SU1726908A1 - Горелочное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  сжигани  низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ, может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанци х и в промышленных котельных и позвол ет снизить образование оксидов азота. Это достигаетс  установкой обечайки канала первичного воздуха, футеИзобретение относитс  к сжиганию низкокачественных твердых топлив с низким содержанием летучих веществ и может быть использовано в котельной технике на тепловых электростанци х и в промышленных котельных. Известны тепловые агрегаты, содержащие камеру дл  сжигани  пылевидного малореакционного топлива, в виде концентрированной аэросмеси с примыкающим к камере газоходом, а также байпасный газоход , шунтирующий воздухоподогреватель и рованной изнутри огнеупором, и трубы аэросмеси, покрытой изнутри износостойким материалом, на наружной стенке которой выполнено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха. В кольцевом зазоре, образованном мазутной форсункой и трубой аэросмеси, установлены продольные радиальные ребра. Кроме того, на входе в обечайку канала первичного воздуха за завихрителем размещен кольцевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрител , а мазутна  форсунка выполнена паромеха- нической и установлена от выходного среза обечаек на рассто нии, не превышающем I D/2 ctg /6/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; {$- угол раскрыти  паромеханической форсунки, град. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. сл С имеющие пылеподогреватель с низко- и высокотемпературной ступен ми нагрева, из которых последн   размещена в камере сгорани , а перва - в байпасном газоходе. Недостатками данного устройства  вл ютс  низкие экономичность, надежность и повышенные выбросы токсичных веществ в дымовых газах вследствие повышенного абразивного износа змеевиков труб концентрированным пылепотоком, высокого гидравлического сопротивлени  пылепо- догревател , возможности шлаковани  и vi hO Os О о 00

Description

пережога труб высокотемпературной ступени нагрева пылеподогревател , высокой металлоемкости и плохой ремонтопригодности , а также ввиду отсутстви  в агрегате средств дл  подавлени  образовани  оксидов азота (NOX).

Известны также горелки дл  сжигани  твердого топлива, содержащие центральный канал дл  подачи дополнительного воздуха дл  растопки, канал дл  подачи аэросмеси и два коаксиальных кольцевых канала дл  подачи вторичного и третичного воздуха, причем в центральном канале установлена растопочна  форсунка и средства, обеспечивающие снижение образовани  МОх путем выравнивани  скоростей вторичного воздуха и аэросмеси.

Данному устройству присущи низка  эффективность сжигани  низкореакционного Топлива вследствие повышенного недожога и плохого воспламенени  топлива, низка  экономичность вследствие нерационального использовани  тепла вспомогательного топлива (мазута) и повышенного расхода последнего с повышенным вследствие этого образованием NOxВ качестве прототипа прин та вихрева  пылеугольна  горелка, содержаща  корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайкой, образующими периферийный и внутренний кольцевые каналы, снабженные завихрител ми, и подключенные к направл ющим коробам с плавно сопр женными радиальными патрубками дл  подачи воздуха и аэросмеси с помощью конических вставок, выполненных в виде криволинейного спирально закрученного клина с боковыми поверхност ми различной кривизны и острием, обращенным навстречу потоку аэросмеси, причем поверхность клиньев, обращенна  навстречу потоку аэросмеси, выполнена гофрированной, пространство между криволинейными поверхност ми клиньев заполнено износостойкой огнеупорной массой, труба, раздел юща  патрубки аэросмеси и вторичного воздуха, выполнена с конусным расширением, а форсуночна  труба - с конусным сужением на конце.

Недостатком данного горелочного устройства  вл ютс  снижение эксплуатационной надежности и качества сжигани  с его помощью аэросмеси высокой концентрации пыли низкореакционного твердого топлива с малым содержанием летучих веществ и недостаточна  эффективность подавлени  NOx при этом.

Указанные недостатки прототипа вызваны сложностью конструкции, плохой ремонтопригодностью и повышенным абразивным износом конических вставок аэросмесью, плохой подготовкой, в отсутствии предварительного прогрева, пыли и формированием недожога при ухудшенной стабильности процесса воспламенени  низкореакционного топлива в топке и повышенных пирометрическом уровне и избытке воздуха в зоне воспламенени .

Целью изобретени   вл етс  повышение эксплуатационной надежности, качества сжигани  аэросмеси высокой концентрации и снижение образовани  МОХ.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в горелочном устройстве, содержащем трубу

аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки, образующие кольцевые каналы подачи первичного и вторичного воздуха с размещенными в них завихрител ми , и мазутную форсунку, установленную в трубе аэросмеси по ее оси с образованием кольцевого зазора, дополнительно обечайка канала первичного воздуха футерована изнутри огнеупором, а на наружной стенке трубы аэросмеси установлено оребрение, выполненное в виде винтовых многозаходных лент, навитых с переменным шагом и диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха, причем

в кольцевом зазоре между форсункой и трубой аэросмеси установлены продольные радиальные ребра, а его внутренние поверхности на всей длине покрыты износостойким материалом, на входе в обечайку

канала первичного воздуха за завихрителем размещен газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрител , а мазутна  форсунка выполнена паромеханической и установлена от выходного среза обечаек на рассто нии, не превышающем D/2 -ctg /3/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; / - угол раскрыти  паромеханической форсунки, град.

На фиг. 1 схематически показано предлагаемое горелочное устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема установки паромеханической мазутной форсунки относительно выходного среза обечаек устройства.

Устройство содержит трубу 1 аэросмеси , коаксиально расположенные вокруг нее обечайки 2 и 3, образующие кольцевые каналы 4 и 5 подачи первичного и вторичного воздуха соответственно с размещенными в них завихрител ми 6 и 7 первичного воздуха и вторичного воздуха, а также мазутную форсунку 8, выполненную паромехани- ческой и установленную в трубе 1 аэросмеси по ее оси, с образованием кольцевого зазора 9 между защитной трубой 10 форсунки 8 и трубой) 1 аэросмеси, в котором установлены продольные радиальные ребра 11.

Внутренние поверхности кольцевого зазора 9 (т. е. трубы 1 аэросмеси изнутри и наружной поверхности защитной трубы 10) снабжены покрытием 12 из износостойкого материала. Обечайка 2 первичного воздуха изнутри футерована огнеупором 13, а на наружной поверхности 14 стенки трубы 1 установлено оребрение 15, выполненное в виде винтовых многозаходных лент 16 с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки 2 канала 4 подачи первичного воздуха.

Многозаходные ленты 16 навиты по винтовым лини м с переменным шагом по длине трубы 1, соответствующим, например , углу подъема по спирали среды в канале 4. На входе в обечайку 2 канала 4 подачи первичного воздуха за завихрителем 6 размещен кольцевой газовый коллектор 17 с тангенциальными выпускными соплами 18, ориентированными спутно направлению крутки завихрител  6 первичного воздуха. Мазутна  форсунка 8 установлена на рассто нии , не превышающем I D/2-ctg/ /2 от выходного среза 19 обечаек 2 и 3, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки 2 канала первичного воздуха, м; ft- угол раскрыти  паромеханической форсунки, град (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом .

Аэросмесь с высокой концентрацией пыли подводитс  в трубу 1 аэросмеси и поступает в кольцевой зазор 9, равномерно распредел етс  по его сечению и пр мотоком вдоль ребер 11 поступает к выходному сечению зазора 9. Одновременно гор чий воздух подводитс  через соответствующие входные патрубки устройства в кольцевые каналы 4 и 5 подачи первичного и вторичного воздуха, а природный газ - в кольцевой газовый коллектор 17, выходит через выпускные сопла 18 стру ми, тангенциально направленными к закрученному в завихрителе 6 потоку первичного воздуха, перемешиваетс  с ним и воспламен етс . Первоначальное воспламенение (розжиг) природного газа производитс  запальником (не показан), а затем поддерживаетс  от высокого температурного уровн , созданного в канале 4

Высокотемпературные продукты сгорани  газа с избыточным первичным воздухом закрученным потоком направл ютс  в межреберное пространство оребрёни  15, выполненного из многозаходных лент 16, оптимальный шаг навивки которых соответствует углу подъема по спирали продуктов сгорани  газа с первичным воздухом в канале 4 (дл  случа , если бы оребрение 15 от0 сутствовало), причем этот шаг  вл етс  переменным и увеличиваетс  по длине канала вследствие потери энергии крутки потока от трени .

В процессе теплообмена тепло от про5 дуктов сгорани  передаетс  аэросмеси в зазоре 9 и вторичному воздуху в канале 5 через оребрение 15, стенку трубы 1 и ребра 11, футеровку из огнеупора и обечайку 2 соответственно, а продукты сгорани  при

0 этом частично охлаждаютс .

В паромеханическую форсунку 8 одновременно подводитс  перегретый пар (а мазут при подаче аэросмеси отключен, в цел х его экономии). Нагрета  до

5 300...500°С в трубе 1 пыль пр моточным потоком выходит из кольцевого зазора 9 в зону в виде конуса, образованную закрученным потоком перегретого пара, выход щим из форсунки 8, распыливаетс  и

0 перемешиваетс  с ним, а также с закрученным потоком частично охлажденных инертных продуктов сгорани  природного газа и избыточным первичным воздухом, не вступившем в реакцию горени  газа в канале

5 4, дополнительно прогреваетс  до температуры , близкой к температуре газообразной среды (ориентировочно 500...700°С) и выходит из канала 4 закрученным потоком в топку, где в зоне горени  при перемеши0 вании с закрученным в завихрителе 7 потоком вторичного воздуха, выход щим из канала 5, воспламен етс  за счет высокого пирометрического уровн  и подвода высокотемпературных газов внутрифакельной

5 рециркул ции из объема камеры сгорани  к корню факела, создаваемой вихревой структурой потоков, выход щих из горе- лочного устройства. Затем воспламенивша с  пыль сгорает полностью в смеси с

0 вторичным воздухом в факельном процессе , организованном в камере сгорани  топки котлоагрегата.

Горелочное устройство имеет следующие преимущества по сравнению с прототи5 пом.

Повышаетс  эксплуатационна  надежность в результате снижени  абразивного износа элементов горелки, соприкасающихс  с потоком аэросмеси, поступающей в кольцевой зазор 9 пр мотоком, т. е. с наименьшим механическим воздействием на стенки зазора 9 и ребра 11 и нанесени  износостойкого покрыти  на внутреннюю поверхность трубы 1 и наружную-трубы 10, а также за счет распиливани  и закрутки потока пыли высокой концентрации перегретым паром в отличие от других известных способов механического распыливани  и закрутки пылепотоков. Вторым аспектом повышени  надежности  вл етс  отсутствие шлаковани  канала 4 и других элементов горелки и топки при высокотемпературном нагреве аэросмеси продуктами сгорани  вспомогательного топлива, что достигаетс  установкой форсунки 8 на рассто нии от выходного среза 19 устройства, не превышающем значени  I, чем исключено касание потока аэросмеси стенок футерованной обечайки 2 канала 4 и налипани  оплавленных раскаленных частиц на нее (см. фиг. 3). В-третьих, форсунка 8 находитс  в посто нном (гор чем) резерве и может быть переведена на сжигание мазута (подсветку ) при обрыве поступлени  аэросмеси или в растопочном режимах работы. Установкой футеровки огнеупором 13 изнутри обечайки 2 обеспечиваетс  концентраци  теплообмена в канале 4 с защитой обечайки 2 от перегрева дополнительным ее охлаждением вторичным воздухом и подогревом последнего за счет теплопроводности футеровки, созданием наиболее эффективного радиационного процесса теплообмена между раскаленной до свечени  футеровкой, оребрением 15 и аэросмесью в трубе 1 и интенсификацией этого процесса ребрами 11,

Таким образом, в результате эффективного высокотемпературного подогрева пыли при минимальном расходе вспомогательного топлива достигаетс  ускорение и стабилизаци  процесса ее воспламенени  и повышаетс  качество сжигани  за счет снижени  недожога с экономией вспомогательного топлива вследствие предотвращени  рассеивани  тепла от его сгорани  в топочном объеме.

Повышение надежности в работе и эффективности использовани  вспомогательного топлива достигаетс  также подводом природного газа кольцевым коллектором 17 с тангенциальными выпускными соплами 18 за счет оптимизации процесса перемешивани  с первичным воздухом, ускорени  его воспламенени  и сгорани  с дополнительным увеличением энергии крутки потока продуктов сгорани  в канале 4 при ограниченной его длине, а выполнением оребре- ни  15 винтовыми лентами 16с переменным шагом достигаютс  минимальные потери

давлени  в канале 4 и экономи  затрат на дутье при наибольшей эффективности теплообмена в результате максимального использовани  пространства канала 4 дл 

навивки оребрени  15 и увеличени  поверхности теплообмена.

Улучшение экологических показателей устройства за счет снижени  образовани  NOx обеспечиваетс  применением перегретого пара дл  распыливани  и закрутки потока аэросмеси высокой концентрации, балластированием пылеугольного факела частично охлажденными в канале 4 инертными продуктами сгорани  природного газа

и возможностью выравнивани  скоростей вторичного воздуха из канала 5 и аэросмеси из канала 4 на выходе в топку. Кроме того, дополнительное снижение образовани  NOx в предлагаемом устройстве может быть

получено при выравнивании тангенциальной скорости первичного воздуха после за- вихрител  6 и скоростей струй газа, выход щих из сопл 18, а также за счет снижени  необходимой доли (по теплу) сжигаемого вспомогательного топлива.

Таким образом, предлагаемое горелоч- ное устройство при более высоких эксплуатационной надежности и качестве сжигани  аэросмеси высокой концентрации позвол ет также снизить образование NOX.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Claims (3)

1.Горелочное устройство, содержащее трубу аэросмеси, коаксиально расположенные вокруг нее обечайки, образующие кольцевые каналы подачи первичного и вторичного воздуха с размещенными в них завихрител ми и мазутную форсунку, установленную в трубе аэросмеси по ее оси с

образованием кольцевого зазора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности, качества сжигани  аэросмеси высокой концентрации и снижени  образовани  NO путем интенсификации подогрева вторичного воздуха и аэросмеси, обечайка канала первичного воздуха изнутри футерована огнеупором, на наружной стенке трубы аэросмеси установлено оребрение в виде винтовых многозаходных лент с переменным шагом и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру футерованной обечайки канала первичного воздуха, причем в кольцевом зазоре между форсункой и трубой аэросмеси

установлены продольные радиальные ребра , а его внутренние поверхности покрыты износостойким материалом.

2.Устройство поп. 1, отличающеес  тем, что на входе в обечайку первичного воздуха за завихрителем размещен кольцевой газовый коллектор с тангенциальными выпускными соплами, ориентированными спутно направлению крутки завихрител .

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что мазутна  форсунка выполнена паромеханической и установлена от

выходного среза обечаек на рассто нии не более I D/2 -ctg ft/2, где D - внутренний диаметр футерованной обечайки первичного воздуха, м; ft-угол раскрыти  паромеханической форсунки, град.

а/г 2

UD/2-ctgЈl2