Горелочное устройство (варианты)
BURNER DEVICE (VERSIONS)

Изобретение относится к области энергетики, к горелочным устройствам котла, и может быть использовано в котельной технике.
Известно горелочное устройство, содержащее сопла аэросмеси и вторичного воздуха с рассредоточенной подачей аэросмеси (Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов под редакцией Э.Х. Вербовецкого и Н.Г. Жмерика, стр. 120, черт. 9.13).
К недостатку известного устройства относится использование аэросмеси или пылегазовой смеси, поступающей в сопла горелочного устройства после мельницы. Указанные смеси пылевидного топлива и относительно «холодного» отработавшего сушильного агента затрудняют воспламенение топлива и приводят к затягиванию его горения, особенно при работе котлов на углях повышенной влажности и зольности. Также к недостатку данного устройства следует отнести повышенное содержание кислорода в аэросмеси и пылегазовой смеси, что способствует более высокой генерации оксидов азота.
С целью отделения части балласта в виде влажного отработавшего сушильного агента от основной массы пылевидного топлива, которое поступает в основные горелочные устройства в котельной технике применяют специальные устройства - пылеконцентраторы (Пылеконцентраторы в топочной технике. Маслов В.Е. Энергия, 1977 г. стр. 30-33). Наиболее эффективным видом пылеконцентратора является центробежный пылеконцентратор, который по сравнению с жалюзийными и коленообразными имеет более высокую степень отделения пыли.
Известно горелочное устройство, содержащее корпус, каналы вторичного воздуха, соединенное с пылеконцентратором, в котором установлен лопаточный аппарат и отводы слабозапыленного и концентрированного потоков. Эти отводы соединены посредством пылепроводов с каналами слабозапыленного и концентрированного потоков аэросмеси. Канал слабозапыленной аэросмеси находится в сбросной горелке, расположенной над коробчатым корпусом основной горелки (Оксиды азота и теплоэнергетика, ООО «ЭСТ-М», 2001 г. Ходаков Ю.С. стр. 166, 167 Рис. 4.27).
Указанное горелочное устройство является наиболее близким по своему техническому решению к заявленному и принято за прототип.
Недостатком известного горелочного устройства, принятого за прототип, является повышенная ограниченность его применения для относительно высококалорийных топлив, особенно с низкими плавкостными характеристиками золы, что вызывает опасность шлакования и высокотемпературной коррозии поверхностей нагрева топочной камеры котла, и, как следствие, приводит к снижению его производительности. Высококонцентрированный горелочный поток с низким содержанием кислорода формирует восстановительную среду в области поверхностей нагрева топки, которая способствует дополнительно снижению плавкостных характеристик минеральной части топлива, что, в свою очередь, усиливает шлакование и высокотемпературную коррозию поверхностей нагрева топки котла.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными, или эквивалентными предлагаемым. При этом, предлагаемое техническое решение не вытекает явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем.
Заявляемое техническое решение позволяет, за счет установки канала слабозапыленного потока в корпусе горелки, путем поступления слабозапыленной горелочной струи в основную зону горения увеличить ее время пребывания в этой зоне, что приводит к глубокому выгоранию частиц топлива, находящихся в этой струе и, соответственно, к снижению потерь с неполнотой сгорания топлива, что увеличивает КПД котла. Кроме того, это решение позволяет снизить генерацию оксидов азота на начальном участке угольного факела, за счет снижения его температуры в зоне активного горения и организации горизонтальной ступенчатости горения, благодаря присутствию в указанной зоне концентрированного и слабозапыленного потоков. Подача слабозапыленного потока к внешней окружности создает окислительную среду по периферии факела и предохраняет поверхность нагрева топочной камеры от шлакования и коррозии концентрированной горелочной струей. При этом установка регулирующего клапана позволяет, при необходимости, изменять расход слабозапыленного потока.
Предложено горелочное устройство (вариант 1), содержащее корпус, каналы вторичного воздуха, соединенное с пылеконцентратором, с установленным внутри него лопаточным аппаратом и отводами слабозапыленного и концентрированного потоков, соединенных посредством пылепроводов с каналами слабозапыленного и концентрированного потоков, при этом, каналы слабозапыленного и концентрированного потоков расположены внутри корпуса горелки по разные стороны от вертикальной оси, а в пылепроводе слабозапыленного потока установлен регулирующий клапан.
Предложено горелочное устройство (вариант 2), состоящее из основной и сбросной горелок, соединенное с пылеконцентратором с установленным внутри него лопаточным аппаратом и отводами слабозапыленного и концентрированного потоков, соединенных посредством пылепроводов с каналами слабозапыленного и концентрированного потоков, размещенных совместно с каналами вторичного воздуха внутри корпуса основной горелки, а также сбросную горелку, расположенную над корпусом основной горелки, при этом, отвод слабозапыленного потока от пылеконцентратора разделен на два отводящих патрубка, соединенных через пылепроводы с каналами слабозапыленного потока основной горелки и со сбросной горелкой, а в пылепроводах слабозапыленных потоков установлены регулирующие клапаны.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства (вариант 1), на фиг. 2 - вид сверху устройства с топочной камерой (вариант 1), а на фиг. 3 - вид А устройства со стороны топочной камеры (вариант 1), на фиг. 4 - профиль общего вида устройства (вариант 2). на фиг. 5 - вид сверху устройства с топочной камерой (вариант 2), а на фиг. 6 - вид А устройства со стороны топочной камеры (вариант 2).
Горелочное устройство (вариант 1) соединено с пылеконцентратором 1, с установленными внутри него лопаточным аппаратом 2, патрубком концентрированного потока 3, отводом слабозапыленного потока 4, соединенным с патрубком слабозапыленного потока 5. Патрубки концентрированного 3 и слабозапыленного 5 потоков соединены посредством пылепроводов 6 и 7 с каналами концентрированного 8 и слабозапыленного 9 потоков. Каналы концентрированного 8, слабозапыленного 9 потоков и каналы подачи вторичного воздуха 10 размещены внутри корпуса горелки 11. В пылепроводе слабозапыленного потока 7 установлен регулирующий клапан 12.
Горелочное устройство (вариант 2) соединено с пылеконцентратором 1, с установленными внутри него лопаточным аппаратом 2, патрубком концентрированного потока 3, отводом слабозапыленного потока 4, соединенным с патрубками слабозапыленного потока 5 и 13. Патрубки концентрированного 3 и слабозапыленного 5 потоков соединены посредством пылепроводов 6 и 7 с каналами концентрированного 8 и слабозапыленного 9 потоков. Каналы концентрированного 8, слабозапыленного 9 потоков и каналы подачи вторичного воздуха 10 размещены внутри корпуса горелки 11. Патрубок слабозапыленного потока 13 соединен через пылепровод 14 со сбросной горелкой 15. В пылепроводах слабозапыленного потока 7 и 14 установлены соответственно регулирующие клапаны 12 и 16.
Горелочное устройство (вариант 1) работает следующим образом. Готовая пыль совместно с отработанным сушильным агентом поступает в пылеконцентратор 1. В пылеконцентраторе 1 лопаточным аппаратом 2 пылегазовая смесь закручивается в результате воздействия на частицы топлива центробежной силы, за счет которой основная масса пылевидного топлива поступает на периферию и, далее, через патрубок 3 концентрированного потока и пылепровод 6 подается в каналы концентрированного потока 8, находящиеся в корпусе горелки 11. Далее, из каналов концентрированного потока 8, горелочная струя этого потока поступает в топочную камеру 17 касательно к условной внутренней окружности. При этом, в горелочной струе с высокой концентрацией пыли вследствие пониженного содержания в ней кислорода происходит уменьшение образования в факеле оксидов азота, при устойчивом воспламенении топлива на начальном участке горелочной струи вследствие пониженной концентрации в ней отработавшего сушильного агента. Слабозапыленный поток через центральную часть пылеконцентратора 1 поступает в отвод слабозапыленного потока 4 и, далее, через патрубок слабозапыленного потока 5 поступает в пылепровод 7, откуда в канал горелки слабозапыленного потока 9. Из каналов 9 горелочная струя слабозапыленного потока поступает в топочную камеру 17, касательно к условной внешней окружности. Подача слабозапыленного потока к внешней окружности создает окислительную среду по периферии факела и предохраняет поверхность нагрева топочной камеры от шлакования и коррозии концентрированной горелочной струей. При этом поступление слабозапыленной горелочной струи в основную зону горения увеличивает ее время пребывания в этой зоне, что приводит к глубокому выгоранию частиц топлива, находящихся в этой струе и, соответственно, к снижению потерь с неполнотой сгорания топлива, что увеличивает КПД котла. Для регулирования распределения потоков отработанного сушильного агента по каналам слабозапыленного 9 и концентрированного 8 потоков, в пылепроводе 7 установлен регулирующий клапан 12.
Горелочное устройство (вариант 2) работает следующим образом. Готовая пыль совместно с отработанным сушильным агентом поступает в пылеконцентратор 1. В пылеконцентраторе 1 лопаточным аппаратом 2 пылегазовая смесь закручивается в результате воздействия на частицы топлива центробежной силы, за счет которой основная масса пылевидного топлива поступает на периферию и, далее, через патрубок 3 концентрированного потока и пылепровод 6 подается в каналы концентрированного потока 8 корпуса горелки 11. Далее, из каналов концентрированного потока 8, горелочная струя этого потока поступает в топочную камеру 17 касательно к условной внутренней окружности. При этом, в горелочной струе с высокой концентрацией пыли вследствие пониженного содержания в ней кислорода происходит уменьшение образования в факеле оксидов азота, при устойчивом воспламенении топлива на начальном участке горелочной струи. Слабозапыленный поток через центральную часть пылеконцентратора 1 поступает в отвод слабозапыленного потока 4 и, далее, разделяется на две части и через патрубки слабозапыленного потока 5 и 13 поступает в пылепроводы 7 и 14 соответственно, откуда в каналы слабозапыленного потока 9, находящиеся в корпусе основной горелки 11 и в сбросную горелку 15. Из каналов 9 горелочная струя слабозапыленного потока поступает в топочную камеру 17, касательно к условной внешней окружности. Подача слабозапыленного потока к внешней окружности создает окислительную среду по периферии факела и предохраняет поверхность нагрева топочной камеры от шлакования и коррозии концентрированной горелочной струей. При этом поступление слабозапыленной горелочной струи в основную зону горения увеличивает ее время пребывания в этой зоне, что приводит к глубокому выгоранию частиц топлива, находящихся в этой струе и, соответственно, к снижению потерь с неполнотой сгорания топлива, что увеличивает КПД котла. Другая часть слабозапыленной струи, поступающая в сбросную горелку 15, уменьшает количество балласта, поступающего в основную зону горения, что повышает устойчивость воспламенения и горения, что является актуальным для топлив с повышенной влажностью. Для регулирования распределения потоков отработанного сушильного агента по каналам слабозапыленного 9 и концентрированного 8 потоков, в пылепроводах 7 и 14 установлены регулирующие клапаны 12 и 16 соответственно.