РАСТОПОЧНАЯ УГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА
KINDLING COAL BURNER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и печном хозяйстве предприятий при сжигании распыленного водоугольного топлива или пылевоздушной смеси.
Известен способ воспламенения угольной пыли кольцевой горелкой и устройство для его осуществления (US №4466363 А1, МПК F23D 1/00, оп. 21.08.1984 г.). Это устройство содержит корпус с центральной воспламенительной пылеугольной горелкой и коаксиальными воздушными и пылеугольными каналами. На конце воспламенительной пылеугольной горелки выполнен электрический воспламенитель пламени. В воздушных каналах установлены завихрители потоков воздуха с ручным управлением.
Недостатками конструкции этой горелки являются сложность регулирования расходов первичного и вторичного воздуха, относительная затянутость во времени процесса растопки горелки по причине последовательного розжига сначала внутренней вспомогательной горелки, а затем внешней, основной, что увеличивает расход топлива на растопку, сложность и громоздкость конструкции, возможность шлакования и обгорания большого количества стальных цилиндрических обечаек, а также значительный износ элементов горелки. Для растопки вспомогательной горелки используют мазут или газ, которые являются дорогостоящими и дефицитными на многих теплоэлектростанциях, а их стоимость постоянно растет.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является растопочная пылеугольная горелка, содержащая корпус с обмуровкой, соосный патрубок (канал) подачи пылевоздушной смеси, вспомогательную жидкотопливную или газовую горелку (RU №2174649 С2, МПК F23D 1/00, оп. 10.10.2001 г.). В горелке дополнительно установлена вспомогательная или газовая горелка, устье патрубка подачи пылевоздушной смеси выполнено щелевым, при этом вспомогательные жидкотопливные или газовые горелки размещены симметрично относительно продольной оси щелевого устья патрубка подачи пылевоздушной смеси, а обмуровка выполнена излучающей. Недостатком этой горелки является использование мазута или газа для нагрева излучающей обмуровки горелки для дальнейшего сжигания пылеугольного топлива. Настоящая горелка не предназначена для сжигания водоугольного топлива. На многих тепловых электростанциях и котельных мазут и газ являются дефицитными, а их стоимость постоянно растет.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении сжигания пылеугольного или водоугольного топлива в горелке, в которой используется для ее разогрева электрическая энергия.
Указанный технический результат достигается тем, что в растопочной угольной горелке, содержащей корпус с излучающей обмуровкой, на входе горелки выполнен соосный канал подачи пылевоздушной смеси, в корпусе горелки выполнены тангенциальные сопла подачи вторичного воздуха, а на выходном конце корпуса выполнен конфузор и коаксиальный цилиндрический канал подачи третичного воздуха в топку котла, согласно изобретению, в излучающей обмуровке корпуса горелки, равномерно по его окружности, установлены электрические нагреватели, в центре канала подачи пылевоздушной смеси установлен канал подачи водоугольного топлива с форсункой водоугольного топлива, а коаксиально каналу подачи пылевоздушной смеси выполнен канал подачи первичного воздуха.
Кроме того, электрические нагреватели выполнены длиной от входа канала первичного воздуха в горелку и до конфузора.
Кроме того, в коаксиальном канале подачи пылевоздушной смеси и в коаксиальном канале подачи первичного воздуха выполнены завихрители потоков, соответственно, пылевоздушной смеси и первичного воздуха.
Кроме того, в коаксиальном цилиндрическом канале подачи третичного воздуха в топку котла установлены поворотные лопатки.
Кроме того, тангенциальные сопла подачи вторичного воздуха установлены в несколько рядов по длине корпуса горелки и равномерно по его окружности.
Кроме того, выходные части тангенциальных сопел подачи вторичного воздуха в корпусе горелки выполнены прямоугольной плоскощелевой формы и снабжены поворотными лопатками.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена растопочная угольная горелка в разрезе; на фиг.2 - разрез по А-А по фиг.1 (увеличено).
Растопочная угольная горелка состоит из корпуса 1 с огнеупорной излучающей обмуровкой 2. На входе горелки установлен соосный канал 3 подачи водоугольного топлива с форсункой 4 водоугольного топлива на его конце и коаксиальные каналы 5 и 6 для подачи, соответственно, пылевоздушной смеси и первичного воздуха. Коаксиальные каналы 5 и 6 снабжены соответственно завихрителями 7 и 8 потоков пылевоздушной смеси и первичного воздуха.
В корпусе 1 горелки установлены тангенциальные сопла 9 подачи вторичного воздуха. Они расположены в несколько рядов по длине корпуса 1 горелки и равномерно (например, через 90º) по его окружности. Выходные части тангенциальных сопел 9 выполнены прямоугольной плоскощелевой формы и снабжены поворотными лопатками 10.
На выходном конце корпуса 1 горелки выполнен коаксиальный цилиндрический канал 11 для подачи дополнительного третичного воздуха в топку котла. В нем установлены поворотные лопатки 12. На выходном конце корпуса 1 горелки выполнен конфузор 13.
В огнеупорной излучающей обмуровке 2 корпуса 1 горелки равномерно по его окружности выполнены электрические нагреватели 14, которые электрически соединены с источником тока (не показан). Электрические нагреватели 14 выполнены длиной от входа канала 6 первичного воздуха в горелку и до конфузора 13.
Растопочная угольная горелка работает следующим образом. В качестве сжигаемого топлива для работы горелки может использоваться водоугольное топливо или пылевоздушная смесь. В первом случае водоугольное топливо подается в корпус 1 горелки через канал 3 и форсунку 4, во втором случае пылевоздушная смесь подается в корпус 1 горелки через канал 5.
Для растопки горелки включают электрические нагреватели 14, которые прогревают огнеупорную излучающую обмуровку 2 от входа канала 6 первичного воздуха до конфузора 13, т.е. на всю их длину. Прогрев этой части горелки необходим и достаточен для дальнейшей растопки сжигаемого топлива и позволяет экономить электроэнергию. Затем в коаксиальный канал 6 подают первичный (растопочный) воздух, необходимый для быстрого воспламенения и надежного горения сжигаемого топлива. Завихритель 8 потока первичного воздуха в коаксиальном канале 6 закручивает поток первичного воздуха, а последний закручивает сжигаемое топливо (водоугольное топливо или пылевоздушную смесь). Выполнение канала 3 и форсунки 4 соосными, а каналов 6 и 7 коаксиальными позволяет сжигаемому топливу и первичному воздуху равномерно перемешиваться внутри корпуса 1 горелки. Дополнительной крутке пылевоздушной смеси способствует и завихритель 7 потока в канале 5. Эффективное смешение первичного воздуха со сжигаемым топливом улучшает смесеобразование, а значит, его воспламенение и сгорание. Первичный воздух также охлаждает каналы 3 и 5, через которые сжигаемое топливо (водоугольное топливо или пылевоздушная смесь) поступает в полость горелки. Под действием высокой температуры прогретое сжигаемое топливо начинает интенсивно газифицироваться. Получаемый газ горит, дополнительно нагревая сжигаемое топливо, что способствует его дальнейшей газификации.
После прогрева огнеупорной излучающей обмуровки 2 до 700-900°C электрические нагреватели 14 отключаются, дальнейшая газификация, нагрев и воспламенение сжигаемого топлива будет происходить за счет излучения тепла огнеупорной излучаемой обмуровкой 2. Нагрев вышеуказанной обмуровки, в свою очередь, в дальнейшем будет поддерживаться сжиганием топлива внутри корпуса горелки.
При стабильном факеле сжигаемого топлива часть воздуха в качестве вторичного подают по тангенциальным соплам 9 в корпус 1 горелки, а остальную часть в качестве третичного воздуха подают по коаксиальному цилиндрическому каналу 11 в топку котла. При этом вторичный воздух, подаваемый через сопла 9, закручивает сжигаемое топливо и продвигает его к выходу горелки. Сопла 9 позволяют по необходимости перераспределить воздух по всей длине горелки. Выходные части сопел 9 выполнены прямоугольной плоскощелевой формы, что позволяет установить в них поворотные лопатки 10. Поворотные лопатки 10 и 12 позволяют регулировать аэродинамику горелки и процессы горения.
Конфузор 13 позволяет усилить рециркуляцию горячих газов к устью горелки, в результате чего происходит более быстрый прогрев сжигаемого топлива и его быстрое воспламенение. Дожигание сжигаемого топлива происходит на выходе потока из корпуса 1 горелки в топку при его смешении с третичным воздухом, подаваемым через коаксиальный цилиндрический канал 11.
В случае кратковременного погасания факела в горелке по какой-либо причине, например, кратковременного прекращения подачи сжигаемого топлива, последующее его зажигание пройдет за счет излучения тепла огнеупорной обмуровкой 2 корпуса 1, обладающей значительным запасом тепловой энергии.
Предлагаемая растопочная угольная горелка использует для своего разогрева электроэнергию, что позволяет отказаться от дефицитного и дорогостоящего жидкого или газового топлива. Растопочная угольная горелка может работать на водоугольном топливе или пылевоздушной смеси. Растопочная угольная горелка может быть использована для стабилизации горения (поддержки факела) основных горелок в топках котлов при сжигании любых твердых топлив, в том числе и низкореакционных и забалластированных углей на тепловых электростанциях, в промышленных и бытовых котельных, в печном хозяйстве предприятий.