Горелка для сжигания водоугольного топлива

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при проектировании новых, ремонте и модернизации действующих котлов.

Задачей полезной модели является повышение диапазона регулирования производительности (мощности) горелки при получении 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.

Мощность плазмотрона можно регулировать в диапазоне 80-200 кВт.

Благодаря более низкой температуре горения топливной смеси не достигается температура образования термических NO_x. Значительно снижается образование NO_x при сжигании водо-угольного топлива (ВУТ), что препятствует образованию топливных NO_x и резко снижает их образование.

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).

За счет того, что коэффициент избытка воздуха в исходной смеси меньше единицы, топливная смесь газифицируется с образованием газообразных горючих компонентов (H₂ , 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.

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_x в топочном объеме. Значительно снижается образования SO_x при сжигании водоугольного топлива (ВУТ).

Горелка для сжигания водоугольного топлива, содержащая 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.