Результат интеллектуальной деятельности: КОМБИНИРОВАННАЯ ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к комбинированным пылеугольным горелкам, и может быть использовано в энергетическом машиностроении на пылеугольных котлах с подачей в горелки угольной пыли высокой концентрации (УПВК) по трубам под давлением.

Известна вихревая пылеугольная горелка с подачей закрученного в улитке потока угольной пыли в смеси с первичным воздухом по внутреннему каналу первичного воздуха и потока вторичного воздуха, который подается в горелку коаксиально после закручивания в лопаточном либо улиточном аппарате, установленном перед каналом вторичного воздуха (Котлы большой мощности. Каталог-справочник К2-69, НИИИНФОРМТЯЖМАШ, М.,1970 г.,с.62, рис.31).

Недостаток этой горелки заключается в интенсивном абразивном износе улитки первичного воздуха, а также подводящего пылепровода из-за повышенных скоростей пылевоздушной смеси (ПВС) - порядка 20-25 м/с, которые обеспечиваются за счет напора, развиваемого мельничным вентилятором.

Известна также вихревая пылеугольная горелка, выбранная за прототип, содержащая воздушный короб, коаксиальные каналы первичного и вторичного воздуха с улиточными завихрителями, трубу подачи УПВК со скоростью ПВС порядка 8 м/с и устройство разброса угольной пыли в потоке первичного воздуха в выходном сечении горелки в виде конического рассекателя (Григорьев Д.Р., Николаев А.А. Проблемы экологически чистого и экономичного сжигания тощего угля на котлах ПК-10 Южно-Кузбасской ГРЭС. «Электрические станции» №2, 2006 г., с.2-8, рис.6).

Недостаток прототипа заключается в частом обгорании конического рассекателя за счет излучения из топки, особенно при увеличении его диаметра с целью интенсификации разброса угольной пыли. Кроме того, в связи с необходимостью прогрева большой периферийной массы вторичного воздуха, поступающего в топку из горелки, зажигание угольной пыли затягивается, особенно при уменьшении содержания летучих в сжигаемом угле, что приводит к образованию большого количества NO_x и повышению недожога топлива.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение недожога топлива и уменьшение образования вредных для человека оксидов азота (NO_x) в топках котлов.

Поставленная задача достигается тем, что в известной пылеугольной горелке, содержащей воздушный короб, каналы ПВС и вторичного воздуха, трубу подачи УПВК и устройство разброса УПВК, согласно изобретению, каналы размещены в проекции на вертикальную плоскость друг над другом с зазором между ними, в канале ПВС размещена труба подачи УПВК, за торцом которой установлено устройство разброса УПВК, состоящее из горизонтального рассекателя уголкового типа и размещенного за ним вертикального рассекателя, боковые стенки которого разделяют канал ПВС на два выходных участка вертикально-щелевого типа, причем внешние вертикальные стенки канала ПВС выполнены сужающимися по длине горелки до вершины вертикального рассекателя, а после него - расширяющимися по горизонтали с увеличением высоты. Кроме того, канал вторичного воздуха снабжен форсуночной трубой для установки мазутной форсунки и трубками для подачи газообразного топлива.

Технический результат, получаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в снижении вредных выбросов NO_x и недожога топлива.

Указанный технический результат достигается за счет того, что каналы ПВС и вторичного воздуха размещены в проекции на вертикальную плоскость друг над другом с зазором между ними, а в канале ПВС размещена труба подачи УПВК, за торцом которой установлено устройство разброса УПВК, состоящее из горизонтального рассекателя уголкового типа и размещенного за ним вертикального рассекателя, боковые стенки которого разделяют канал ПВС на два выходных участка вертикально-щелевого типа, причем внешние вертикальные стенки канала ПВС выполнены сужающимися по длине горелки до вершины вертикального рассекателя, а после него - расширяющимися по горизонтали с увеличением высоты. Кроме того, канал вторичного воздуха снабжен форсуночной трубой для установки мазутной форсунки и трубками для подачи газообразного топлива.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез комбинированной пылеугольной горелки; на фиг.2 - разрез А-А.

Комбинированная пылеугольная горелка содержит воздушный короб 1, соединенный с каналом 2 ПВС и каналом 3 вторичного воздуха, размещенными в проекции на вертикальную плоскость друг над другом, трубу 4 подачи УПВК, устройство разброса УПВК, состоящее из горизонтального рассекателя 5 уголкового типа, прикрепленного к наружной поверхности конца трубы 4, и размещенного за ним вертикального рассекателя 6, боковые стенки которого разделяют канал 2 на два выходных участка 7 вертикально-щелевого типа, причем внешние вертикальные стенки канала 2 выполнены сужающимися по длине горелки до вершины вертикального рассекателя 6, а после него -расширяющимися по горизонтали с увеличением высоты. В канале 3 размещена форсуночная труба 8, прикрепленная с помощью крестовины 9 к стенкам канала 3, для установки мазутной форсунки, а между каналами 2 и 3 имеется зазор 10. Кроме того, канал 3 может быть снабжен трубками для подачи газообразного топлива (не показаны). Амбразура горелки имеет короб 11, который заполнен огнеупорным бетоном, уплотняющим и скрепляющим ее с топочными стенами 12. Таким образом, канал 2 ПВС и канал 3 вторичного воздуха жестко связаны между собой

Пылеугольная горелка работает следующим образом. Воздух поступает из воздушного короба 1 в каналы 2 и 3. УПВК по трубе 4 подается в канал 2, который размещен в проекции на вертикальную плоскость над каналом 3 с зазором 10. За концом трубы 4, который находится на расстоянии порядка 1000 мм от выходных участков 7 канала 2, установлен горизонтальный рассекатель 5 уголкового типа, который разбрасывает УПВК по вертикали канала 2. Установленный за горизонтальным рассекателем 5 вертикальный рассекатель 6 распределяет ПВС по двум вертикально-щелевым выходным участкам 7 канала 2. Распределение угольной пыли по высоте двух выходных участков 7 канала 2 осуществляется не только за счет действия горизонтального рассекателя 5, но и за счет динамического напора первичного воздуха, «размазывающего» ПВС по высоте горелки и подаваемого из короба 1 за счет напора, который создается дутьевыми вентиляторами (не показаны). Этому также способствует сужение канала 2 по горизонтали, выполненное до вершины вертикального рассекателя 6.

Входное сечение канала 2 ПВС, через которое воздух поступает из короба 1 в канал 2, выбирается из расчета обеспечения небольшого избытка первичного воздуха (порядка 0,09-0,13). В этом случае образование топливных оксидов азота в факеле будет значительно сокращено. Величина сечения выходных участков 7 канала 2 принимается исходя из обеспечения умеренной величины скорости ПВС на выходе из горелки (около 25 м/с). В то же время, периметр непосредственного контакта топочных газов с ПВС, вытекающей из выходных участков 7 канала 2, принимается повышенным за счет небольшой ширины и относительно большой высоты двух выходных участков 7 канала 2. Сечение канала 3 вторичного воздуха принимается исходя из обеспечения повышенной его скорости на выходе из горелки (40-45 м/с). При этом будет обеспечена высокая эжекционная способность струи вторичного воздуха, что важно для увеличения подсоса топочных газов к корням струй ПВС (для интенсификации прогрева и зажигания угольной пыли) и вторичного воздуха. Вертикальный зазор 10 между каналами 2 и 3 может быть принят на выходе из горелки в пределах 100-150 мм. В этом случае будет обеспечен приемлемый баланс между скоростью зажигания ПВС и интенсивностью процесса ее перемешивания с вторичным воздухом. Загоревшаяся угольная пыль в смеси с воздухом подсасывается струей вторичного воздуха, а также поступает в нее за счет сепарации. Проходное сечение канала 3 выбирается с учетом подачи в топку сбросного воздуха пылесистем и третичного воздуха, осуществляемой выше уровня размещения горелок. В данном примере воздух из воздушного подогревателя (не показан) поступает снизу в вертикальный воздушный короб 1, а после нагнетания его в каналы 2 и 3 подается на вышерасположенные сопла третичного воздуха и сопла сбросного агента пылестистем (не показаны).

На форсуночной трубе 8 может устанавливаться мазутная форсунка, а в качестве резервных или растопочных видов топлива могут использоваться мазут и газ, которые подаются через форсуночную трубу 8 и трубки для подачи газообразного топлива в канале 3 (не показаны)

Предлагаемая комбинированная горелка эффективно сочетается с топками с двухсторонним размещением горелок и сопл при реализации аэродинамики тангенциального факела с горизонтальной осью его вращения. При двух-трехъярусном размещении горелок каналы 2 горелок второго и третьего ярусов целесообразно разместить под каналами 3 вторичного воздуха для гарантии нормативного выжига угольной пыли на выходе из топки.

В результате использования заявляемой пылеугольной горелки в топках с двухсторонним размещением горелок обеспечиваются нормативные уровни удельного выброса NO_x и недожога топлива с уходящими газами. Кроме того, сопла сбросного агента пылесистем и третичного воздуха устанавливаются выше уровня размещения горелок, а корни их струй наряду с корнями струй ПВС и вторичного воздуха комбинированных пылеугольных горелок за счет их повышенной эжекционной способности отсасывают продукты сгорания от экранов топки, предохраняя их от шлакования.