВКд, спутный поток и подпор среды перед рассекателем, увеличивая скорость в конусном зазоре, что исключает отложения пыли и сгорание горелки.lack of oxygen, which reduces NO _x emissions. J excluding dust deposits on the lower horizontal generatrix of the cylinder behind the divider, due to the speed drop in the cone gap when flowing around the divider, the dusty nozzle is connected with its small cylinder to the PVKD dust conduit with a gap to allow part of the secondary air to pass through it, which creates around the concentrated stream exiting the dust conduit Pvcd, a confluent flow and a medium in front of the divider, increasing the speed in the conical gap, which eliminates the deposition of dust and combustion of the burner.

Недостатком прототипа является необходимость подачи определенного количества спутного потока вторичного воздуха в обтекатель, который понижает исходную концентрацию пыли в 2-5 раз. При низких концентрациях это приводит к раннему загоранию и сгоранию обтекателя, особенно при наличии неравномерности потока пыли по окружности. С другой стороны преобразование потока концентрированной аэросмеси из компактного стержневого в цилиндрический затруднено без подпора спутным потоком из-за падения скорости в расширяющемся сечении зазора между обтекателем и рассекателем и отложений пыли на цилиндрическом участке нижней кромки обтекателя. Кроме того, падение скорости в указанном зазоре уменьшает подсос горячих газов из топки в полость обтекателя и подогрев концентрированной аэросмеси.The disadvantage of the prototype is the need to supply a certain amount of a tangled stream of secondary air to the fairing, which reduces the initial concentration of dust by 2-5 times. At low concentrations, this leads to early ignition and combustion of the fairing, especially in the presence of uneven flow of dust around the circumference. On the other hand, the conversion of the concentrated aerosol mixture flow from a compact rod to a cylindrical one is difficult without back-up by a satellite stream due to a drop in speed in the widening cross section of the gap between the cowl and the divider and dust deposits on the cylindrical portion of the lower edge of the cowl. In addition, the decrease in speed in the specified gap reduces the suction of hot gases from the furnace into the cavity of the fairing and the heating of the concentrated air mixture.

Задача полезной модели:Utility Model Task:

1. Не допустить большого снижения концентрации исходной концентрированной аэросмеси при преобразовании потока из стержневого в цилиндрический в пылевыдающем патрубке.1. To prevent a large decrease in the concentration of the initial concentrated air mixture when converting the flow from the core to cylindrical in the dust nozzle.

2. Повысить эжекционную способность струй концентрированной аэросмеси и воздуха, поступаемого в полость пылевыдающего патруб,;а, при этом оставляя концентрацию аэросмеси на достаточно высоком уровне, не способную гореть с образованием высоких температур, что обеспечивает снижение NO_X.2. To increase the ejection ability of the jets of concentrated air mixture and air supplied to the cavity of the dusting nozzle, and, while leaving the concentration of the air mixture at a sufficiently high level, not able to burn with the formation of high temperatures, which reduces NO _X.

3. Увеличить температуру подогрева концентрированной аэросмеси в пылевыдающем патрубке, не допуская, однако, локального или полного перегрева выходных цилиндрических кромок обтекателя, ведущих к полному его сгоранию и дезорганизации процесса, направленного на снижение образование окислов азота.3. To increase the heating temperature of the concentrated air mixture in the dusty nozzle, however, not allowing local or complete overheating of the outlet cylindrical edges of the fairing, leading to its complete combustion and disorganization of the process aimed at reducing the formation of nitrogen oxides.

Решение указанной задачи позволяет повысить надежность работы горелки с низкой эмиссией NO_x.The solution of this problem improves the reliability of the burner with low emissions of NO _x .

Эта задача решается следующими путями:This problem is solved in the following ways:

1. Уменьшением или полной ликвидацией спутного потока горячего воздуха, поступаемого в зазор перед рассекателем.1. Reducing or completely eliminating the tangled flow of hot air entering the gap in front of the divider.

2. Организацией подачи этого потока за рассекателем для подхвата и ускорения концентрированной аэросмеси, прошедшей конусный зазор, потерявшей энергию и скорость за рассекателем особенно в нижней части и неспособную создать достаточную эжекцию горячих газов к рассекателю из-за маломощности самого потока и низкого потенциала его скорости и для исключения отложений на нижней образующей цилиндра обтекателя.2. By organizing the supply of this flow behind the divider to pick up and accelerate the concentrated air mixture, which has passed the cone gap, has lost energy and speed behind the divider, especially in the lower part and is unable to create sufficient ejection of hot gases to the divider due to the low power of the flow and low potential of its speed and to exclude deposits on the lower generatrix of the fairing cylinder.

Предложенная горелка изображена на чертеже.The proposed burner is shown in the drawing.

Пылевыдающий патрубок горелки для сжигания концентрированной аэросмеси ПВКд, состоящий из рассекателя 1 и обтекателя, составленного из цилиндра 2, конуса 3 и трубы 4, к которой с зазором или без него примыкает пылепровод 5 концентрированной аэросмеси ПВКд. Конусный зазор 6 образован совмещением рассекателя 1 и конуса 3 обтекателя. Каналы 7 выполнены в виде прерывистого сегментного зазора по кольцу между конусом 3 и удлиненным на входе цилиндром 2 обтекателя или иным способом. Полость 8 образована цилиндром 2, конусом 3 и рассекателем 1 открыта в сторону топки и представляет собой туннель длиной от рассекателя до конца цилиндра 2. Кольцевой канал 9 образован размером (эквивалентным диаметром) амбразуры горелки и удлиненным цилиндром обтекателя 2. Входной зазор 10 уменьшен против прототипа или отсутствует полностью.The dust discharge nozzle of the burner for burning concentrated PVKD air mixture, consisting of a divider 1 and a cowl made up of cylinder 2, cone 3 and pipe 4, to which the dust pipe 5 of concentrated PVKd air mixture is adjacent with a gap. The conical gap 6 is formed by combining the divider 1 and the cone 3 fairing. The channels 7 are made in the form of an intermittent segment gap along the ring between the cone 3 and the cowl cylinder 2 extended at the inlet or in another way. The cavity 8 is formed by the cylinder 2, the cone 3 and the divider 1 is open towards the furnace and is a tunnel length from the divider to the end of the cylinder 2. The annular channel 9 is formed by the size (equivalent diameter) of the burner embrasure and the elongated cowling 2. The input clearance 10 is reduced against the prototype or missing completely.

Горелка для концентрированной пыли работает следующим образом:A concentrated dust burner works as follows:

Высококонцентрированная аэросмесь от пылепитателя по пылепроводу подачи пыли высокой концентрации (под давлением) - ПВКд поступает в пылевыдающий Highly concentrated aerosol mixture from the dust collector through the dust pipe of the high concentration dust supply (under pressure) - PVCD enters the dust collecting unit

патрубок горелки, образованный трубой 4, конусом 3 и цилиндром 2. В конце трубы 4 стержневой поток аэросмеси рассекателем 1 через конусный зазор 6 преобразуется в конусный, двигающийся параллельно расширяющимся стенкам конуса 3, а затем параллельно стенкам цилиндра 2 обтекателя. На перехоле конуса 3 к цилиндру 2 поток аэросмеси подхватывается струями горячего воздуха, поступаемого через каналы 7 в полость 8 вдоль стенок цилиндра 2. Поступающий через входной зазор 10 на входе в трубу 4 пылевыдающего патрубка перед рассекателем воздух движется параллельно концентрированной аэросмеси и восполняет недостаток скорости аэросмеси в расширяющемся сечении конусного зазора 6, сохраняя или несколько даже увеличивая скорость концентрированной аэросмеси. При этом исходная концентрация аэросмеси уменьшается. Однако, количество спугаого потока, через входной зазор 10 уменьшено размером трубы 4, поэтому концентрация аэросмеси за рассекателем 1 увеличена против прототипа. Кроме того, наибольшая часть потока через каналы 7 сосредоточена в нижней части для исключения отложений. При наличии достаточного запаса давления в конце пылепровода ПВКд входной зазор 10 отсутствует полностью, конус-рассекатель 1 имеет увеличенный угол раскрытия, а конусный зазор 6 уменьшен и скорость в зазоре 6 остается достаточно высокой. Реально угол раскрытия рассекателя 1 находится в пределах 60-150 градусов и связан с реакционности) угля: большей реакционности нужен меньший угол.a burner nozzle formed by a pipe 4, a cone 3 and a cylinder 2. At the end of the pipe 4, the core stream of the air mixture by the divider 1 through the cone gap 6 is converted into a cone, moving parallel to the expanding walls of the cone 3, and then parallel to the walls of the cylinder 2 of the fairing. At the overflow of the cone 3 to the cylinder 2, the flow of the air mixture is taken by jets of hot air supplied through the channels 7 into the cavity 8 along the walls of the cylinder 2. The air moving through the inlet 10 at the inlet to the pipe 4 of the dust nozzle in front of the divider is filled in parallel with the concentrated air mixture and makes up for the lack of speed of the air mixture in an expanding section of the conical gap 6, while maintaining or somewhat increasing the speed of the concentrated air mixture. In this case, the initial concentration of aerosol decreases. However, the amount of the flow through the inlet gap 10 is reduced by the size of the pipe 4, therefore, the concentration of the air mixture behind the divider 1 is increased against the prototype. In addition, the largest part of the flow through channels 7 is concentrated in the lower part to exclude deposits. If there is a sufficient margin of pressure at the end of the PVKD dust conduit, the inlet gap 10 is completely absent, the cone-divider 1 has an increased opening angle, and the cone gap 6 is reduced and the speed in the gap 6 remains high enough. Actually, the opening angle of the divider 1 is in the range of 60-150 degrees and is associated with the reactivity of) coal: more reactivity requires a smaller angle.

Благодаря эжектирующей способности выходящего из конусного зазора 6, а затем ускоряющегося после каналов 7 потока аэросмеси к нему подмешиваются горячие инертные газы из топки, в результате чего по мере перемешивания происходит подогрев концентрированной аэросмеси, выделение летучих в слоях, прогревшихся от центра к периферии, и их сгорание при глубоком недостатке кислорода. При этом наружные слои аэросмеси, непосредственно контактирующие со стенками обтекателя, «холоднее» внутренних слоев и от стенок обтекателя 2,3 к центру полости 8 температура увеличивается от 80÷200° до 1200°С.Due to the ejection ability of the aerosol mixture coming out of the conical gap 6, and then accelerating after the channels 7, hot inert gases from the furnace are mixed with it, as a result of which the concentrated air mixture is heated, volatile in the layers warmed up from the center to the periphery are released, and combustion with a deep lack of oxygen. In this case, the outer layers of the air mixture directly in contact with the walls of the fairing are “colder” of the inner layers and from the walls of the fairing 2.3 to the center of the cavity 8, the temperature increases from 80 ÷ 200 ° to 1200 ° C.

На всем протяжении горения летучих в полости 8 это горение протекает при глубоком недостатке («на дотациях») воздуха, в результате чего образование окислов азота резко снижается.Throughout the combustion of volatiles in cavity 8, this combustion occurs with a deep deficiency ("on subsidies") of air, as a result of which the formation of nitrogen oxides decreases sharply.

К моменту выхода концентрированного потока из полости пылевыдающего патрубка за цилиндром 2 большая часть летучих сгорела при недостатке кислорода, температура потока аэросмеси увеличена и полное воспламенение частиц аэросмеси начинается на расстоянии 0,2-0,5 эквивалентного диаметра от амбразуры горелки при сжигании углей марки «Г» и «Д». Горение таким образом предварительно подогретой пыли происходит без скачка температуры и так же снижает образование NOx.By the time the concentrated stream exits the cavity of the dust nozzle behind cylinder 2, most of the volatiles burned out when there was a lack of oxygen, the temperature of the air mixture flow was increased, and the complete ignition of the air mixture particles began at a distance of 0.2-0.5 equivalent diameter from the embrasure of the burner when burning brand “G” coal "And" D ". Combustion of thus pre-heated dust occurs without a temperature jump and also reduces the formation of NOx.

Необходимо отметить, что переток воздуха через каналы 7 (и 10) внутрь полости 8 зависит от перепада давления воздуха «горелка - топка», который, в свою очередь, зависит в основном от нагрузки котла и состава работающих пылесистем.It should be noted that the air flow through the channels 7 (and 10) into the cavity 8 depends on the differential pressure of the burner-firebox air, which, in turn, depends mainly on the load of the boiler and the composition of the working dust systems.

От этого же зависит и весовое количество пыли, поступаемой в горелку. Однако последнее еще зависит от зольности топлива, его калорийности. Нагрев всего этого количества топлива зависит, кроме того, еще и от его реакционности. Поэтому при изменении качества топлива и нагрузки нагрев концентрированной аэросмеси в полости 8 пылевыдающего патрубка горелки может колебаться в довольно сильных пределах, что снижает надежность работы горелки. Поэтому представленная горелка при использовании на различных углях отличается величиной зазоров 10, б и каналов 7, а так же величиной полости 8, оставаясь в целом принципиально неизменной. Величина полости 8 при этом, определяемая отношением длины цилиндра 2 обтекателя к его диаметру, должна находиться в пределах 0,1-1,0. Выход за указанные пределы нежелателен, так как менее 0,1 уменьшает надежность работы, а более 1,0 воспламенение. Угол раскрытия рассекателя 1, определяющий раскрытие конуса обтекателя 3, находится в диапазоне величин 60-150 градусов. Угол менее 60 -ухудшает воспламенение внутри полости 8, а больше 150 - значительно увеличивает аэродинамическое сопротивление пылевыдающего патрубка. Величина зазоров 10 и 6 и каналов 7 определяется опытом и квалификацией проектировщика.The weight amount of dust entering the burner also depends on this. However, the latter still depends on the ash content of the fuel, its calorie content. The heating of all this amount of fuel depends, moreover, also on its reactivity. Therefore, when changing the quality of the fuel and the load, the heating of the concentrated air mixture in the cavity 8 of the dust-generating nozzle of the burner can fluctuate in fairly strong limits, which reduces the reliability of the burner. Therefore, the presented burner, when used on various coals, differs by the size of the gaps 10, b and channels 7, as well as by the size of the cavity 8, remaining essentially unchanged as a whole. The size of the cavity 8 in this case, determined by the ratio of the length of the cylinder 2 of the fairing to its diameter, should be in the range of 0.1-1.0. Going beyond the specified limits is undesirable, since less than 0.1 reduces the reliability, and more than 1.0 ignition. The opening angle of the divider 1, which determines the opening of the cone of the fairing 3, is in the range of 60-150 degrees. An angle of less than 60 degrades the ignition inside cavity 8, and more than 150 significantly increases the aerodynamic resistance of the dust nozzle. The gaps 10 and 6 and channels 7 are determined by the experience and qualifications of the designer.

Выполненная в таких конструктивных пропорциях горелка позволяет повысить ее надежность работы и снизить величину NО_x.A burner made in such structural proportions can increase its reliability and reduce the value of NO _x .

Claims

1. A burner for concentrated dust, comprising a housing with an inlet dust conduit PVCD connected to the gap with a cylindrical part of the dust nozzle, consisting of a divider and a cowl, forming a cavity open towards the furnace, characterized in that, in order to reduce nitrogen oxides and increase reliability work when burning variable fuel, the conical part of the fairing is equipped with channels for introducing air into the cavity of the dust nozzle.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the channels are made in the form of a circular discontinuous slit of different sizes at the junction of the conical and cylindrical part of the fairing.

3. The burner according to claim 1, characterized in that the gap between the dust pipe PVKD and the cylindrical part of the dust nozzle at the entrance to it is completely absent.

4. The burner according to claim 1, characterized in that the opening angle of the cone-divider is in the range of 60-150 degrees angular.

5. The burner according to claim 1, characterized in that the ratio of the length of the cylinder of the fairing to its diameter is in the range of 0.1-1.0.