ДВУХПОТОЧНАЯ ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА
DOUBLE-FLOW COAL BURNER

Предполагаемое изобретение относится к энергетике, в частности к пылеугольным горелочным устройствам энергетических котлов, а более конкретно, к двухпоточным угольным горелкам.
Одной из важных задач, стоящих перед энергетикой, является разработка конструкций экологически «чистых» пылеугольных горелок.
Наиболее эффективными, экологически «чистыми» являются двухканальные по вторичному воздуху горелки.
Известна двухканальная горелка Б.Г. Айзен. И.К. Ромашко. И.А. Сотников «Горелочные устройства котлов и ЗиО», Энергоатомиздат, 1984, в которой канал вторичного воздуха разделен тонкостенной кольцевой перегородкой по всей длине горелки на два изолированных потока воздуха с автономными подводящими патрубками. В данной горелке осуществляется разделение вторичного воздуха на два неравных смежных потока: внутренний кольцевой поток с меньшим расходом воздуха и уменьшенным проходным сечением канала; внешний концентричный кольцевой поток, с которым поступает через горелку большая часть вторичного воздуха. Каждый из потоков выполняет ряд различных функций в организации пылеугольного факела: внутренний поток при контакте и смешении с прилежащим потоком аэросмеси обеспечивает условия начального воспламенения; внешний (периферийный) поток на начальном участке не принимает участие в формировании топливо-воздушной смеси, обеспечивая замедленное смесеобразование, необходимое для ограничения образования оксидов азота в факеле.
Недостатком данного технического решения является высокая концентрация окислов азота в продуктах сгорания, т.к. аэросмесь поступает в топку в виде закрученных потоков, что обеспечивает интенсификацию горения, образуется короткий факел, повышается эффективность выгорания пылевидного топлива.
Известна двухканальная пылеугольная горелка с низким выходом окислов азота (RU 2038535, МПК 6 F23D 1/00), содержащая корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайкой, образующими периферийный и внутренний кольцевые каналы для подачи соответственно вторичного воздуха и топливовоздушной смеси и рассекатель потока, установленный на выходе из внутреннего канала.
Между кольцевым каналом аэросмеси (внутренний канал) и соосно установленным кольцевым каналом вторичного воздуха (периферийный канал) организован дополнительно непроточный канал, пространственно разделяющий потоки аэросмеси и вторичного воздуха.
x
2
Известно, что для снижения NO необходимо формирование на начальном участке факела зоны с недостатком кислорода. При сжигании некоторой части топлива в этой зоне происходит термическое разрушение азотсодержащих соединений в угольной массе с выделением атомарного азота. В условиях отсутствия свободного кислорода атомарный азот образует молекулярный нейтральный азот N. Формирование такой структуры пылеугольного факела обеспечивается размещением непроточного канала между каналом аэросмеси и вторичного воздуха.
Недостатком данного технического решения является то, что при малом избытке первичного воздуха в потоке аэросмеси, недостаточного для начального воспламенения аэросмеси, пространственное разделение потоков аэросмеси и вторичного воздуха нарушает условия начального воспламенения аэросмеси, т.к. доля воздуха, необходимого для воспламенения, составляет около 25-30% для необходимого выгорания топлива.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является двухпоточная пылеугольная горелка (Б.Г. Айзен, И.Н. Ромашко. И.А. Сотников «Горелочные устройства котлов и ЗиО», Энергоатомиздат. 1984, содержащая корпус с входным патрубком для внешнего канала вторичного воздуха и выходным патрубком для внутреннего канала вторичного воздуха, разделенных перегородкой. В каждом из каналов вторичного воздуха установлены лопатки для организации крутки воздуха. Для внешнего канала вторичного воздуха лопатки управляются поворотным механизмом. Подача аэросмеси в горелку от различных нылесистем осуществляется по входным патрубкам для внешнего и внутреннего каналов аэросмеси. По оси горелки установлена центральная труба, служащая для размещения форсунки, датчика контроля факела.
Недостатком данного технического решения является высокая концентрация окислов азота в продуктах сгорания, т.к. два равных по мощности и углу закрутки концентричных потока вторичного воздуха, разделенные тонкостенной кольцевой перегородкой, развиваются на выходе из горелки как единый монолитный поток. При такой ситуации торможение смешения с аэросмесыо. задержка формирования топливо-воздушной смеси не достигаются, следовательно, не ограничивается образование окислов азота.
3
Из практики известно, что концентрация окислов азота в дымовых газах практически на всех эксплуатируемых подобных горелках составляет 950-1100 мг/нм.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в обеспечении эффективных условий воспламенения и выгорания топлива за счет пространственного размежевания обоих потоков вторичного воздуха путем организации между ними непроточного (слабо вентилируемого) канала.
Для решения поставленной задачи, в двухпоточной пылеугольной горелке, содержащей корпус, центральную трубу с примыкающими к ней двумя кольцевыми концентричными каналами аэросмеси, охватывающими их двух кольцевых концентричных канала вторичного воздуха с автономными входными воздушными патрубками, согласно изобретению, между двумя смежными кольцевыми каналами вторичного воздуха выполнен непроточный слабо вентилируемый кольцевой канал, разделяющий оба потока вторичного воздуха по всей длине горелке, выполненный с отверстиями на концах.
Технический результат, достигаемый предлагаемым решением, заключается в снижении выбросов окислов азота.
Достижение заявленного технического результата осуществляется за счет пространственного размежевания обоих потоков вторичного воздуха путем организации между ними промежуточного кольцевого непроточного (слабо вентилируемого) канала. В результате этого процесс смесеобразования затягивается, что благоприятно сказывается на предотвращении образования окислов азота.
Предлагаемая пылеугольная горелка поясняется чертежом.
Пылеугольная горелка содержит корпус 1, входной патрубок вторичного воздуха 2, разделенный перегородкой 4 на два отдельных входных патрубка 3 и 5 для внешнего и внутреннего каналов соответственно 9 и 12 с закручивающими лопатками 11 и 13, центральную трубу 8 с примыкающими к ней концентричными каналами аэросмеси 14 и 15 с закручивающими лопатками соответственно 16.17. Входной патрубок 6 внешнего потока аэросмеси и патрубок 7 внутреннего потока аэросмеси. Устройство регулирования поворота лопаток внешнего канала вторичного воздуха. В горелке выполнен промежуточный непроточный канал 18 с отверстиями 19, 20 для ввода и сброса вентилирующего воздуха, который разделяет оба концентричных потока вторичного воздуха.
Таким образом, использование в обеих горелках разделительного непроточного канала создает качественно различные результаты. В горелке с разделением двух концентричных потоков вторичного воздуха пространственное размежевание обоих потоков вторичного воздуха путям организации между ними промежуточного кольцевого непроточного (слабо вентилируемого) канала, не нарушая условий начального воспламенения, создает условия для снижения интенсивности процессов смесеобразования путем торможения смешения обоих потоков вторичного воздуха, снижения интенсивности образования окислов азота.
Поскольку подача вторичного воздуха в горелку осуществляется постоянно в оба канала вторичного воздуха независимо от отключения одного из потоков аэросмеси, то во всех режимах работы такой сдвоенной непроточный промежуточный канала обеспечивает пространственный разрыв между обоими потоками вторичного воздуха на выходе из горелки и на определенном удалении от выходного сечения.
x
Опытная проверка партии предлагаемой конструкции двухпоточных горелок была проведена на нескольких котлах БК3-420 (производительность 420 т/ч, топливо - экибастузский уголь), подтвердила снижение концентрацию NO в дымовых газах не менее чем на 27%.