ПРЯМОТОЧНАЯ ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА
STRAIGHT FLOW PULVERISED COAL BURNING

Изобретение относится к энергетике, в частности, к устройствам сжигания органического топлива - горелок в парогенераторах (котлах).
Известно устройство прямоточной горелки, содержащей неподвижные каналы аэросмеси, вторичного воздуха и рециркулирующих газов и имеющей жесткое соединение с амбразурой, образованной трубами экранов топочной камеры. При этом каналы на выходе из горелки выполнены в виде сопел [1] или имеют рассекатели.
Известно также устройство, содержащее неподвижную горелку и перемещающуюся амбразуру при тепловом перемещении экрана топки. При этом сечение амбразуры превышает сечение выходной части горелки, которая находится вне разводки экранных труб, образующих амбразуру. Обеспечивается подвижное или гибкое уплотнение между наружным фланцем амбразуры и неподвижным выходным периметром горелки. При этом для тангенциальных топок большой мощности скорости потоков аэросмеси и вторичного воздуха на выходе из соответствующих параллельных каналов горелки могут отличаться более чем в три раза.
Недостатком такого устройства горелки является чрезмерный разгон частиц пыли топлива в пограничном слое потока аэросмеси смежным высокоскоростным потоком вторичного воздуха, поступающих в амбразуру по своим каналам в горелке. При этом скорость распространения фронта пламени значительно меньше скорости потока вторичного воздуха на начальном участке, что приводит к позднему зажиганию, неполному сгоранию частиц пыли и к шлакованию топочных экранов.
Указанные недостатки относятся и к проектному устройству горелки в тангенциальной топке котла П-67 энергоблока 800 МВт с четырехъярусным расположением горелок, имеющих неподвижные каналы аэросмеси, вторичного воздуха и рециркулирующих газов [2, 3]. Это устройство наиболее близко к заявляемому устройству. Амбразуры горелок в топочных экранах, закрепленных на потолочном каркасе, перемещаются по вертикали при тепловом расширении на величину Y, равную ~ 400 мм и более относительно каналов горелок. Устройство горелки приведено на фиг.1, оно определяет условия протекания процесса смесеобразования и горения топлива.
Недостатком этого устройства горелки, выявленного на начальном этапе освоения котла П-67, явилось следующее.
Разгон пограничного слоя потока аэросмеси на участке от выходного сечения горелки до выходного сечения амбразуры приводит к затягиванию воспламенения и неполному выгоранию топлива, создает условия для значительного шлакования топочных экранов в зоне активного горения. При этом возникает сепарация крупных частиц с содержанием горючих 50-70%. Высока концентрация оксидов азота в выбросах. Рециркулирующие газы, канал которых размещается по оси центрального канала вторичного воздуха (фиг.1), не уменьшают избыток воздуха на начальной стадии горения.
Задачей изобретения является повышение эффективности топочного процесса и снижение образования оксидов азота в выбросах в тангециальной топке за счет улучшения процесса смесеобразования потока аэросмеси из горелки с топочными продуктами сгорания и рециркулирующими газами с исключением разгонов пограничного слоя аэросмеси потоком вторичного воздуха. Тем самым, за счет организации ступенчатого сжигания топлива с приближением воспламенения к амбразуре и со сниженным избытком воздуха на начальном участке потока аэросмеси от амбразуры горелки, перемещающейся при пуске по отношению к горелке.
Задача решается за счет того, что прямоточная пылеугольная горелка парогенератора содержит каналы аэросмеси, вторичного воздуха и рециркулирующих газов, горелка выполнена неподвижной и находящейся вне перемещающейся амбразуры, образованной топочными экранами. Согласно изобретению часть капалов горелки, не мешающая перемещению амбразуры, продлена в ее область, а в амбразуре установлены участки каналов, сопрягающиеся с участками неподвижных каналов горелки, причем выходные кромки каналов у выхода из амбразуры образуют рассекатели или сопла, подсасывающие продукты сгорания из топочного объема к амбразуре.
По крайней мере, один из потоков циркулирующих газов разделяет в области амбразуры потоки аэросмеси от основного потока вторичного воздуха.
Сопоставительный анализ показывает, что совокупность признаков является новой. Решений, обладающих сходными признаками, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «существенные отличия».
Изобретение поясняется фигурой графического изображения применительно к горелкам котла П-67.
На фиг.1 изображена проектная горелка котла П-67. Взаимное положение горелки и амбразуры на базовой нагрузке и при включении первых тарелок при пуске котла - пунктир;
на фиг.2 - модернизированная горелка двух котлов П-67. Период эксплуатации более 10-ти лет;
на фиг.3 - вариант модернизации горелки третьего котла П-67 с выполнением сопел в каналах аэросмеси у выходного среза амбразуры;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2.
Устройство пылеугольной горелки содержит неподвижную прямоточную горелку с каналами вторичного воздуха 1, каналами аэросмеси 2 и рециркулирующих газов 3. В потолочной части амбразуры модернизированной горелки закреплен элемент 4 горизонтального рассекателя, отклоняющий поток вторичного воздуха к оси горелки. Внизу амбразура закреплены элементы каналов, сопрягаемые с неподвижными каналами в нижней части горелки с кромками, образующими рассекатель 5 или сопло у среза амбразуры в базовом режиме работы горелки.
Пылеугольная горелка, представленная на фиг.2 и 3, работает следующим образом,
Ось «а» амбразуры и ось «b» горелки на фиг.1 близки друг к другу в базовом режиме. При разделении потоков аэросмеси и вторичного воздуха в области амбразуры предотвращается предварительное смещение этих потоков и разгон пылевых частиц вторичным воздухом. Благодара рассекателям (соплам), в том числе их элементам 4 и 5, имеет место подсос топочных газов к амбразуре и зажигание вблизи амбразуры аэросмеси в пограничном слое. Благодаря потокам рециркулирующих газов сжигание пыли на начальном участке происходит при пониженном избытке воздуха, а в центральной части «тангециальной» топки происходит дожигание пыли при уменьшенной температуре факела, в котором участвует вторичный воздух, поступающий из горелки со скоростью, в несколько раз превышающей скорость потока аэросмеси. Так в котле типа П-67 при размерах топки 23×23 м скорость аэросмеси в горелке по проекту 17 м/с, а вторичного воздуха до 60 м/с.
В варианте модернизации горелки с соплами в амбразуре (фиг.3) предусмотрена подача части потока вторичного воздуха через канал, примыкающий к горизонтальным кромкам сопла аэросмеси. Эта часть потока участвует в подсосе смеси топочных газов и воздуха к амбразуре благодаря эффекту рассекателя, в т.ч. при применении закрепленных в амбразуре элементов каналов (сопла). В [1] этот воздух называется топливным.
При включении первых горелок при пуске котла ось амбразуры горелки существенно выше оси горелки - фиг.1 «с». Величина Y характеризует при этом «недостаточное» теповое перемещение экранов - фиг.1. Такое положение соответствует только периоду пуска. Оно может быть улучшено при более высоком расположении нижней кромки канала аэросмеси горелки по отношению к нижней кромке сопла, закрепленного в низу амбразуры - фиг.3. При этом относительно небольшая высота этого слоя воздуха в пределах сопла не должна привести к значительному разгону примыкающего слоя аэросмеси при существующем эффекте рассекателя.
Применение на котле П-67 заявляемого устройства (фиг.2) позволило существенно повысить эффективность топочного процесса, исключив вынужденные остановки котла на расшлаковку экранов, приблизив зажигание к амбразурам горелок и уменьшив концентрацию оксидов азота в выбросах.
Заявляемое устройство, таким образом, позволяет реализовать двухступенчатое сжигание пыли, приведенное, в частности, в [1]: на начальном участке с пониженным избытком воздуха с последующим дожиганием с последующим дожиганием в условиях нормального избытка воздуха, что обеспечивает требуемое подавление оксидов азота в продуктах сгорания. При этом благодаря достаточно мощной «воздушной подушке» от нижнего канала вторичного воздуха горелки надежность топочного процесса достаточно высока.
Заявляемое устройство делает возможным опробование системы третичного дутья с организацией подачи воздуха, поступающего в топку вне включенных на пыли горелок, с целью дополнительного снижения оксидов азота в выбросах. Очевидно, что при известных горелках с затянутым зажиганием в тангенциальной топке внедрение системы третичного дутья может быть более опасным в части шлакования экранов, чем без такой системы в сопоставимых условиях.
Источники информации
1. «Energy Developments in Japan» Volume 5, str.163-206, fig.18, 19. 1982. Kensuke Murashi Mitsubishi Heavy industries. Ltd.
2. Сотников И.А., Окерблом Ю.И., Итман Д.Л., Харкин Ю.А., Маршак Ю.Л. Основные проектные и конструктивные решения по паровому котлу на канско-ачинских бурых углях для энергоблоков мощностью 800 МВт, Теплоэнергетика, № 8, 1978, с.3.
3. Маршак Ю.Л., Процайло М.Я., Козлов С.Г. Организация горения в топках с тангенциальным расположением горелок при сжигании бурых углей. Теплоэнергетика, № 5, 1986, с.7.