Малотоксичная вихревая пылеугольная горелка с модифицированными рассекателями потока аэросмеси

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в качестве пылеугольной горелки для котлов тепловых электростанций и промышленных котельных. Вихревая пылеугольная горелка (фиг. 1) содержит центральный канал 1 для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала 1 соосно с ним кольцевой канал 2 для прямоточной подачи аэросмеси и два - внутренний и наружный кольцевых канала соответственно 3 и 4 вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным завихрителем соответственно 5 и 6. В выходной части канала 2 аэросмеси равномерно по окружности установлено несколько делителей потока 7, каждый из которых выполнен с входным рассекателем, имеющим форму лезвия с односторонним косым срезом. Отличие: в плоской стенке каждого рассекателя расположен желоб. Этот желоб обеспечивает создание в канале аэросмеси зоны с повышенной концентрацией угольных частиц, в результате чего горение летучих на начальном участке факела начинается раньше и происходит с большим недостатком окислителя. Техниче-ким результатом полезной модели является образование зоны повышенной концентрации частиц на границе струи первичного воздуха. Таким образом, прогрев и воспламенение угольной пыли при использовании в горелке рассекателей модифицированной конструкции начинается раньше, быстрее происходит снижение концентрации О₂, и процесс этот осуществляется с большим темпом. Это приведёт к значительному снижению эмиссии топливных NO_x. 1 п. ф-лы, 5 ил.

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 центральный канал для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала соосно с ним по меньшей мере один кольцевой канал 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 кольцевой канал вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным завихрителем (RU 89669, F23D1/00, 2009 [1]).

Согласно [1] каждый из делителей, установленных в выходной части канала аэросмеси, выполнен с входным рассекателем, имеющим форму лезвия с односторонним косым срезом (угол среза может быть выбран в пределах 20- 60°). Наличие таких рассекателей формирует на выходе в топку асимметричную форму струй, вследствие чего частицы твёрдого топлива концентрируются на границе струи первичного воздуха, что обеспечивает контакт этих частиц напрямую с поджигающими высокотемпературными газовыми вихрями, образующимися у торцов делителей и подсасываемых к корню факела из зоны активного горения.

Такая структура струй аэросмеси приводит к существенному снижению эмиссии NO_x.

Недостатком вихревой горелки [1] является то, что обеспечиваемая ею степень снижения выбросов NO_x, недостаточна. Проведённые промышленные испытания на котле П-57 блока 500 МВт Троицкой ГРЭС показали, что установка горелок [1] позволяет снизить выбросы оксидов азота с 1000- 1150 мг/м³ до 616-740 мг/м ³, в то время как нормы по выбросам NO_x для новых котлов подобной мощности составляют 350 мг/м³ . Это говорит о необходимости разработки новых малотоксичных горелок, обеспечивающих более глубокое подавление NO_x .

Раскрытие полезной модели

Задачей полезной модели является повышение экологических характеристик котельной установки, а техническим результатом - образование зоны повышенной концентрации частиц на границе струи первичного воздуха. Таким образом, прогрев и воспламенение угольной пыли при использовании в горелке рассекателей модифицированной конструкции начинается раньше, быстрее происходит снижение концентрации О ₂, и процесс этот осуществляется с большим темпом, чем при работе горелки [1]. Это приведёт к значительному снижению эмиссии топливных NO_x.

Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата обеспечиваются тем, что в вихревой пылеугольной горелке, содержащей центральный канал для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала соосно с ним по меньшей мере один кольцевой канал 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 канал вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным

завихрителем, согласно полезной модели в плоской стенке каждого рассекателя расположен желоб.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и достигаемым техническим результатом состоит в следующем.

Наличие у рассекателей модифицированной конструкции желоба с описанной выше конфигурацией обеспечивает более высокую концентрацию угольных частиц на границе струи первичного воздуха, по сравнению с прототипом [1]. В результате воспламенение угольной пыли при использовании в горелке рассекателей модифицированной конструкции начинается раньше, быстрее происходит снижение концентрации О₂, и процесс этот осуществляется с большим темпом, чем при работе горелки [1]. Это приведёт к дополнительному снижению эмиссии топливных NO_x.

Краткое описание чертежа

На фиг. 1 изображена вихревая пылеугольная горелка в продольном разрезе; на фиг. 2 показана конструкция модифицированного рассекателя; на фиг. 3 представлено трёхмерное изображение модифицированного рассекателя; на фиг. 4 - схема распределения струй пыли и первичного воздуха на выходе из каналов аэросмеси между делителями потока согласно полезной модели; на фиг. 5 - то же между делителями потока согласно прототипу [1].

Подробное описание полезной модели

Вихревая пылеугольная горелка согласно полезной модели в конкретном примере (фиг. 1) содержит центральный канал 1 для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала 1 соосно с ним кольцевой канал 2 для прямоточной подачи аэросмеси и два - внутренний и наружный кольцевых канала соответственно 3 и 4 вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным завихрителем соответственно 5 и 6. В выходной части канала 2 аэросмеси равномерно по окружности установлено несколько модифицированных делителей потока 7, имеющих желоб 8 с отношением его глубины h к ширине Н равным 0,2-0,4 (фиг. 2,3). Каждый делитель 7 выполнен с входным рассекателем, имеющим форму лезвия с односторонним косым срезом. Угол среза может быть выбран в пределах 20-60°.

Работа вихревой пылеугольной горелки

Вихревая пылеугольная горелка (фиг. 1) согласно полезной модели работает следующим образом. В центральном канале 1 расположено растопочное устройство, в канал 2 подаётся аэросмесь, а в каналы 3 и 4 - вторичный воздух. Внутренний и наружный потоки вторичного воздуха в кольцевых каналах 3 и 4 при прямоточном движении вдоль них завихриваются с помощью лопаточных завихрителей 5 и 6. Движущийся прямоточно в кольцевом канале 2 поток аэросмеси разделяется с помощью нескольких делителей 7 на отдельные струи. При выходе в топку благодаря образованным делителями 7 промежуткам между струями каждая струя аэросмеси оказывается окружённой рециркулирующими в приосевую зону высокотемпературными продуктами сгорания с низким содержанием кислорода. Поскольку делители 7 выполнены в виде рассекателей (в форме лезвия с односторонним срезом), на входе в топку формируются струи асимметричной структуры. В этих струях частицы твёрдого топлива концентрируются на границе струи транспортирующего их первичного воздуха. Наличие желоба 8 у рассекателей модифицированной конструкции (фиг. 2, 3) позволяет обеспечить повышенную концентрацию угольных частиц на границе струи (фиг. 4), по сравнению с прототипом [1] (фиг. 5). Это объясняется тем, что частицы, ударяясь об рассекатель, не только скользят по плоской стенке, но ещё и скапливаются в желобе,

в результате чего на входе в топку и образуется зона повышенной концентрации частиц на границе струи первичного воздуха (фиг. 4). В результате прогрев и воспламенение угольной пыли при использовании в горелке рассекателей модифицированной конструкции начинается раньше, быстрее происходит снижение концентрации О₂ , и процесс этот осуществляется с большим темпом, чем при работе горелки [1]. Это приведёт к значительному снижению эмиссии топливных NO_x, поскольку процесс сгорания летучих будет проходить в атмосфере, обеднённой кислородом, и азотсодержащие компоненты летучих (цианиды и амины), как показали лабораторные исследования, будут переходить в основном не в NO, а в безвредный молекулярный азот.

Таким образом, предложенная конструкция рассекателей позволит добиться большего эффекта в подавлении NO_x по сравнению с прототипом [1] при незначительном увеличении механического недожога.

Вихревая пылеугольная горелка, содержащая центральный канал для размещения растопочного устройства, последовательно расположенные вокруг центрального канала соосно с ним по меньшей мере один кольцевой канал 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 канал вторичного воздуха с установленным в каждом из них лопаточным завихрителем, отличающаяся тем, что в плоской стенке каждого рассекателя расположен желоб.

РИСУНКИ