ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА С ПОВОРОТНОЙ ВЫХОДНОЙ ЧАСТЬЮ

Область использования
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в качестве пылеугольной горелки для котлов тепловых электростанций и промышленных котельных.
Уровень техники
Известна принятая в качестве прототипа заявляемой полезной модели пылеугольная горелка, содержащая соединенные между собой с помощью дистанционирующих элементов: центральный трубопровод для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального трубопровода соосно с ним по меньшей мере один трубопровод для прямоточной подачи аэросмеси с установленными в каждом из них равномерно по окружности делителями потока, каждый из которых выполнен с остроконечным входным рассекателем, и по меньшей мере один трубопровод вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным завихрителем. При этом в плоской стенке каждого рассекателя расположен желоб (RU 139936 U1, F23D 1/02, опубликовано: 27.04.2014 далее - [1]).
Недостаток известной из [1] пылеугольной горелки заключается в том, что ее конструкция не обеспечивает возможность поворота выходной части пылеугольной горелки в вертикальной плоскости, что не позволяет менять положение факела по высоте топки котла при работе горелки с целью снижения влияния распределения температуры на выходе из топки котла на изменение тепловосприятия и износ металла трубопроводов пароперегревателей при возникновении шлакования поверхностей нагрева из-за изменении химического состава сжигаемого угля.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является снижение влияния распределения температуры на выходе из топки котла на изменение тепловосприятия и износ металла трубопроводов пароперегревателей при возникновении шлакования поверхностей нагрева из-за изменении химического состава сжигаемого угля, а техническим результатом - обеспечение возможности поворота выходной части пылеугольной горелки в вертикальной плоскости с целью изменения положения факела по высоте топки котла при работе пылеугольной горелки.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата применительно к заявляемой полезной модели обеспечивается тем, что пылеугольная горелка содержит соединенные между собой: центральный трубопровод для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального трубопровода соосно с ним по меньшей мере один трубопровод для подачи аэросмеси и по меньшей мере один трубопровод вторичного воздуха. При этом каждый из вышеуказанных трубопроводов разделен на неподвижную и подвижную части, которые соединены между собой с помощью шарнирных соединений. Причем неподвижные части вышеуказанных трубопроводов соединены между собой с помощью первой группы дистанционирующих элементов, а подвижные части вышеуказанных трубопроводов соединены между собой с помощью второй группы дистанционирующих элементов. Причем к внешней стенке крайнего трубопровода вторичного воздуха прикреплены два вала, которые установлены в закрепленных на опорах подшипниках. При этом на внешней стенке крайнего трубопровода вторичного воздуха закреплены внешние боковые опоры, соединенные с подвижными рамами, которые присоединены к пневмопоршням. Причем пневмопоршни выполнены с возможностью обеспечения поворота в вертикальной плоскости всех подвижных частей вышеуказанных трубопроводов на угол в диапазоне от -15° до +15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей вышеуказанных трубопроводов.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
В обычных условиях эксплуатации сильное изменение характеристик сжигаемого угля, зависящее от изменения его химического состава, может приводить к образованию шлаковых отложений как на топочных экранах, так и на пароперегревательных поверхностях нагрева на выходе из топки. Шлакующие свойства углей определяются составом их минеральной части, в частности - соотношением «кислых» и «основных» оксидов в золе. Шлакующие свойства могут сильно колебаться даже в угле одной марки, добываемом из разных разрезов, поэтому проблема шлакования часто является ключевой для угольных котлов.
При возникновении шлаковых отложений на поверхности нагрева данная поверхность начинает хуже воспринимать тепло. А перераспределение тепловосприятия между поверхностями приводит к изменению температуры газов на выходе из топки и температуры перегретого пара. Причем в зависимости от места образования шлаковых отложений влияние на распределение температуры может быть различным. Если шлакованию подвергаются экраны топки, то тогда топка воспринимает меньше тепла, и температура газов на выходе из топки растет. На выходе из топки находятся пароперегревательные поверхности нагрева, и при росте температуры газов они начинают воспринимать больше тепла, что приводит к росту температуры перегретого пара. Если шлакованию подвергаются пароперегревательные поверхности нагрева, то их тепловосприятие снижается, и тогда температура перегретого пара падает.
Любое изменение температуры перегретого пара недопустимо по условиям эксплуатации котла, так как она должна поддерживаться постоянной в любом режиме. Изменение температуры газов на выходе из топки также приводит к следующим негативным последствиям в работе котельной установки. В случае роста температуры газов на выходе из топки ухудшается надежность работы металла труб пароперегревательных поверхностей нагрева, и появляется риск шлакования полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева, шлакование приводит к снижению КПД котла, аварийным остановам котла и другим негативным последствиям.
Выполнение выходной части горелки поворотной позволит изменять высоту положения факела в топке в зависимости от химического состава сжигаемого угля с целью уменьшения вероятности возникновения шлакования и изменения температур газов на выходе из топки и температуры перегретого пара.
В результате проведенных испытаний была выявлена общая закономерность поворота горелки по вертикали при изменении температуры перегретого пара. Горелка устанавливается в нижней части топки, а пароперегревательные поверхности располагаются на выходе из топки, в ее верхней части. Если наблюдается рост температуры перегретого пара, то тогда имеет место шлакование экранов топки и повышенное тепловосприятие пароперегревательных поверхностей нагрева. В этом случае осуществляют поворот всех подвижных частей трубопроводов горелки в вертикальной плоскости на угол -15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей трубопроводов. Таким образом, факел сместится вниз, экраны топки воспримут больше тепла, тепловосприятие пароперегревательных поверхностей упадет, температура перегретого пара снизится. При снижении температуры перегретого пара осуществляют поворот всех подвижных частей трубопроводов горелки в вертикальной плоскости на угол +15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей трубопроводов, чтобы повысилась температура на выходе из топки, пароперегревательные поверхности восприняли больше тепла, и выросла температура перегретого пара.
Таким образом, с помощью заявляемой пылеугольной горелки удается поддерживать постоянным уровень температур газов на выходе из топки и уровень температуры перегретого пара. Поэтому при использовании заявляемой горелки по сравнению с использованием известной из [1] пылеугольной горелки обеспечивается более эффективная работа котельной установки по условиям риска шлакования поверхностей нагрева в условиях сильного колебания свойств сжигаемого угля в зависимости от изменения его химического состава.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид аксонометрической проекции с входной стороны пылеугольной горелки, установленной в нижней части топки. На фиг. 2 представлен вид аксонометрической проекции с выходной стороны пылеугольной горелки, установленной в нижней части топки. На фиг. 3 представлен вид сбоку пылеугольной горелки, установленной в нижней части топки. На фиг. 4 представлен вид с выходной стороны пылеугольной горелки, установленной в нижней части топки. На фиг. 5 представлен вид в сечении А-А пылеугольной горелки, установленной в нижней части топки. На фиг. 6 представлен вид сверху подвижной части пылеугольной горелки. На фиг. 7 представлен вид с выходной стороны подвижной части пылеугольной горелки. На фиг. 8 представлен вид аксонометрической проекции подвижной рамы, соединенной с пневмопоршнями. На фиг. 9 представлен вид сбоку подвижной части пылеугольной горелки. На фиг. 10 представлен вид сбоку подвижной части пылеугольной горелки, повернутой в вертикальной плоскости на угол +15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей трубопроводов. На фиг. 11 представлен вид сбоку подвижной части пылеугольной горелки, повернутой в вертикальной плоскости на угол -15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей трубопроводов. На фиг. 12 представлено соединение фланцев подвижной части горелки и экрана топки. На фиг. 13 представлено соединение фланцев подвижной части горелки и экрана топки в сечении Б-Б.
Перечень позиций чертежей
1.1 - прямая цилиндрическая труба;
1.2 - прямая цилиндрическая труба;
1. 3 - прямая цилиндрическая жаропрочная насадка;
2.1 - повернутая под углом 90° цилиндрическая труба;
2.2 - прямая цилиндрическая труба;
2.3 - прямая цилиндрическая труба;
2.4 - прямая цилиндрическая жаропрочная насадка;
3.1 - прямая цилиндрическая труба с боковым прямоугольным подводом;
3.2 - сужающаяся прямоугольная труба;
3.3 - сужающаяся прямоугольная труба;
3.4 - прямая цилиндрическая труба;
3.5 - прямая цилиндрическая жаропрочная насадка;
4 - валы;
5 - двутавровые опоры;
6 - подшипники;
7 - внешние боковые опоры;
8 - подвижная рама;
9 - штоки;
10 - пневмопоршни;
11, 12 - фланцы;
13 - тканевые компенсаторы;
14 - пластина;
15 - рельсы;
16 - нижняя часть топки;
17, 18, 19, 20 - дистанционирующие элементы;
21 - корпус ролика;
22 - ролик;
23 - оси;
24 - болты;
25 - шайбы;
26 - гайки;
α - угол поворота подвижной части пылеугольной горелки.
Осуществление полезной модели
Ниже представлен частный пример конструкции заявляемой пылеугольной горелки и принцип ее работы.
Пылеугольная горелка содержит: центральный трубопровод для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального трубопровода один трубопровод для подачи аэросмеси, и один трубопровод вторичного воздуха. Центральный трубопровод для размещения растопочного устройства содержит: неподвижную часть, представляющую собой прямую цилиндрическую трубу 1.1, выполненную из Стали 20 (СТ20, ГОСТ 1050-2013); и подвижную часть, представляющую собой последовательно соединенные с помощью сварки прямую цилиндрическую трубу 1.2, выполненную из Стали 20, и прямую цилиндрическую жаропрочную насадку 1.3, выполненную из стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5949-2018). При этом прямая цилиндрическая труба 1.1 соединена с прямой цилиндрической трубой 1.2 с помощью шарнирного соединения. Трубопровод для подачи аэросмеси содержит: неподвижную часть, представляющую собой последовательно соединенные с помощью сварки повернутую под углом 90° цилиндрическую трубу 2.1, выполненную из Стали 20, и прямую цилиндрическую трубу 2.2, выполненную из Стали 20; и подвижную часть, представляющую собой последовательно соединенные с помощью сварки прямую цилиндрическую трубу 2.3, выполненную из Стали 20, и прямую цилиндрическую жаропрочную насадку 2.4, выполненную из Стали 20. При этом прямая цилиндрическая труба 2.2 соединена с прямой цилиндрической трубой 2.3 с помощью шарнирного соединения. Трубопровод вторичного воздуха содержит: неподвижную часть, представляющую собой последовательно соединенные с помощью сварки цилиндрическую трубу с боковым прямоугольным подводом 3.1, выполненную из Стали 20, и сужающуюся прямоугольную трубу 3.2, выполненную из Стали 20; и подвижную часть, представляющую собой последовательно соединенные сужающуюся прямоугольную трубу 3.3, выполненную из Стали 20, прямую цилиндрическую трубу 3.4, выполненную из Стали 20, и прямую цилиндрическую жаропрочную насадку 3.5, выполненную из стали 12Х18Н10Т. При этом сужающаяся прямоугольная труба 3.2 соединена с сужающейся прямоугольной трубой 3.3 с помощью шарнирного соединения. Прямая цилиндрическая труба 1.1 проходит через отверстие в повернутой под углом 90° цилиндрической трубе 2.1 и приварена к нему. Прямая цилиндрическая труба 2.2 проходит через отверстие в торцевой стенке цилиндрической трубы с боковым прямоугольным подводом 3.1 и приварена к нему. Прямая цилиндрическая труба 2.2, цилиндрическая труба с боковым прямоугольным подводом 3.1 и сужающаяся прямоугольная труба 3.2 расположены вокруг прямой цилиндрической трубы 1.1 соосно с ней. При этом неподвижные части всех вышеуказанных трубопроводов соединены между собой с помощью первой группы дистанционирующих элементов 17, 18, которые выполнены в виде пластинок из Стали 20. Цилиндрическая труба 1.1 соединена с цилиндрической трубой 2.2 с помощью дистанционирующего элемента 17, а сужающаяся прямоугольная труба 3.2 соединена с цилиндрической трубой 2.2 с помощью дистанционирующего элемента 18. Прямая цилиндрическая труба 2.3, сужающаяся прямоугольная труба 3.3 и прямая цилиндрическая труба 3.4 расположены вокруг прямой цилиндрической трубы 1.2 соосно с ней. При этом подвижные части всех вышеуказанных трубопроводов соединены между собой с помощью второй группы дистанционирующих элементов 19, 20, которые выполнены в виде пластинок из Стали 20. Прямая цилиндрическая труба 1.2 соединена с прямой цилиндрической трубой 2.3 с помощью дистанционирующего элемента 19, а прямая цилиндрическая труба 3.4 соединена с прямой цилиндрической трубой 2.3 с помощью дистанционирующего элемента 20 (фиг. 1, 2, 3, 5).
К внешней стенке подвижной части трубопровода вторичного воздуха в месте расположения шарнирного соединения приварены два выполненных из Стали 20 вала 4, которые установлены в закрепленных на двутавровых опорах 5, выполненных из Стали 20, радиально-торцевых подшипниках 6. При этом на внешней стенке прямой цилиндрической трубы 3.4 закреплены выполненные из Стали 20 внешние боковые опоры 7, имеющие корпуса 21, в которых установлены ролики 22, соединенные с осями 23, которые закреплены на подвижной раме 8, выполненной из Стали 20. Подвижная рама 8 установлена на штоках 9 и присоединена к пневмопоршням 10, которые подключены к управляющей станции (на фиг. не показана) и выполнены с возможностью обеспечения поворота в вертикальной плоскости всех подвижных частей вышеуказанных трубопроводов на угол а в диапазоне от -15° до +15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей вышеуказанных трубопроводов (Фиг. 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11).
Пылеугольная горелка установлена в нижней части топочной камеры следующим образом.
Прямой цилиндрический трубопровод 3.4 продет в отверстие в выполненной из Стали 20 пластине 14 с зазором. При этом пластина 14 установлена на двух рельсах 15, закрепленных вертикально по краям от отверстия в нижней части топки 16. К внешней стенке прямого цилиндрического трубопровода 3.4 приварены фланцы 11, а к наружной стенке пластины 14 вокруг отверстия в ней приварены фланцы 12. Фланцы 11 и 12 соединены между собой с помощью четырех тканевых компенсаторов 13, которые выполнены из ткани на основе силикатных волокон. Тканевые компенсаторы 13 прикручены с помощью болтов 24, шайб 25 и гаек 26 к торцевой поверхности фланцев 11 и внешней боковой поверхности фланцев 12 (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 12, 13).
Работа пылеугольной горелки осуществляется следующим образом.
В центральный трубопровод помещают съемное растопочное устройство (на фиг. не показано), оборудованное паромеханической форсункой ФПМ-2000, через которую в топку подают паромазутную смесь, и осуществляют ее воспламенение. После осуществления растопки котла прекращают подачу паромазутной смеси через форсунку и вынимают растопочное устройство из центрального трубопровода. При этом в повернутую под углом 90° цилиндрическую трубу 2.1 подают аэросмесь, а в цилиндрическую трубу с боковым прямоугольным подводом 3.1 через подвод подают вторичный воздух. При выходе в топку струя аэросмеси оказывается окруженной вторичным воздухом и осуществляется ее воспламенение.
Пылеугольная горелка установлена в нижней части топки, а пароперегревательные поверхности нагрева (на фиг. не показаны) расположены на выходе из топки, в ее верхней части. Если в результате изменения химического состава сжигаемого угля наблюдается рост температуры перегретого пара, которая фиксируется с помощью датчика температуры перегретого пара (на фиг. не показан), то тогда имеет место шлакование экранов топки и повышенное тепловосприятие пароперегревательных поверхностей нагрева. В этом случае на управляющую станцию поступает сигнал от датчика температуры перегретого пара и осуществляется поворот всех подвижных частей трубопроводов пылеугольной горелки в вертикальной плоскости на угол -15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей трубопроводов путем воздействия на пневмопоршни 10. Таким образом, факел сместится вниз, экраны топки воспримут больше тепла, тепловосприятие пароперегревательных поверхностей упадет, и температура перегретого пара снизится (фиг. 11).
Если в результате изменения химического состава сжигаемого угля наблюдается снижение температуры перегретого пара, то тогда имеет место шлакование пароперегревательных поверхностей нагрева и повышенное тепловосприятие экранов топки. В этом случае на управляющую станцию поступает сигнал от датчика температуры перегретого пара и осуществляется поворот всех подвижных частей трубопроводов пылеугольной горелки в вертикальной плоскости на угол +15° относительно продольной оси симметрии неподвижных частей трубопроводов путем воздействия на пневмопоршни 10. Таким образом, факел сместится вверх, пароперегревательные поверхности воспримут больше тепла, тепловосприятие экранов топки упадет, и температура перегретого пара повысится (фиг. 10). Входным сигналом для управляющей станции может также служить сигнал от датчика температуры газов на выходе из топки (на фиг. не показан). Управление пневмопоршнями 10 с целью поворота выходной части горелки на нужный угол также может осуществляться оператором вручную с помощью управляющей станции.
Таким образом, с помощью заявляемой пылеугольной горелки удается поддерживать постоянным уровень температур газов на выходе из топки и уровень температуры перегретого пара, что обеспечивает более эффективную работу котельной установки по условиям риска шлакования поверхностей нагрева в условиях сильного колебания свойств сжигаемого угля в зависимости от изменения его химического состава.
Промышленная применимость
Заявляемая пылеугольная горелка отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области теплоэнергетики.