Горелочное устройство

Полезная модель относится к области энергетики, к горелочным устройствам котлов и может быть использовано в котельной технике применительно как к вихревым, так и к прямоточным горелочным устройствам.
Известно горелочное устройство, включающее входной патрубок, соединенный с центральным каналом подвода горячего воздуха с установленной в нем форсункой, два патрубка подвода пылегазовой смеси, соединенные с двумя каналами подачи пылегазовой смеси в топку, и патрубки подачи вторичного воздуха, соединенные о каналами подачи вторичного горячего воздуха в топку, содержащими направляющий лопаточный аппарат, при этом каналы пылегазовой смеси и каналы вторичного горячего воздуха установлены соосно с центральным каналом (Справочник по котельным установкам: Топливо, топливоприготовление, топки и топочные процессы / под общей ред. М.И. Неуймина, Т.С. Добрякова. М.: Машиностроение, 1993. стр. 329, Рис. 12.3. б).
Недостатком известного пылеугольного горелочного устройства является высокая генерация оксидов азота на начальном участке факела вследствие высокого коэффициента избытка воздуха в канале подвода пылевоздушной смеси.
Известно горелочное устройство, включающее входной патрубок, соединенный с центральным каналом подвода горячего воздуха с установленной в нем форсункой, патрубок подвода пылегазовой смеси, соединенный с пылеконцентратором, за которым расположены каналы подачи концентрированной и слабозапыленной пылегазовой смеси в топку, в патрубке подачи концентрированной смеси расположен закручивающий поток лопаточный аппарат и патрубки подачи вторичного воздуха, соединенные с каналами подачи вторичного горячего воздуха в топку, содержащими направляющие лопаточные аппараты, при этом каналы пылегазовой смеси и каналы вторичного горячего воздуха установлены соосно с центральным каналом (патент RU 2147708 опубл. 20.04.2000).
Указанное горелочное устройство является наиболее близким по своему техническому решению к заявляемому и принято за прототип.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является высокая генерация оксидов азота на начальном участке факела вследствие закручивания концентрированной струи пыли в лопаточном аппарате. Таким образом, у пылегазового потока появляется радиальная составляющая скорости, вследствие которой, попадая в топку, струя начинает расширяться в сторону слабозапыленного потока и вторичного воздуха, где опять обогащается кислородом, что приводит к увеличению генерации токсичных окислов азота.
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 применения направляющего лопаточного аппарата в канале слабозапыленной пылегазовой смеси увеличить крутку потока на входе в топочную камеру котла, что приводит к более интенсивному прогреву горелочной струи на начальном участке факела за счет увеличения рециркуляции горячих топочных газов. Прямоточная же подача концентрированного потока в топку котла позволяет снизить коэффициент избытка воздуха на начальном участке концентрированного потока угольного факела, и, тем самым, снизить концентрацию токсичных оксидов азота в уходящих газах котла и, следовательно, их валовый выброс в атмосферу, что улучшает экологию окружающей среды.
Предложено горелочное устройство, включающее входной патрубок, соединенный с центральным каналом подвода горячего воздуха с установленной в нем форсункой, патрубок подвода пылегазовой смеси, соединенный с каналом подачи пылегазовой смеси в топку, и патрубки подачи вторичного воздуха, соединенные с каналами подачи вторичного горячего воздуха в топку с установленными в них направляющими лопаточными аппаратами, при этом канал пылегазовой смеси и каналы вторичного горячего воздуха установлены соосно с центральным каналом, а на входе в горелочное устройство за подводящим патрубком пылегазовой смеси установлен пылеконцентратор, соединенный с отводами концентрированной и слабозапыленной пылегазовой смеси, соединенными соответственно с каналами концентрированной и слабозапыленной газовой смеси, причем, в канале слабозапыленной смеси установлен направляющий лопаточный аппарат.
Полезная модель иллюстрируется чертежом.
Горелочное устройство включает входной патрубок 1, соединенный с центральным каналом подвода горячего воздуха 2 с установленной в нем форсункой 3. Патрубок подвода пылегазозой смеси 4 соединен с пылеконцентратором 5. За пылеконцентратором 5, по ходу движения среды, установлены отводы концентрированной 6 и слабозапыленной 7 пылегазовой смеси. Отводы концентрированной 6 и слабозапыленной 7 пылегазовой смеси соединены с каналом подачи пылегазовой смеси 8 в топку. Канал подачи пылегазовой смеси 8 состоит из каналов подачи концентрированной 9 и слабозапыленной 10 пылегазовой смеси. Патрубки подачи вторичного воздуха 11 соединены с каналами подачи вторичного горячего воздуха 12 в топку. В каналах подачи вторичного горячего воздуха 12 установлен регулирующий направляющий лопаточный аппарат 13. Канал пылегазовой смеси и каналы вторичного горячего воздуха установлены соосно с центральным каналом подвода горячего воздуха 2. В канале слабозапыленной смеси 10 установлен направляющий лопаточный аппарат 14.
Горелочное устройство работает следующим образом. Готовая пыль, транспортируемая отработанным сушильным агентом, поступает в патрубок подвода пылегазовой смеси 4, откуда пылегазовая смесь поступает в пылеконцентратор 5. Проходя через лопаточный аппарат пылеконцентратора 5, пылегазовая смесь закручивается. Вследствие крутки большая часть пыли, под воздействием центробежной силы, поступает на периферию, и, далее, через отвод концентрированной смеси 6 - в канал концентрированной газовой смеси 9 горелочного устройства. Таким образом, основная масса топлива попадает в топку котла в прямоточной струе высокой концентрации. В топке котла к данной струе происходит эжекция высокотемпературных продуктов сгорания, за счет круток потоков вторичного воздуха и слабозапыленной смеси, нагревающих ее, и способствующих выходу и горению летучих при низком коэффициенте избытка воздуха. Большая же часть газовой фазы, закрученная лопатками пылеконцентратора 5, содержащая оставшуюся меньшую долю угольной пыли, через отвод слабозапыленной смеси 7, попадает в канал слабозапыленной смеси 10. При помощи лопаточного аппарата 14 струя низкой концентрации получает дополнительную крутку, способствующую ее большему раскрытию в топочном пространстве котла, что создает более сильную эжекцию горячих топочных газов к концентрированной струе и обуславливает ее более эффективный прогрев, также при низком избытке воздуха. Вторичный воздух поступает в патрубки подачи вторичного воздуха 11 и далее - в каналы подачи вторичного горячего воздуха 12, из которых, проходя через регулируемый лопаточный аппарат 13, приобретает в нем крутку. Крутка воздуха необходима для раскрытия струи, способствующей подаче топочных газов к струе высокой концентрации. Из канала подачи вторичного воздуха 12 закрученная воздушная струя поступает в топку котла. Таким образом, выход и горение основной массы летучих, содержащих большую долю азота топлива, происходит при низком коэффициенте избытка воздуха, благодаря чему снижается генерация оксидов азота в топке котла.