ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована при проектировании новых, ремонте и модернизации действующих котлов.
Известены способ и устройство для розжига и стабилизации горения водоугольного топлива, например патентная заявка РФ №97120914/06 от 03.12.1997. Устройство содержит топку, соединенную с ней форкамеру, средства подачи в форкамеру водоугольного топлива в виде распыленной струи, плазмоторон, устанавленный под углом 45 градусов к оси подвода водоугольного топлива в форкамеру. Формируемый плазмотроном поток плазмы проходит через распыляемую струю водоугольного топлива у устья форкамеры и обеспечивает тепловую обработку распыленной форсункой струи топлива у устья струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500-750°C форкамере, при этом поток плазмы формируют, исходя из условия эффективного зажигания и стабильного горения.
Недостатками известного устройства является малый диапазон регулирования производительности (мощности) горелки и высокая концентрация вредных веществ в уходящих в атмосферу газах.
Задачей заявленной полезной модели является увеличение диапазона регулирования производительности (мощности) горелки при сжигании водоугольной топливной смеси, образующей при горении в топке минимум вредных веществ.
Поставленная задача решается за счет того, что горелка для сжигания водоугольного топлива содержит модуль подготовки топливной смеси перед подачей горючей смеси в топку, сообщающийся одним концом с топкой, а другим концом - с плазмотроном, линии подвода в указанный модуль водоугольной топливной смеси и воздуха, линию подвода в топку вторичного воздуха и электрические нагреватели модуля подготовки топливной смеси.
Плазмотрон при этом является высокотемпературным источником тепла для осуществления газификации (пиролиза) топливной смеси при недостатке кислорода и для получения высокотемпературного, частично газифицированного топливного потока. Таким образом, в модуле подготовки топливной смеси преобразуют обычную водоугольную смесь в топливную смесь, имеющую увеличенное количество газа (продуктов пиролиза), которую и подают в топку.
Газификация (пиролиз) топливной смеси позволяет улучшить способность к стабильному горению исходной топливной смеси и обеспечить равномерное распределение факела в топке, что в свою очередь позволяет расширить диапазон нагрузки горелки и разгружать котел до 30-40% от номинальной нагрузки при неизменном стабильном воспламенении и выгорании топлива в топке котла.
После растопки при достижении 50% нагрузки котла плазматрон отключается, и разогрев модуля подготовки топливной смеси горелки (приблизительно до температуры 800-900°C) обеспечивают установленные по его окружности электрические нагреватели - ТЭНы.
Устройство поясняется схематическим изображением.
Устройство содержит модуль подготовки топливной смеси 1, сообщающийся одним концом с топкой 2, а другим концом посредством фланцевого соединения 3 - c плазмотроном 4. В непосредственной близости от фланцевого соединения 3 к модулю 1 подсоединены линия 5 подачи воздуха и линия 6 подачи водоугольной смеси. На корпусе модуля 1 также расположены электрические нагреватели (ТЭНы) 7. К топке 2 подсоединена линия 8 подачи вторичного воздуха для обеспечения основного горения топливной смеси.
Для плазменной растопки и поддержания горения на низких нагрузках котла можно использовать плазматроны постоянного или переменного тока (например, типа DLZ-200). Для создания плазмы используют сжатый воздух или другое рабочее тело.
Мощность плазмотрона 4 необходимо регулировать, что очень важно для влияния на количество вредных веществ в уходящих из топки 2 газов.
Описание работы горелки:
В настоящее время при эксплуатации водоугольных котлов их растопку и стабилизацию горения факела в нем осуществляют с использованием мазута или газа.
Предлагаемое горелочное устройство с расходом топлива работает следующим образом.
Включают плазмотрон 4, в котором образуется электрическая дуга. При подаче напряжения, возникает электрическая дуга между электродами и, воздействуя на сжатый воздух (рабочее тело), образует ионизированный газ - низкотемпературную плазму.
Низкотемпературная плазма прогревает модуль подготовки топливной смеси (МПТ) 1 горелки. После прогрева МПТ 1 до температуры самовоспламенения топливной смеси, по линии 6 в него при недостатке воздуха подают водоугольную смесь, где она, взаимодействуя с низкотемпературной плазмой, создаваемой плазмотроном 4, газифицируется и нагревает остальную смесь до температуры приблизительно 1200°С. При этом, из угля выделяются горючие компоненты. Полученная топливная смесь устойчиво горит в топке 2 при смешении со вторичным воздухом, подаваемым по линии 8 (объемы воздуха определяют по результатам регулирования топочного процесса).
При недостатке кислорода и высокой температуре плазмы происходит предварительная газификация топлива. Далее воспламененное топливо попадает в топку 2, где при смешении со вторичным воздухом происходит основное горение. Топливная смесь воспламеняется и горит в присутствии вторичного воздуха. Вторичный воздух обеспечивает эффективное воспламенение выделяющихся из топлива в МПТ 1 летучих горючих веществ, которые поддерживают эффективное горение топливной смеси в топке котла. После растопки при достижении 50% нагрузки котла плазматрон 4 отключается, и разогрев МПТ 1 горелки (приблизительно до температуры 800-900°С) при необходимости обеспечивают установленные по окружности ТЭНы 7 (количество ТЭНов определяется проектом).
2
За счет того, что коэффициент избытка воздуха в исходной смеси меньше единицы, топливная смесь газифицируется с образованием газообразных горючих компонентов (H, CO, углеводороды). При этом в топку 2 поступает двухкомпонентная топливная смесь (горючий газ + остаток угля) с температурой, превышающей температуру ее самовоспламенения. Горение этой смеси при смешении ее с воздухом может происходить в топке котла без использования подсветки мазутом или газом.
x
x
Концентрации вредных веществ в уходящих из топки газах приведены в отдельной таблице (см. ниже). Благодаря более низкой температуре горения топливной смеси (водоугольного топлива) не достигается температура образования термических NO в топочном объеме. Значительно снижается образования SO при сжигании водоугольного топлива (ВУТ).
Таблица
Предельно допустимые выбросы вредных веществ энергетических котлоагрегатов при сжигании угля
ПДВ, мг/н.м3
Фактическая концентрация вредных веществ в уходящих газах при сжигании, мг/н.м3
Видывыброса
Нормы ЕЭС, принятые в 1995 г.
США
Нормы России
Пылевидное сжигание с использованием известных горелок
Пылевидное сжигание с использованием предлагаемой горелки
ЦКС без азотной и сероочистки DeNOx и DeSOx
Мазут
Газ
ВУТ при использов предлагаемой горелки
SO<sub>x</sub>
50
600
750
400-800
200-300
200
400-760
-
до 50
NO<sub>x</sub>
200
600
650
250-600
150-250
200
150-750
50-200
30-100
СО
50
нет данных
не более375
до 300
до 100
200
до 400
до 10
до 50