МАЛОТОКСИЧНАЯ ВИХРЕВАЯ ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ ГОРЕЛКА С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ РАССЕКАТЕЛЯМИ И ЗАВИХРИТЕЛЕМ ПОТОКА АЭРОСМЕСИ

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 вихревая 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]).
x
Недостаток известной из [1] вихревой пылеугольной горелки заключается в том, что ее конструкция недостаточно обеспечивает перенаправление потока протекающей через трубопровод аэросмеси в желобы остроконечных входных рассекателей. Это приводит к уменьшению концентрации угольных частиц в желобах и на границе струи первичного воздуха и, как следствие, снижает эффективность подавления образования топливных оксидов азота (NO).
Раскрытие полезной модели
x
Задачей заявляемой полезной модели является повышение экологических характеристик котельной установки путем снижения эмиссии топливных NO, а техническим результатом - обеспечение увеличения концентрации угольных частиц в желобах остроконечных входных рассекателей и на границе струи первичного воздуха.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата применительно к заявляемой полезной модели обеспечивается тем, что вихревая пылеугольная горелка, содержит 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 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. Причем в каждом трубопроводе для подачи аэросмеси перед рассекателями закреплен аксиально-лопаточный завихритель, лопатки которого установлены таким образом, чтобы обеспечивалась закрутка потока аэросмеси по направлению к доньям желобов рассекателей. При этом отношение количества лопаток аксиально-лопаточного завихрителя к количеству остроконечных входных рассекателей в каждом трубопроводе для подачи аэросмеси составляет 2:1.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
2
x
2
x
Установка в каждом трубопроводе для подачи аэросмеси перед рассекателями аксиально-лопаточного завихрителя, выполненного с возможностью обеспечения закрутки потока аэросмеси по направлению к доньям желобов рассекателей, с лопатками, отношение количества которых к количеству остроконечных входных рассекателей в каждом трубопроводе для подачи аэросмеси составляет 2:1, обеспечивает увеличение концентрации угольных частиц в желобах остроконечных входных рассекателей и на границе струи первичного воздуха. В результате воспламенение угольной пыли при использовании заявляемой горелки осуществляется при более низкой концентрации кислорода (О), чем при работе горелки, известной из [1], что приводит к повышению экологических характеристик котельной установки путем увеличения уровня снижения эмиссии топливных NO, поскольку процесс сгорания летучих продуктов будет проходить в атмосфере, обедненной О, и азотсодержащие компоненты летучих продуктов, как показали лабораторные исследования, будут переходить в основном не в NO, а в молекулярный азот.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид вихревой пылеугольной горелки с выходной стороны. На фиг. 2 представлен вид вихревой пылеугольной горелки в сечении А-А. На фиг. 3 представлен вид вихревой пылеугольной горелки с боковой стороны. На фиг. 4 представлен вид вихревой пылеугольной горелки в сечении Б-Б. На фиг. 5 представлен вид вихревой пылеугольной горелки в сечении В-В. На фиг. 6 представлен вид делителя потока сбоку со стороны желоба. На фиг. 7 представлен вид делителя потока сверху. На фиг. 8 представлен вид делителя потока снизу. На фиг. 9 представлен вид делителя потока с торцевой стороны. На фиг. 10 представлен вид делителя потока в аксонометрической проекции. На фиг. 11 представлена схема распределения струй угольной пыли и первичного воздуха на выходе из каналов аэросмеси между делителями потока.
Перечень позиций чертежей:
1 - центральный трубопровод для размещения растопочного устройства;
2.1 - повернутая под углом 90° цилиндрическая труба;
2.2 - прямая цилиндрическая труба;
3 - делители потока;
4 - аксиально-лопаточный завихритель;
5.1 - прямая цилиндрическая труба с прямоугольным подводом;
5.2 - сужающаяся цилиндрическая труба;
5.3 - прямая цилиндрическая труба;
6 - лопаточный завихритель;
7 - желоб;
8,9 - дистанционирующие элементы.
Осуществление полезной модели
Ниже представлен частный пример конструкции заявляемой вихревой пылеугольной горелки и принцип ее работы.
Вихревая пылеугольная горелка содержит соединенные между собой: центральный трубопровод для размещения растопочного устройства 1, последовательно расположенные вокруг центрального трубопровода соосно с ним один трубопровод для подачи аэросмеси и один трубопровод вторичного воздуха. Центральный трубопровод для размещения растопочного устройства 1 представляет собой прямую цилиндрическую трубу. Трубопровод для подачи аэросмеси состоит из двух последовательно соединенных труб: повернутой под углом 90° цилиндрической трубы 2.1 и прямой цилиндрической трубы 2.2. Трубопровод вторичного воздуха состоит из трех последовательно соединенных труб: прямой цилиндрической трубы с боковым прямоугольным подводом 5.1, сужающейся цилиндрической трубы 5.2 и прямой цилиндрической трубы 5.3. Центральный трубопровод для размещения растопочного устройства 1 проходит через отверстие в повернутой под углом 90° цилиндрической трубе 2.1 и приварен к нему. Прямой цилиндрический трубопровод 2.2 проходит через отверстие в торцевой стенке прямой цилиндрической трубы с прямоугольным подводом 5.1 и приварен к нему (Фиг. 1, 2, 3). Прямая цилиндрическая труба 2.2 расположена вокруг центрального трубопровода 1 соосно с ним. Прямая цилиндрическая труба с боковым прямоугольным подводом 5.1, сужающаяся цилиндрическая труба 5.2 и прямая цилиндрическая труба 5.3 расположены вокруг прямой цилиндрической трубы 2.2 соосно с ней. Центральный трубопровод 1 соединен с прямым цилиндрическим трубопроводом 2.2 с помощью дистанционирующего элемента 9, выполненного в виде пластинки. Прямой цилиндрический трубопровод 2.2 соединен с прямым цилиндрическим трубопроводом 5.3 с помощью дистанционирующего элемента 8, выполненного в виде пластинки. В прямой цилиндрической трубе 2.2 равномерно по окружности установлено десять делителей потока 3, каждый из которых имеет желоб 7 с отношением глубины к ширине Н равным 0,3 (отношение может быть выбрано в пределах 0,2-0,4) (Фиг. 4, 9). Каждый делитель 3 выполнен с остроконечным входным рассекателем, имеющим форму лезвия с односторонним косым срезом. Угол среза может быть выбран в пределах 20-60° (в данном примере угол среза составляет α=45°) (Фиг. 6, 7, 8, 9, 10). В прямой цилиндрической трубе 2.2 перед рассекателями закреплен аксиально-лопаточный завихритель 4, лопатки которого установлены таким образом, чтобы обеспечивалась закрутка потока аэросмеси по направлению к доньям желобов рассекателей (Фиг. 5, 6). Аксиально-лопаточный завихритель 4 содержит двадцать лопаток. В прямой цилиндрической трубе 5.3 установлен лопаточный завихритель 6. Центральный трубопровод для размещения растопочного устройства 1, трубопровод для подачи аэросмеси, делители потока 3, аксиально-лопаточный завихритель 4, трубопровод вторичного воздуха, лопаточный завихритель 6 и дистанционирующие элементы 8, 9 выполнены из Стали 20 (СТ20, ГОСТ 1050-2013).
Работа вихревой пылеугольной горелки осуществляется следующим образом.
2
x
x
В центральный трубопровод 1 помещают съемное растопочное устройство (на фиг. не показано), оборудованное паромеханической форсункой ФГТМ-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 5.1 через подвод подают вторичный воздух. Поток вторичного воздуха в прямой цилиндрической трубе 5.3 закручивается с помощью лопаточного завихрителя 6. Поток аэросмеси в прямой цилиндрической трубе 2.2 закручивается с помощью аксиально-лопаточного завихрителя 4 по направлению к расположенным далее по ходу потока аэросмеси доньям желобов 7 рассекателей (Фиг. 2, 4, 5). Движущийся по прямой цилиндрической трубе 2.2 завихренный поток аэросмеси разделяется с помощью нескольких делителей 3 на отдельные струи. При выходе в топку благодаря образованным делителями 3 промежуткам между струями каждая струя аэросмеси оказывается окруженной рециркулирующими в приосевую зону высокотемпературными продуктами сгорания с низким содержанием кислорода. Поскольку делители 3 выполнены с остроконечными входными рассекателями, на выходе в топку формируются струи асимметричной структуры. В этих струях частицы твердого топлива концентрируются на границе струи транспортирующего их первичного воздуха. Наличие желобов 7 у рассекателей и закрутка потока аэросмеси по направлению к доньям желобов 7 позволяет обеспечить повышенную концентрацию угольных частиц на границе струи, по сравнению с прототипом [1] (Фиг. 11). Частицы твердого топлива, ударяясь о рассекатель, не только скользят по плоской стенке, но еще и скапливаются в желобе 7, в результате чего на входе в топку образуется зона повышенной концентрации частиц на границе струи первичного воздуха. В результате при использовании заявляемой горелки процесс воспламенения и выгорания летучих продуктов происходит при более низкой концентрации кислорода (О), чем при работе горелки, известной из [1], что приводит к повышению экологических характеристик котельной установки путем увеличения уровня снижения эмиссии топливных NO, поскольку азотсодержащие компоненты летучих продуктов, как показали лабораторные исследования, будут переходить в основном не в NO, а в молекулярный азот.
Промышленная применимость
Заявляемая вихревая 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.