Горелка, работающая на твердом топливе, и способ сжигания топлива при использовании горелки, работающей на твердом топливе

Изобретение относится к области энергетики. Горелка, работающая на твердом топливе, содержит центральную трубку подачи воздуха, предназначенную для эжекции воздуха, распылитель топлива, предусмотренный вне указанной центральной трубки подачи воздуха и эжектирующий текучую смесь, состоящую из твердого топлива и транспортирующего газа, дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные во внутренней поверхности стенки распылителя топлива и эжектирующие воздух, и одну или более трубок подачи внешнего воздуха, предусмотренных вне указанного распылителя топлива и эжектирующих воздух для горения. Выход любой одной или указанной центральной трубки подачи воздуха и указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположен в положении, находящемся выше по технологической цепочке горелки от выхода указанного распылителя топлива. К указанным дополнительным вентиляционным отверстиям или трубкам подачи дополнительного воздуха подведены нагретый и/или сжатый воздух. Начиная от стороны, находящейся выше по технологической цепочке горелки, на внешней поверхности стенки указанной центральной трубки подачи воздуха предусмотрено препятствие, содержащее коническую секцию, имеющую постепенно увеличивающееся поперечное сечение, и коническую секцию, имеющую постепенно уменьшающееся поперечное сечение. На внутренней стенке указанного распылителя топлива предусмотрен элемент сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения канала указанного распылителя топлива, начиная от стороны, находящейся выше по технологической цепочке горелки, и для расширения указанного поперечного сечения до исходного значения. В выходе из трубки подачи внешнего воздуха предусмотрена направляющая, предназначенная для ограничения направления эжекции внешнего воздуха. В выходе из трубки подачи внешнего воздуха предусмотрен элемент расширения трубы, предназначенный для увеличения интенсивности закрутки внешнего потока воздуха из указанной трубки подачи внешнего воздуха, чтобы эжектироваться под углом отклонения, равным 45 градусов или менее, относительно центральной оси горелки. Между указанным распылителем топлива и указанной трубкой подачи внешнего воздуха предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для противостояния эжектируемому потоку смеси твердого топлива и воздуха. Изобретение позволяет снизить концентрацию окислов азота в отходящем газе. 15 н. и 40 з.п. ф-лы, 32 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к горелке, работающей на твердом топливе, и способу сжигания при использовании горелки, работающей на твердом топливе, для сжигания твердого топлива, транспортируемого воздушным потоком; и, в частности, к горелке, работающей на твердом топливе, и способу сжигания при использовании горелки, работающей на твердом топливе, которые применимы в широком диапазоне нагрузок топочной камеры и, следовательно, пригодных для сжигания топлива, например пылевидным углем, древесиной и торфом, насыщенного влагой и летучими веществами, и дополнительно обеспечивающим возможность сжигания, путем уменьшения концентрации окислов азота (No_x) в отходящем газе; к устройству для сжигания топлива, например, топочной камере, нагревательной печи и подогревателю дутья, при использовании указанной горелки и способу управления ими; к котлу, работающему на твердом топливе, и системе, в которой он используется; и к электростанции, работающей на угле.

В последние годы законоположение об охране окружающей среды было ужесточено с целью защиты окружающей среды. В частности, для вышеуказанного вида котлов, работающих на пылевидном угле, для сжигания угля серьезно требуется уменьшение генерирования NO_x в отходящем газе (уменьшение концентрации NO_x). В качестве технологий сжигания известны методы двухступенчатого сжигания (технологии уменьшения содержания NO_x) для уменьшения концентрации NO_x, генерируемой в отходящем газе. Известны два метода двухступенчатого сжигания. Один метод направлен на уменьшение генерирования NO_x в топочной камере в целом, тогда как другой метод направлен на уменьшение генерации NO_x в одной горелке. В методе, обеспечивающем уменьшение концентрации NO_x в целом, воздушный коэффициент (отношение количества подаваемого воздуха к количеству воздуха, необходимого для полного сжигания количества топлива) в зоне активного горения в топочной камере поддерживают ниже единицы. В этой зоне, насыщенной топливом, генерируемые NO_x химически восстанавливается и, следовательно, достигается уменьшение концентрации NO_x. Несгоревший углерод, получаемый в результате использования этого способа, полностью сжигают с помощью воздуха, вводимого через воздухозаборник, предусматриваемый ниже по технологической цепочке от зоны активного горения.

В методе уменьшения генерации NO_x одной горелкой, работающей на твердом топливе (просто горелкой, в некоторых случаях, описываемых ниже), например, горелкой, работающей па пылевидном угле, обеспечивают закручивание вторичного и третичного воздуха, задерживая, благодаря этому, его смешивание с потоком пылевидного угля, сгораемого с одним первичным воздухом. Благодаря этому образуется большая область химического восстановления (такие горелки ниже называют горелками, обеспечивающими уменьшенную концентрацию NO_x). Этот метод реализуют в горелке, работающей на пылевидном угле, с уменьшением концентрации NOx (в публикациях нерассмотренных заявок на патент Японии № Sho-60-176315 и № Sho-62-172105).

Эти технологии обеспечивают уменьшение концентрации NOx в отходящем газе до величины, составляющей 130 промилей (топливный коэффициент = связанный углерод/летучее вещество = 2, содержание азота в угле = 1,5%, а содержание несгоревшего углерода в золе = 5% или менее). Тем не менее, регулируемое значение концентрации NO_x в отходящем газе уменьшается год от года и требуемое значение концентрации NO_x в отходящем газе на ближайшее будущее составляет 100 промилей или менее.

Были разработаны горелки, обеспечивающие пониженную концентрацию NO_x в отходящем газе, способные уменьшать генерацию NO_x до 100 промилей или менее. Такие горелки включают в себя горелку, имеющую внутренний кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для усиления процесса горения с уменьшенной концентрацией NO_x в секции активного горения; и горелку, имеющую кольцевой стабилизатор пламени для образования перемычки между внутренним кольцевым стабилизатором пламени, как описано выше, и внешним кольцевым стабилизатором пламени, предусмотренным во внешней периферии распылителя топлива, через который проходит поток смеси пылевидного угля и транспортирующего газа.

Между прочим, в геологических областях, где ожидается увеличение потребности в энергии, большинство потребителей в ближайшем будущем будут использовать низкосортный уголь, который характеризуется богатым содержанием влаги и золы и низкой теплотворной способностью. Среди различных низкосортных углей в изобилии найден уголь с высоким влагосодержанием, например бурый уголь и полубитуминозный уголь. Тем не менее, по сравнению с каменным углем такой уголь имеет проблему плохого топлива, например, низкую температуру факела пламени и плохую воспламенимость. Бурый уголь обнаружен главным образом в Европе и является более малолетним углем, содержащим 20% или более золы и 30% или более влаги.

Кроме того, низкосортный уголь (например, бурый уголь и лигнит), древесина и торф богаты содержанием летучих веществ, которые при нагреве освобождаются в виде газа, а также богаты влагой. Такие виды топлива имеют более низкую теплотворную способность, чем высокосортный уголь, например каменный уголь и антрацит, и помимо этого плохо поддаются измельчению. Кроме того, зола таких видов топлива имеет низкую температуру плавления. Богатое содержание летучих веществ просто вызывает спонтанное возгорание в процессе хранения и в течение измельчения на воздухе. По сравнению с каменным углем или аналогичным топливом, это вызывает трудности при обработке. Для предотвращения возникновения указанных трудностей при измельчении и сжигании бурого угля и лигнита в качестве транспортирующего топливо газа используют смесь отходящего газа и воздуха. Поскольку эта газовая смесь имеет более низкую концентрацию кислорода, то предотвращается спонтанное воспламенение топлива. Кроме того, остаточное тепло в отходящем газе способствует испарению влаги в топливе, транспортируемом газовой смесью.

Тем не менее, поскольку топливо транспортируют посредством газа с низкой концентрацией кислорода, то реакция горения не развивается до тех пор, пока топливо, эжектируемое из горелки, не смешивается с воздухом. То есть реакция горения ограничена быстротой смешивания топлива с воздухом. Это приводит к более низкой скорости горения, чем скорость горения каменного угля, который может транспортироваться воздухом. В соответствии с этим время, необходимое для сгорания, больше, чем для каменного угля. Это вызывает повышенное содержание несгоревшего углерода на выходе топочной камеры.

Метод ускорения воспламенения топлива, транспортируемого транспортирующим газом с низкой концентрацией кислорода, должен обеспечить подачу воздуха в конец распылителя топлива с тем, чтобы увеличить концентрацию кислорода в газе, транспортирующем топливо. Например, в публикации нерассмотренных заявок на патент Японии № Hei-10-73208 описана горелка, имеющая трубку подачи воздуха вне распылителя топлива. Кроме того, для ускорения смешивания топлива с воздухом на выходе из распылителя топлива обычно используют горелку, имеющую трубку подачи воздуха в центре распылителя топлива.

Кроме того, в публикации нерассмотренных заявок на патент Японии № Hei-4-214102 описана горелка, содержащая распылитель топлива, предназначенный для эжекции смеси пылевидного угля и транспортирующего газа; и трубку подачи вторичного воздуха и трубку подачи третичного воздуха, предусмотренные вне распылителя топлива; в которой кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для поддержания факела пламени пылевидного угля, эжектируемого из распылителя топлива, предусмотрен на конце перегородки между распылителем топлива и трубкой подачи вторичного воздуха.

Как указано выше, бурый уголь является недорогим топливом. Тем не менее, его высокое содержание золы, высокое содержание влаги и низкая теплотворная способность вызывают проблемы воспламенимости и когезии золы. Что касается воспламенимости, то основная технология эффективного сжигания зависит от того, как ускорить воспламенение и образовать стабильный факел. Когезия золы к конструкции горелки и поверхности стенок топочной камеры вызывается низкой температурой плавления золы. Это имеет место вследствие того, что бурый уголь богат кальцием, натрием и аналогичными веществами. Кроме того, когезия золы ускоряется тем, что бурый уголь необходимо подавать в большом количестве для компенсации низкой теплотворной способности по сравнению с каменным углем, при генерировании в соответствии с этим большого количества золы. Такое ошлаковывание и внешнее загрязнение является недостатком бурого угля. В соответствии с этим для использования низкосортного угля, например бурого угля и лигнита, для сжигания топлива в горелке необходимо достигнуть эффективного сжигания топлива и уменьшения когезии золы.

Методы сжигания бурого угля, нашедшие, в общем, применение за рубежом, являются методом тангенциального сжигания топлива и методом углового сжигания топлива. В первом методе, в каждой боковой стенке топочной камеры предусмотрена камера горелки, состоящая из топливных каналов и вентиляционных каналов для обеспечения горения. В последнем методе камера горелки состоит из топливных каналов и вентиляционных каналов для обеспечения горения в каждом углу топочной камеры.

Ниже описано отличие этих методов от так называемого метода оппозитного сжигания топлива, в котором в каждой из поверхностей противоположных стенок топочной камеры предусмотрена группа горелок, который нашел применение, в общем, в Японии для сжигания каменного угля.

В методе оппозитного сжигания топлива каждая горелка (множество трубок для подачи топлива и воздуха для горения) регулируется способом автоматической стабилизации пламени. В методах сжигания бурого угля, вместо способа автоматической стабилизации пламени, реализуемого на выходе из горелки, высокоскоростной поток воздуха для горения имеет кинетическую энергию и смешивается с топливом вокруг середины топочной камеры, побуждая благодаря этому стабильное сжигание.

На фиг.30 приведен вид спереди (со стороны топочной камеры) примера камеры 37 горелки, соответствующей методу углового сжигания топлива или методу тангенциального сжигания топлива. Каждый воздушный поток имеет разную скорость в зависимости от разной цели. Центральная трубка 124 подачи воздуха смешивает воздух с топливом, подаваемым потоком отходящего газа из распылителя 125 топлива, увеличивая благодаря этому концентрацию кислорода и ускорение горения. Трубка 126 подачи внешнего воздуха подает высокоскоростной поток, обладающий высокой проникающей способностью, имеющий скорость 50 м/сек или более, стабилизируя, благодаря этому, горение топлива вокруг середины топочной камеры.

Основной технологией, необходимой для обеспечения доминирования на международном рынке в относительно новой области сжигания низкосортного угля, например бурого угля, является горелка, работающая на пылевидном угле, способная работать даже при изменении нагрузки в зависимости от изменения в требовании электрической нагрузки. В Западной Европе котлам необходимо работать при частичной нагрузке, в некоторых случаях достигающей 30% от номинального значения. В таких случаях предшествующий уровень техники имеет следующие проблемы.

Как описано выше, важным моментом сжигания (бурого угля), соответствующего предшествующему уровню техники (метод углового сжигания топлива и метод тангенциального сжигания топлива), является необходимость обеспечения высокопроникающего высокоскоростного потока смеси топлива и воздуха для горения для того, чтобы стабилизировать горение в топочной камере. Благодаря уменьшению нагрузки в топочной камере, вышеуказанная кинетическая энергия высокоскоростного потока из камеры 37 горелки также уменьшается, вызывая в соответствии с этим нестабильность в факеле пламени. На фиг.31 приведено поперечное сечение топочной камеры 41 в соответствии с методом углового сжигания топлива, иллюстрирующее пример изменения конфигурации факела пламени, если нагрузка топочной камеры 41 уменьшается от состояния высокой нагрузки до состояния низкой нагрузки. При высокой нагрузке, как показано на фиг.31(а), высокоскоростной поток из камеры 37 горелки образует выпускную секцию 38 вблизи выхода из горелки и дополнительно образует область стабильного горения, расположенную между окрестностью выхода и серединой топочной камеры 41, обеспечивая благодаря этому эффективное сжигание.

В противоположность этому при низкой нагрузке скорость потока и, следовательно, кинетическая энергия каждого высокоскоростного потока из камеры 37 горелки уменьшается. В соответствии с этим область стабильного горения, как показано на фиг.31(а), не образуется и, следовательно, горение является нестабильным (вся область топочной камеры 41 становится темной, как показано на фиг.31(b)). Для предотвращения гашения пламени горелки при низкой нагрузке, вблизи воздушного канала 49, образованного в верхней части топочной камеры 41, как показано на разрезе, приведенном на фиг.32, предусматривают пламенно-температурный детектор 48, предназначенный для текущего контроля образования области стабильного горения топочной камеры 41. Этот пламенно-температурный детектор 48 определяет, что гашение пламени имело место, когда яркость топочной камеры 41 уменьшается, как показано на фиг.31(b).

Если это имеет место, то поскольку образование области стабильного горения в топочной камере 41 находится под влиянием кинетической энергии высокоскоростного потока каждой горелки, метод, соответствующий предшествующему уровню техники, не применим при низкой нагрузке. В этом случае, как показано на фиг.31(а) и фиг.31(b), камеры 37 горелок предусматривают в нижней части топочной камеры, благодаря чему высокоскоростные потоки смеси топлива и транспортирующего газа из камер 37 горелок смешиваются с воздухом для горения, подаваемым из воздушных каналов 49, образуя в соответствии с этим пламя.

Кроме того, при работе устройства для сжигания топлива (топочной камеры), соответствующей предшествующему уровню техники, при высокой нагрузке, то есть когда в горелки подают большое количество топлива, теплоизлучение разогревает конструкцию горелки до более высокой температуры. Поскольку зола низкосортного угля, например бурого угля или лигнита, имеет более низкую температуру плавления, то зола, лежащая на разогретой секции конструкции горелки, плавится, и количество расплавленной золы постепенно увеличивается. Рост расплавленной золы может нарушить горение топлива. В соответствии с этим в условиях работы при высокой нагрузке необходимо образовывать пламя в положении, которое далеко отстоит от горелки.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение получения горелки. работающей на твердом топливе и способа сжигания при использовании горелки, работающей на твердом топливе, которые могут обеспечивать стабильное горение в широком диапазоне нагрузок топочной камеры от условия работы при высокой нагрузке до условия работы при низкой нагрузке, и, следовательно, являются пригодными для сжигания низкосортного топлива, например бурого угля и лигнита; устройства для сжигания топлива, в котором используют указанную горелку, и способ его работы и котла, работающей на угле, при использовании указанной горелки.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение получения горелки, пригодной для оппозитного сжигания топлива и способной эффективно сжигать пылевидный уголь, например бурый уголь, имеющий плохие свойства золы, вблизи выхода из горелки и благодаря этому предотвращающей когезию золы в окрестности горелки; и устройства для сжигания топлива, в котором используют указанную горелку.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение получения горелки, пригодной для углового сжигания топлива и тангециального сжигания топлива и способной образовывать область стабильного горения вокруг середины топочной камеры даже при низкой нагрузке горения топочной камеры путем предотвращения когезии золы на боковых стенках гоночной камеры в устройства для сжигания топлива, в котором используют указанную горелку

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение получения многотрубной горелки, пригодной для оппозитного сжигания топлива, углового сжигания топлива и тангенциального сжигания топлива и устройства для сжигания топлива, в котором используют указанную горелку.

Указанные выше задачи решаются благодаря тому, что предлагаются

горелка, работающая на твердом топливе, содержащая центральную трубку подачи воздуха, предназначенную для эжекции воздуха;

распылитель топлива, предусмотренный вне указанной центральной трубки подачи воздуха и эжектирующий текучую смесь, состоящую из твердого топлива и транспортирующего газа;

дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные во внутренней поверхности стенки распылителя топлива и эжектирующие воздух; и

одну или более трубок подачи внешнего воздуха, предусмотренных вне указанного распылителя топлива и эжектирующих воздух для горения, при этом выход любой одной или указанной центральной трубки подачи воздуха и указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположен в положении, находящемся выше по технологической цепочке горелки от выхода указанного распылителя топлива, а нагретый и/или сжатый воздух подведены к указанным дополнительным вентиляционным отверстиям или трубкам подачи дополнительного воздуха.

Далее в горелке, начиная от стороны, находящейся выше по технологической цепочке горелки, на внешней поверхности стенки указанной центральной трубки подачи воздуха предусмотрено препятствие, содержащее коническую секцию, имеющую постепенно увеличивающееся поперечное сечение, и коническую секцию, имеющую постепенно уменьшающееся поперечное сечение, а на внутренней стенке указанного распылителя топлива предусмотрен элемент сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения канала указанного распылителя топлива, начиная от стороны, находящейся выше по технологической цепочке горелки, и для расширения указанного поперечного сечения до исходного значения, при этом в указанной центральной трубке подачи воздуха предусмотрен завихритель и в указанной трубке подачи внешнего воздуха предусмотрен завихритель, при этом в выходе из указанной трубки подачи внешнего воздуха предусмотрена направляющая, предназначенная для ограничения эжекции внешнего воздуха и в выходе из указанной трубки подачи внешнего воздуха предусмотрен элемент расширения трубки, предназначенный для увеличения интенсивности закрутки внешнего потока воздуха из указанной трубки подачи внешнего воздуха, чтобы эжектироваться под углом отклонения, равным 45 градусов или менее, относительно центральной оси горелки, при этом между указанным распылителем топлива и указанной трубкой подачи внешнего воздуха предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для противостояния эжектируемому потоку смеси твердого топлива и воздуха.

Далее в горелке предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, имеющий L-образные выступы, направленные внутрь к выходу из указанного распылителя топлива, а поперечное сечение канала вниз по технологической цепочке от указанной центральной трубки подачи воздуха меньше поперечного сечения канала вверх по технологической цепочке от указанной центральной трубки подачи воздуха, и местоположение указанного завихрителя в указанной центральной трубке подачи воздуха является подвижным в направлении центральной оси горелки в указанной центральной трубке подачи воздуха и в указанной центральной трубке подачи воздуха предусмотрен завихритель, предназначенный для регулировки интенсивности закрутки воздушного потока в зависимости от нагрузки горения.

Далее предлагается способ сжигания топлива при использовании горелки, работающей на твердом топливе, в котором режим эжекции воздуха из горелки подается в зависимости от нагрузки горения по выбору из группы, содержащей режим эжекции воздуха, в которой воздушный поток из указанной центральной трубки подачи воздуха эжектируют как прямолинейный высокоскоростной поток или слабо закрученный высокоскоростной поток; и режим эжекции воздуха, в которой воздушный поток из указанной центральной трубки подачи воздуха эжектируют как сильно закрученный высокоскоростной поток и в котором при низкой нагрузке горения сильно закрученный высокоскоростной поток эжектируют из указанной центральной трубки подачи воздуха, тогда как при высокой нагрузке горения из указанной центральной трубки подачи воздуха эжектируют прямолинейный высокоскоростной поток или слабо закрученный высокоскоростной поток и в котором горение осуществляют посредством регулировки количества воздуха так, чтобы соотношение общего количества воздуха, подаваемого указанным распылителем топлива, указанной центральной трубкой подачи воздуха и указанными дополнительными вентиляционными отверстиями или трубками подачи дополнительного воздуха, к количеству воздуха, необходимого для полного сгорания летучих веществ топлива, поддерживалось равным 0,85-0,95, при этом используется горелка, работающая на твердом топливе, в котором соотношение количества воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, к количеству воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, регулируют в зависимости от нагрузки горения и в котором при низкой нагрузке горения уменьшают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время увеличивают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха; тогда как при высокой нагрузке горения увеличивают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время уменьшают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха.

Далее предлагается устройство для сжигания топлива, использующее отходящий газ в качестве транспортирующего газа для твердого топлива, используемого в горелке, работающей на твердом топливе, и содержащее топочную камеру, имеющую поверхность стенки топочной камеры, оборудованную множеством указанных горелок, работающих на твердом топливе, в котором множество указанных горелок расположено в углах или в противоположных поверхностях боковых стенок топочной камеры так, чтобы образовать пару или пары модулей, и в котором центральная трубка подачи воздуха горелки, работающая на твердом топливе, имеет цилиндрическую форму и в котором пара трубок подачи воздуха, предназначенных для подведения воздуха, соединена с частью выше по технологической цепочке указанной центральной трубки подачи воздуха, и в котором указанная пара указанных трубок подачи воздуха соединены так, чтобы воздух вводился в тангенциальном направлении в каждом из противостоящих положений круга поперечного сечения указанной центральной трубки подачи воздуха.

Далее предлагается способ управления устройством для сжигания топлива, в котором при высокой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива увеличивают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время уменьшают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, благодаря чему, начиная из положения, далеко отстоящего от указанной горелки, работающей на твердом топливе, образуется факел пламени твердого топлива, в котором при низкой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива уменьшают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время увеличивают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, благодаря чему непосредственно ниже по технологической цепочке от выхода из распылителя топлива указанной горелки, работающей на твердом топливе, образуется факел пламени твердого топлива и в котором в указанной горелке, работающей на твердом топливе, или на поверхности стенки топочной камеры вблизи указанной горелки, работающей на твердом топливе, предусматривают термометры или пламенно-температурные детекторы, благодаря чему регулируют количество и интенсивность закрутки воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха указанной горелки, работающей на твердом топливе, или в альтернативном варианте осуществления - количество воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха в ответ на сигнал из этих измерительных приборов, и в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива горение осуществляют в положении, отстоящем от выхода из распылителя топлива на 0,5 м или более на центральной оси распылителя топлива в топочной камере; в котором при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива, начиная от положения, находящегося вблизи поверхности стенки топочной камеры вне выхода распылителя топлива, в топочной камере образуется факел пламени твердого топлива и в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива путем применения пламенно-температурных детекторов или с помощью визуального контроля осуществляют текущий контроль факела в середине топочной камеры, где сливаются факелы пламени твердого топлива горелок, работающих на твердом топливе; тогда как при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива осуществляют текущий контроль факела, образованного вблизи выхода из каждой горелки, работающей на твердом топливе и в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигании топлива в две трубки подачи воздуха подводят идентичное количество воздуха, что и в указанную центральную трубку подачи воздуха; тогда как при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива в две трубки подачи воздуха подводят разное количество воздуха, чем в указанную центральную трубку подачи воздуха; посредством чего в зависимости от высокой или низкой нагрузки регулируют интенсивность закрутки центрального воздушного потока.

Далее предлагается котел, работающий на угле, содержащий топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, пароперегреватель, предусмотренный в указанной топочной камере для кипячения воды, чтобы генерировать водяной пар посредством использования факела пламени, получаемого путем сжигания твердого топлива в указанной топочной камере, при этом предлагается система котла, работающего на угле, содержащая котел, работающий на угле, дымоход, служащий в качестве канала для отходящего газа из указанного котла; устройство для очистки отходящего газа, предусмотренное в указанном дымоходе; устройство для транспортировки пылевидного угля, предназначенное для транспортировки угля в виде пылевидного угля к горелкам в указанном котле; устройство для регулирования подачи пылевидного угля, предназначенное для регулировки количества пылевидного угля, подаваемого из указанного устройства для транспортировки пылевидного угля к указанным горелкам; и устройство для регулировки подачи воздуха, предназначенное для регулировки количества воздуха, эжектируемого из указанных горелок.

Электростанция, работающая на угле, содержащая топочную камеру, имеющую поверхности стенки топочной камеры, оборудованные множеством горелок, работающих на твердом топливе, котел для кипячения воды для получения водяного пара путем использования теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива посредством указанных горелок; паровую турбину, приводимую во вращение посредством пара, генерируемого указанным котлом; и электрогенератор, приводимый в действие указанной паровой турбиной.

Далее предлагается горелка, работающая на твердом топливе, содержащая распылитель топлива, предназначенный для эжекции текучей смеси, состоящей из твердого топлива и транспортирующего газа; дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные во внутренней поверхности стенки указанного распылителя топлива и эжектирующие воздух, в которой нагретый и/или сжатый воздух подведены к указанным дополнительным вентиляционным отверстиям или трубкам подачи дополнительного воздуха, и в которой выходы указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположены на стороне вверх по технологической цепочке горелки от выходов указанного распылителя топлива, при этом внутри распылителя топлива предусмотрено препятствие, содержащее секцию, имеющую постепенно увеличивающееся поперечное сечение, и секцию, имеющую постепенно уменьшающееся поперечное сечение в направлении от стороны вверх по технологической цепочке горелки, к стороне вниз по технологической цепочке горелки, а на внутренней поверхности стенки указанного распылителя топлива предусмотрен элемент сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения канала указанного распылителя топлива в направлении от стороны вверх по технологической цепочке горелки к стороне вниз по технологической цепочке горелки и для расширения указанного поперечного сечения до исходного значения, при этом в горелке, работающей на твердом топливе в трубке подачи внешнего воздуха предусмотрен завихритель, а на выходе из трубки подачи внешнего воздуха предусмотрена направляющая, предназначенная для ограничения направления потока внешнего воздуха, эжектируемого из трубки подачи внешнего воздуха, и между указанным распылителем топлива и трубкой подачи внешнего воздуха предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для противостояния эжектируемому потоку смеси твердого топлива и воздуха и предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, который имеет L-образные выступы, направленные внутрь к концу поверхности стенки указанного распылителя топлива, при этом отходящий газ используют в качестве транспортирующего твердое топливо газа и в которой выход из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположен между конической секцией препятствия; имеющего постепенно уменьшающееся поперечное сечение, и кольцевым стабилизатором пламени, а секция подвода воздуха для указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха соединена с воздушными ящиками для подвода сжатого воздуха к трубке подачи внешнего воздуха, при этом секция подвода воздуха для указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха соединена с устройством для подвода газа для горения, специально предназначенного для подачи воздуха для горения к указанной секции для подвода воздуха и указанное устройство для подвода воздуха для горения соединено со средством для подвода богатого кислородом газа или чистого кислорода и в указанном устройстве для подвода воздуха для горения предусмотрено устройство для регулировки скорости потока газа для горения.

Далее предлагается способ сжигания топлива при использовании горелки, работающей на твердом топливе, в которой при низкой нагрузке горения увеличивают количество воздуха, подаваемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, тогда как при высокой нагрузке горения уменьшают количество воздуха, подаваемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, а при низкой нагрузке горения уменьшают количество воздуха, подаваемого из трубки подачи внешнего воздуха, которая из указанных трубок подачи внешнего воздуха находится ближе всего к указанному распылителю топлива, или в альтернативном варианте увеличивают интенсивность его закрутки; и при высокой нагрузке горения увеличивают количество воздуха, подаваемого из трубки подачи внешнего воздуха, которая из указанных трубок подачи внешнего воздуха находится ближе всего к указанному распылителю топлива, или в альтернативном варианте уменьшают интенсивность его закрутки.

Далее предлагается устройство для сжигания топлива, содержащее топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, а также устройство для сжигания топлива, содержащее топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, и пароперегреватель, предусмотренный в указанной топочной камере для кипячения воды, чтобы генерировать водяной пар посредством использования факела пламени, получаемый при использовании теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива в указанной топочной камере.

Предлагается также котел, работающий на угле, содержащий топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, и пароперегреватель, предусмотренный в указанной топочной камере для кипячения воды, чтобы генерировать водяной пар посредством использования факела пламени, получаемый при использовании теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива в указанной топочной камере.

Наконец предлагается способ управления устройством для сжигания топлива, в котором при высокой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива факел пламени твердого топлива образуют, начиная от положения, далеко отстоящего от указанной горелки, работающей на твердом топливе; в котором при низкой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива факел пламени топлива образуют, начиная от положения близко отстоящего от поверхности стенки топочной камеры непосредственно ниже по технологической цепочке от выхода из распылителя топлива указанной горелки, работающей на твердом топливе, и в котором в указанных горелках, работающих на твердом топливе, или на поверхности стенки топочной камеры вблизи указанных горелок, работающих на твердом топливе, предусматривают термометры или пламенно-температурные детекторы, благодаря чему в указанных горелках, работающих на твердом топливе, регулируют количество воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, в ответ на сигнал из этих измерительных приборов и в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива горение осуществляют в положении, отстоящем от выхода из распылителя топлива на 0,5 м или более на центральной оси распылителя топлива в топочной камере; в котором при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива, начиная от положения, находящегося вблизи поверхностей стенок топочной камеры вне выхода распылителя топлива в топочной камере, зажигают факел пламени твердого топлива, в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива путем применения пламенно-температурных детекторов или с помощью визуального контроля осуществляют текущий контроль факела в середине топочной камеры, где сливаются факелы пламени твердого топлива горелок, работающих на твердом топливе; тогда как при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива осуществляют текущий контроль отдельного факела, образованного вблизи выхода из каждой горелки, работающей на твердом топливе и в котором при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива количество воздуха регулируют так, чтобы отношение всего количества воздуха, подаваемого указанной горелкой, работающей на твердом топливе, к количеству воздуха, необходимого для полного сжигания летучих веществ в топливе, поддерживалось на уровне 0,85-0,95.

Наконец, предлагается электростанция, работающая на угле, содержащая топочную камеру, имеющую поверхности стенки топочной камеры, оборудованные множеством горелок, работающих на твердом топливе, котел для кипячения воды для генерации водяного пара путем использования теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива посредством указанных горелок; паровую турбину, приводимую во вращение посредством водяного пара, генерируемого указанным котлом; и электрогенератор, приводимый в действие указанной паровой турбиной.

Горелка, обеспечивающая получение низкой концентрации NO_x, соответствующая предшествующему уровню техники, имеет конфигурацию, пригодную для уменьшения концентрации NO_x в отходящем газе обычного каменного угля. Тем не менее в устройстве для сжигания топлива, использующем воспламеняющееся топливо, например бурый уголь и торф, используемый транспортирующий газ не является первичным воздухом, а отходящим газом с низкой концентрацией кислорода для предотвращения спонтанного воспламенения. В этом случае воспламенение вблизи горелки затруднительно и вызывает следующие две проблемы.

(1) Вследствие трудности управления факелом вблизи горелки работа без вспомогательного нефтяного или топливного газа для горения ограничена условием высокой нагрузки, в котором температура горения достаточно высока.

(2) Уменьшения концентрации NO_x не получают, поскольку скорость горения низка вблизи зоны активного горения, где топливо находится в избытке по отношению к воздуху для горения, то есть поскольку скорость горения высока после смешивания с вторичным и третичным воздухом.

Вышеуказанные проблемы являются результатом использования в качестве транспортирующего уголь газа с низкой концентрацией кислорода. Для решения этой проблемы можно подавать воздух для горения в распылитель топлива вблизи выхода из горелки с тем, чтобы увеличить концентрацию кислорода. Тем не менее такая конфигурация уменьшает концентрацию пылевидного угля и, следовательно, не улучшает воспламенения топлива.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение получения горелки, работающей на твердом топливе, способной быстро и эффективно сжигать пылевидный уголь, например бурый уголь, имеющий плохие свойства золы, вблизи выхода из горелки и благодаря этому обеспечивающей сжигание с уменьшенной концентрацией No_x; и устройства для сжигания топлива, в котором используют указанную горелку.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Горелка, соответствующая настоящему изобретению, пригодна для использования текучей смеси, содержащей твердое топливо, состоящее из низкосортного угля, например бурого угля и лигнита; и транспортирующий газ, имеющий концентрацию кислорода менее 21%.

(1) Первый вариант осуществления горелки, соответствующей настоящему изобретению, является горелкой, работающей на твердом топливе, содержащей центральную трубку подачи воздуха, предназначенную для эжекции воздуха; распылитель топлива, предусмотренный вне центральной трубки подачи воздуха, и эжектирующий текучую смесь, состоящую из твердого топлива и транспортирующего газа; дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные во внутренней поверхности стенки распылителя топлива и эжектирующие воздух; и одну или более трубок подачи внешнего воздуха, предусмотренных вне распылителя топлива и эжектирующих воздух для горения.

В вышеуказанной горелке можно увеличить количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, предназначенных для эжекции воздуха вдоль внутренней стороны стенки распылителя топлива. Воздух, эжектируемый из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, увеличивает концентрацию кислорода вблизи внутренней стенки распылителя топлива. Это ускоряет горение по сравнению со случаем более низкой концентрации кислорода. Воспламенение топлива, соответственно, ускоряется и, следовательно, факел пламени образуется, начиная от окрестности распылителя топлива.

В вышеуказанной горелке, дополнительно содержащей завихритель в центральной трубке подачи воздуха, в ответ на нагрузку горения может быть выбрана эжекция воздуха из центральной трубки подачи воздуха в виде (1) прямого высокоскоростного потока или слабо закрученного высокоскоростного потока; и (2) сильно закрученного высокоскоростного потока.

В этом случае (а) выход центральной трубки подачи воздуха и/или (б) выход дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха предпочтительно расположены выше по технологической цепочке от выхода топливного распылителя внутри горелки. В соответствии с этой конфигурацией смесь топлива с воздухом, эжектируемым из (а) центральной трубки подачи воздуха и/или (б) дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, получают в распылителе топлива. Это позволяет частично увеличить концентрацию кислорода транспортирующего топливо газа.

Расстояние между выходом распылителя топлива и выходом центральной трубки подачи воздуха и расстояние между выходом распылителя топлива и выходом дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха предпочтительно устанавливают такими, чтобы время пребывания топлива в распылителе топлива не превышало времени задержки воспламенения (приблизительно 0,1 сек) топлива. Целью этого является предотвращение образования обратного пламени и повреждения от горения, вызываемых образованием факела пламени в распылителе топлива. Поскольку транспортирующий топливо газ, как правило, проходит через распылитель топлива со скоростью 10-20 м/сек, то вышеуказанные расстояния составляют 1-2 м или менее.

Если элемент сужения канала, предназначенный для постепенного временного сужения поперечного сечения распылителя топлива, начинающийся выше по технологической цепочке горелки, и для восстановления поперечного сечения, предусмотрен на внутренней стороне стенки распылителя топлива горелки, то поток частиц топлива (пылевидного угля), имеющий более высокую инерцию, чем инерция транспортирующего топливо газа (отходящего газа или аналогичного газа), фокусируется в области центральной оси. Кроме того, если препятствие, состоящее из конической секции, имеющей постепенно увеличивающееся поперечное сечение, начинающейся выше по технологической цепочке горелки, и последующей конической секции, имеющей постепенно уменьшающееся поперечное сечение, предусмотрен на внешней поверхности стенки центральной трубки подачи воздуха так, чтобы располагаться ниже по технологической цепочке от элемента сужения канала, то поток частиц топлива (пылевидного угля), сфокусированный в области центральной оси, расширяется препятствием и затем проходит через канал распылителя топлива после прохождения через препятствие. В этом случае поток частиц топлива (пылевидного угля), имеющий более высокую инерцию, чем инерция транспортирующего топливо газа (отходящего газа), концентрируется в области внутренней стороны стенки распылителя топлива и проходит направленным к выходу. Этот концентрированный поток пылевидного угля в области внутренней стенки распылителя топлива просто входит в контактное взаимодействие с внешним воздухом (воздухом для горения) вблизи выхода распылителя топлива, и в дополнительное контактное взаимодействие с высокотемпературным газом зон рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора пламени, описываемого позднее, просто воспламеняясь благодаря этому.

Если указанная горелка, соответствующая настоящему изобретению, работает при высокой нагрузке, то топливо, эжектируемое из распылителя топлива, нагревается сильным теплоизлучением из топочной камеры. Эта ситуация обеспечивает возможность стабильного горения, даже если топливо эжектируется из распылителя топлива с высокой скоростью. В этом случае воздух эжектируют в виде прямолинейного высокоскоростного потока или слабо закрученного высокоскоростного потока (при коэффициенте закрутки, равном 0,3 или менее) из центральной трубки подачи воздуха, в соответствии с чем пламя выходит из окрестности горелки так, чтобы факел образовывался в положении, далеко отстоящем от горелки. Это предотвращает высокотемпературный нагрев конструкции горелки посредством теплоизлучения факела.

В противоположность этому, если указанная горелка, соответствующая настоящему изобретению, работает при низкой нагрузке, то воздух эжектируют как сильно закрученный высокоскоростной поток (при коэффициенте закрутки, равном 0,5 или более) из центральной трубки подачи воздуха, благодаря чему ускоряется смешивание высокоскоростного потока топлива с воздухом. Кроме того, поскольку скорость эжекции топлива на центральной оси горелки уменьшается закрученным высокоскоростным потоком воздуха из центральной трубки подачи воздуха, то время пребывания топлива вблизи распылителя топлива становится больше. В соответствии с этим топливо нагревается вблизи распылителя топлива при температуре, необходимой для горения, благодаря чему факел образуется, начиная от окрестности распылителя топлива.

В вышеуказанной горелке, соответствующей настоящему изобретению, отношение количества воздуха, эжектируемого из центральной трубки подачи воздуха, к количеству воздуха, эжектируемому из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, поддается регулировке в зависимости от нагрузки горения. Например, при низкой нагрузке горения количество воздуха, эжектируемого из центральной трубки подачи воздуха, уменьшают, тогда как количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, увеличивают. В противоположность этому, при высокой нагрузке горения количество воздуха, эжектируемого из центральной трубки подачи воздуха, увеличивают, тогда как количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, уменьшают.

В вышеуказанной горелке, соответствующей настоящему изобретению, количество воздуха регулируют в процессе горения предпочтительно так, чтобы воздушный коэффициент для летучих веществ (отношение общего количества. воздуха, подаваемого из распылителя топлива, центральной трубки подачи воздуха и дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, к количеству воздуха, необходимому для полного сгорания летучих веществ, содержащихся в топливе) составлял 0,85-0,95.

Кроме того, на конце перегородки между распылителем топлива и трубкой подачи внешнего воздуха предпочтительно предусматривают противодействие (кольцевой стабилизатор пламени) газовому потоку из распылителя топлива и воздушному потоку из трубки подачи внешнего воздуха.

Давление ниже по технологической цепочки от кольцевого стабилизатора пламени уменьшается, благодаря чему образуются зоны рециркуляции, направленные от направления вниз по технологической цепочке до направления вверх по технологической цепочке. В зонах рециркуляции помимо топлива и воздуха, эжектируемого из трубок подачи внешнего воздуха, находится высокотемпературный отходящий газ, образованный ниже по технологической цепочке. В соответствии с этим зоны рециркуляции имеют высокую температуру, служа в соответствии с этим в качестве источника воспламенения для высокоскоростного потока топлива, проходящего в окрестности. Это обеспечивает возможность стабильного образования факела пламени, начинающегося от выхода распылителя топлива.

Кроме того, кольцевой стабилизатор пламени, имеющий L-образный выступы, может быть предусмотрен на внутренней поверхности стенки выхода распылителя топлива. Такой кольцевой стабилизатор пламени аналогичным образом ускоряет воспламенение топлива.

В вышеуказанной горелке, соответствующей настоящему изобретению, поперечное сечение канала ниже по технологической цепочке центральной трубки подачи воздуха может быть меньше поперечного сечения канала выше по технологической цепочки центральной трубки подачи воздуха и тогда положение завихрителя, предусмотренного в центральной трубке подачи воздуха, может быть смещено в направлении центральной оси горелки в центральной трубке подачи воздуха. В соответствии с этой конфигурацией регулировка положения завихрителя позволяет регулирование интенсивности закрутки воздушного потока в зависимости от нагрузки горения.

При низкой нагрузке завихритель смещают ниже по технологической цепочке канала в положение, где поперечное сечение в центральной трубке подачи воздуха меньше, благодаря чему высокоскоростной поток воздуха из центральной трубки подачи воздуха сильно закручивается, образуя в соответствии с этим факел пламени вблизи горелки. В противоположность этому при высокой нагрузке завихритель смещают выше по технологической цепочке канала в положение, где поперечное сечение в центральной трубке подачи воздуха больше, благодаря чему высокоскоростной поток воздуха из центральной трубки подачи воздуха слабо закручивается, образуя в соответствии с этим факел пламени, далеко отстоящий от горелки в топочной камере.

Если температура поверхности горелки или стенки топочной камеры повышается слишком высоко, то сгоревшая зола когерирует на конструкции горелки и стенке топочной камеры и когезия постепенно растет. Это явление, называемое ошлаковыванием, склонно иметь место. Для подавления ошлаковывания, в ответ на сигнал от термометра или измерителя интенсивности излучения, предусматриваемых в поверхности горелки или стенки топочной камеры, количество или интенсивность закрутки воздуха, эжектируемого из центральной трубки подачи воздуха, могут быть отрегулированы, или в альтернативном варианте может быть отрегулировано количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха. Регулировка количества или интенсивности закрутки воздуха вызывает изменение в положении образования факела пламени в топочной камере, позволяя в соответствии с этим регулировку интенсивности теплоизлучения к поверхности горелки и стенки топочной камеры.

При высокой нагрузке, вследствие высокой тепловой нагрузки топочной камеры, факел пламени предпочтительно образуют в положении, далеко отстоящем от горелки. При низкой нагрузке, вследствие низкой тепловой нагрузки топочной камеры, температура поверхности горелки и стенки топочной камеры не повышается так высоко, как в случае высокой нагрузки, даже если факел пламени образован вблизи горелки.

Если вышеуказанную горелку, соответствующую настоящему изобретению, используют в таком устройстве для сжигания топлива, то центральная трубка подачи воздуха имеет цилиндрическую форму. Пара воздухопроводов для подвода воздуха соединена с частью выше по технологической цепочке центральной трубки подачи воздуха. Каждый воздухопровод соединен так, чтобы подавать воздух из тангенциального направления во взаимно противоположном положении круглого поперечного сечения центральной трубки подачи воздуха. Если устройство для сжигания топлива работает при высокой нагрузке горения (например, 60-70% или выше), то каждый воздухопровод подводит одинаковое количество воздуха в центральную трубку подачи воздуха. В противоположность этому, если устройство для сжигания топлива работает при низкой нагрузке горения (например, 60-70% или ниже), то каждый воздухопровод подводит разное количество воздуха в центральную трубку подачи воздуха. В силу такой работы интенсивность закручивания центрального высокоскоростного потока воздуха регулируется в зависимости от нагрузки.

(2) Второй вариант осуществления горелки, соответствующей настоящему изобретению, представляет собой горелку, работающую на твердом топливе, содержащую: распылитель топлива, предназначенный для эжекции текучей смеси, состоящей из твердого топлива и транспортирующего газа; дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные в поверхности стенки распылителя топлива и эжектирующие воздух; и одну или более трубок подачи внешнего воздуха, предусмотренных вне поверхности стенки распылителя топлива и эжектирующих воздух. В противоположность горелке, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения, горелка, соответствующая второму варианту осуществления настоящего изобретения, не содержит центральной трубки подачи воздуха, предназначенной для эжекции воздуха.

Во втором варианте осуществления горелки, соответствующей настоящему изобретению, можно увеличить количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, предназначенных для эжекции воздуха вдоль внутренней поверхности стенки распылителя топлива. Воздух, эжектируемый из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, увеличивает концентрацию кислорода вблизи внутренней поверхности стенки распылителя топлива. Это ускоряет реакцию горения топлива по сравнению со случаем низкой концентрации кислорода. Воспламенение топлива, соответственно, ускоряется и, следовательно, факел образуется, начиная от окрестности распылителя топлива.

Во втором варианте осуществления горелки выход (конец) дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха предпочтительно расположен выше по технологической цепочке от выхода (конца) распылителя топлива в горелке. В соответствии с этой конфигурацией смесь топлива с воздухом, эжектируемым из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, получают в распылителе топлива. Это позволяет частично увеличить концентрацию кислорода транспортирующего топливо газа. Расстояние между выходом распылителя топлива и выходом дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха предпочтительно устанавливают таким, чтобы время пребывания топлива в распылителе топлива не превышало времени задержки воспламенения (приблизительно 0,1 сек) топлива. Целью этого является предотвращение образования обратного пламени и повреждения от горения, вызываемых образованием факела пламени в распылителе топлива. Поскольку транспортирующий топливо газ, как правило, проходит через распылитель топлива со скоростью 10-20 м/сек, то вышеуказанное расстояние составляет 1-2 м или менее.

Элемент сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения распылителя топлива, постепенно начинающийся выше по технологической цепочке горелки и проходящий в направлении вниз по технологической цепочке, и для восстановления поперечного сечения, предпочтительно предусмотрен на внутренней стороне поверхности стенки распылителя топлива горелки. Это сужение поперечного сечения увеличивает скорость транспортирующего топливо газа, проходящего через распылитель топлива, из распылителя топлива. В соответствии с этим даже если факел образуется в распылителе топлива из-за временного замедления потока топлива, то обратное пламя предотвращается от прохождения выше по технологической цепочке участка сужения канала, образованного элементом сужения канала. Кроме того, если препятствие состоит из секции, имеющей постепенно увеличивающееся поперечное сечение, начинающейся выше по технологической цепочке горелки и проходящей вниз по технологической цепочке, и последующей секции, имеющей постепенно уменьшающееся поперечное сечение, предусмотрено внутри распылителя топлива так, чтобы быть расположенным ниже по технологической цепочке от элемента сужения канала, то поток частиц топлива (пылевидного угля), сфокусированный в области центральной оси, расширяется препятствием и затем проходит через канал распылителя топлива. В этом случае поток частиц топлива (пылевидного угля), имеющий более высокую инерцию, чем инерция транспортирующего топливо газа, концентрируется в области внутренней стороны стенки распылителя топлива и проходит направленным к выходу. Этот концентрированный поток пылевидного угля в области внутренней стороны стенки распылителя топлива просто входит в контактное взаимодействие с внешним воздухом, эжектируемым из трубки подачи внешнего воздуха, в окрестности выхода из распылителя топлива. Поток пылевидного угля входит в дополнительное контактное взаимодействие с высокотемпературным газом зон рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора пламени, описываемого позднее, просто воспламеняясь благодаря этому.

Кроме того, кольцевой стабилизатор пламени, противостоящий потоку смеси твердого топлива из распылителя топлива и потоку воздуха, предпочтительно предусмотрен на конце поверхности стенки между распылителем топлива и трубкой подачи внешнего воздуха.

Давление в топочной камере ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора пламени уменьшается, благодаря чему образуются зоны рециркуляции текущей смеси, имеющие направление от положения ниже по технологической цепочке до положения выше по технологической цепочке. В зонах рециркуляции помимо воздуха, топлива и транспортирующего топливо газа, эжектируемых из распылителя топлива и из трубки подачи внешнего воздуха, находится высокотемпературный отработанный газ, образованный в топочной камере ниже по технологической цепочке от горелки. В соответствии с этим зоны рециркуляции имеют высокую температуру, служа в соответствии с этим в качестве источника воспламенения для высокоскоростного потока топлива. Это позволяет стабильное образование факела пламени, начинающегося от выхода распылителя топлива.

Кольцевой стабилизатор пламени, имеющий L-образный выступ, может быть предусмотрен на внутренней поверхности стенки выхода распылителя топлива. Такой кольцевой стабилизатор пламени аналогичным образом ускоряет воспламенение топлива.

Если в качестве транспортирующего твердое топливо газа используют отходящий газ, то между конической секцией, имеющей уменьшающееся поперечное сечение в препятствии, и кольцевым стабилизатором пламени предусматривают выход дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха. Такая конфигурация позволяет газовой смеси иметь количества кислорода, необходимые для горения. Эта газовая смесь сталкивается с кольцевым стабилизатором пламени, позволяя в соответствии с этим эффективное воспламенение посредством кольцевого стабилизатора пламени. Кроме того, даже при низкой нагрузке горения и даже если в топочной камере сжигают пылевидный уголь, например бурый уголь, имеющий плохие свойства золы, вблизи выхода горелки получают быстрое и эффективное горение, позволяющее в соответствии с этим получать низкую концентрацию NO_x и предотвращать когезию на поверхности стенки топочной камеры вблизи горелки.

В вышеуказанной горелке, соответствующей настоящему изобретению, количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, может быть отрегулировано в зависимости от нагрузки горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере).

Как правило, в горелках, работающих на твердом топливе, не ограниченных вышеуказанными горелками, работающими на твердом топливе, соответствующими настоящему изобретению, при высокой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере) факел твердого топлива предпочтительно образуется в топочной камере далеко отстоящим от горелки, работающей на твердом топливе. В противоположность этому при низкой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере) факел твердого топлива предпочтительно образуется в топочной камере начиная от окрестности поверхности стенки топочной камеры непосредственно ниже по технологической цепочке от выхода распылителя твердого топлива.

Например, если в горелке, работающей на твердом топливе, предусмотрены дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, то при низкой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере) можно увеличить количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха. Воздух, эжектируемый из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, увеличивает концентрацию кислорода вблизи внутренней поверхности стенки распылителя топлива. Это ускоряет реакцию горения топлива по сравнению со случаем низкой концентрации кислорода. Следовательно, ускоряется воспламенение топлива и, следовательно, факел пламени образуется, начиная от окрестности выхода (конца) распылителя топлива. При высокой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере) уменьшают количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха. Эта операция уменьшает концентрацию кислорода вблизи внутренней стороны стенки распылителя топлива, замедляя в соответствии с этим реакцию горения топлива по сравнению со случаем низкой концентрации кислорода. Следовательно, замедляется воспламенение топлива и, следовательно, факел образуется в топочной камере в положении, далеко отстоящем от горелки.

При высокой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере) увеличивается температура горелки, работающей на твердом топливе, и поверхности стенки топочной камеры. Сгоревшая зола, соответственно, когерирует на конструкции горелки и когезия постепенно растет. Это явление, называемое ошлаковыванием, склонно иметь место. Для подавления ошлаковывания на поверхности конструкции горелки и стенки топочной камеры, при высокой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива (топочной камере) факел пламени смещают в положение, далеко отстоящее от горелки, сравнительно уменьшая в соответствии с этим температуру поверхности горелки и стенки топочной камеры. При низкой температуре горения количество воздуха регулируют приблизительно так, чтобы воздушный коэффициент для летучих веществ (отношение общего количества воздуха, подаваемого из распылителя топлива и дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха (если они предусмотрены), к количеству воздуха, необходимому для полного сгорания летучих веществ, содержащихся в топливе) составлял 0,85-0,95. При низкой нагрузке стабильного горения, как правило, трудно достичь. Однако воздушный коэффициент для летучих веществ, составляющий 0,85-0,95, повышает температуру факела пламени, обеспечивая в соответствии с этим продолжение стабильного горения.

Кроме того, для подавления ошлаковывания на поверхности конструкции горелки и стенки топочной камеры, в ответ на сигнал от термометра или пламенно-температурного детектора, предусмотренного в горелке или периферийной поверхности стенки топочной камеры, может быть отрегулировано количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха. Регулировка количества воздуха вызывает изменение положения образования факела в топочной камере, обеспечивая в соответствии с этим возможность регулировки интенсивности теплоизлучения к поверхности горелки и стенки топочной камеры.

Как описано выше, при высокой нагрузке устройства для сжигания топлива вследствие высокой тепловой нагрузки топочной камеры факел пламени предпочтительно образуется в топочной камере в положении, далеко отстоящем от горелки. В противоположность этому при низкой нагрузке устройства для сжигания топлива вследствие низкой тепловой нагрузки топочной камеры температура горелки и поверхности периферийной стенки топочной камеры не повышается так высоко по сравнению со случаем высокой нагрузки. Факел пламени, соответственно, может быть образован в топочной камере вблизи горелки.

В способе сжигания при использовании первого и второго вариантов осуществления горелки, соответствующих настоящему изобретению, при высокой нагрузке устройства для сжигания топлива, топливо воспламеняют в положении, далеко отстоящем от горелки, и, следовательно, факел образуют в середине топочной камеры. Для текущего контроля пламени, генерируемого горелками при высокой нагрузке, факел предпочтительно контролируют в середине топочной камеры, где сливается пламя от горелок. В противоположность этому при низкой нагрузке устройства для сжигания топлива топливо воспламеняют вблизи горелки и факел пламени образуется вблизи каждой горелки. Кроме того, в некоторых случаях каждой горелкой в топочной камере образуют независимый факел. В соответствии с этим факел, образуемый на выходе каждой горелки, предпочтительно контролируют при низкой нагрузке.

В первом и втором вариантах осуществления горелки, соответствующих настоящему изобретению, вместо трубок подачи дополнительного воздуха могут быть использованы дополнительные вентиляционные отверстия. Дополнительные вентиляционные отверстия, предусматриваемые в поверхности стенки распылителя топлива, имеют форму круга, эллипса, прямоугольника и квадрата. Может быть предусмотрено четыре, восемь или двадцать максимум дополнительных вентиляционных отверстий, отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии в радиальном направлении распылителя топлива. Одно дополнительное вентиляционное отверстие, образованное посредством разделения распылителя топлива в радиальном направлении, к сожалению, приводит к образованию неравномерного потока дополнительного воздуха, эжектируемого из прорези в распылителе топлива.

Предпочтительно, чтобы к дополнительным вентиляционным отверстиям или трубкам подачи дополнительного воздуха подводился нагретый воздух. Источником тепла для этой цели может быть сжатый воздух, подаваемый к вентилятору-измельчителю для образования пылевидного угля, или в альтернативном варианте осуществления - воздух, подаваемый к воздушному ящику, подогреваемый для горения в горелке. Сжатый воздух, подаваемый в вентилятор-измельчитель, является более предпочтительным вследствие его более высокого давления.

Секция подвода воздуха для дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха может быть соединена с воздушным ящиком для подвода воздуха для горения (внешнего воздуха, например, вторичного или третичного воздуха) к трубке подачи внешнего воздуха. Однако более предпочтительно, чтобы секция подвода воздуха была соединена со специально предназначенным устройством для подвода воздуха для горения.

Если секция подвода воздуха, предназначенного для дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, соединена со специально предназначенным устройством для подвода воздуха для горения, то обогащенный кислородом воздух, имеющий большую концентрацию кислорода, или чистый кислород может быть просто подведен независимо от воспламеняемости твердого топлива, например пылевидного угля, и в ответ на уменьшение нагрузки устройства для сжигания топлива. Кроме того, устройство, регулирующее скорость потока воздуха для горения, для специально предназначенного устройства для подвода воздуха для горения обеспечивает возможность простого регулирования скорости подачи.

Кроме того, если газ (воздух) для горения, эффективный для воспламенения топлива, подводят к горелке посредством специально предназначенного устройства для подвода воздуха для горения, то давление этого газа (воздуха) для горения может отличаться от давления, создаваемого воздушным ящиком. Это обеспечивает возможность неограниченного выбора размера апертуры подачи воздуха для горения с целью воспламенения. Кроме того, устройство, регулирующее скорость потока воздуха для горения, обеспечивает возможность простого регулирования скорости подачи.

На выходе из трубки подачи внешнего воздуха вышеуказанных первого и второго вариантов осуществления горелок, соответствующих настоящему изобретению, предусмотрена направляющая, предназначенная для ограничения направления эжекции внешнего воздуха, благодаря которой поток внешнего воздуха (называемого ниже в некоторых случаях вторичным и третичным воздухом) обеспечивается с некоторой дивергенцией для того, чтобы образовывать расходящийся факел пламени. В этом случае наклон направляющей устанавливают равным 45 градусов или менее относительно центральной оси горелки, благодаря чему обеспечивается такая кинетическая энергия высокоскоростного потока воздуха для горения, эжектируемого из трубки подачи внешнего воздуха, чтобы содержать текучую смесь отходящего газа и пылевидного угля. Факел сужается высокоскоростным воздушным потоком, имеющим более высокую кинетическую энергию, благодаря чему в топочной камере образуется стабильный факел (область горения), обеспечивая в соответствии с этим возможность эффективного сжигания пылевидного угля.

Если направляющая, предназначенная для направления внешнего воздушного высокоскоростного потока из трубки подачи внешнего воздуха, предусмотрена при таком угле, чтобы внешний воздушный высокоскоростной поток двигался вдоль горелки и внешней поверхности стенки топочной камеры, то внешний воздушный высокоскоростной поток охлаждает горелку и поверхность стенки топочной камеры, предотвращая в соответствии с этим ошлаковывание.

Устройства для сжигания топлива, оборудуемые множеством вышеуказанных горелок, соответствующих первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения, в поверхности топочной камеры включают в себя котел, работающий на угле, котел, работающий на торфе, и котел, работающий на биомассе (на дровах), нагревательную печь и подогреватель дутья.

Термометры или пламенно-температурные детекторы предусматривают в вышеуказанных первом и втором вариантах осуществления горелки, соответствующих настоящему изобретению, или в стенке топочной камеры вне горелки. В ответ на сигнал из такого измерительного прибора регулируются количество и интенсивность закрутки воздуха, эжектируемого из центральной трубки подачи воздуха горелки, и/или регулируется количество воздуха, эжектируемого из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха. В силу этой технологической операции в зависимости от изменения нагрузки соответственно регулируется положение образования факела в топочной камере.

Ниже приведен пример соответствующего измерения положения образования факела. При низкой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива конец факела пламени твердого топлива в топочной камере образуется вблизи стенки топочной камеры вне выхода из распылителя топлива. При высокой нагрузке горения в устройстве для сжигания топлива факел пламени образуется, начиная от положения, отстоящего от выхода распылителя топлива на 0,5 м или более на центральной оси распылителя топлива.

При высокой нагрузке устройства для сжигания топлива факел пламени контролируют вокруг середины топочной камеры, где сливаются факелы от горелок, соответствующих настоящему изобретению, посредством пламенно-температурного детектора или путем визуального контроля. В противоположность этому при низкой нагрузке устройства для сжигания топлива контролируют факел, образуемый на выходе из каждой горелки, соответствующей настоящему изобретению.

Настоящее изобретение предусматривает получение системы котла, работающего на угле, и электростанции, работающей на угле, описываемых ниже.

(а) Система котла, работающего на угле, содержит котел, работающий на угле; дымоход, который служит в качестве канала для отходящего газа из котла; устройство для очистки отходящего газа, предусмотренное в дымоходе; устройство для транспортировки пылевидного угля, предназначенное для транспортировки угля в виде пылевидного угля к горелке, соответствующей настоящему изобретению, предусмотренной в котле; устройство для регулировки подачи пылевидного угля, предназначенное для регулировки количества пылевидного угля, подводимого из устройства для транспортировки пылевидного топлива к горелке; и устройство для регулировки подачи воздуха, предназначенное для регулировки количества воздуха, эжектируемого из горелки.

(б) Электростанция, работающая на угле, содержит топочную камеру, имеющую стенку топочной камеры, оборудованную множеством горелок, соответствующих настоящему изобретению; котел для кипячения воды с целью образования водяного пара посредством теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива посредством горелок; паровую турбину, приводимую во вращение посредством пара, генерируемого котлом; и электрогенератор, приводимый в действие паровой турбиной; причем указанная электростанция, работающая на угле, использует в качестве указанных горелок горелки, работающие на угле, соответствующие настоящему изобретению.

В первом и втором вариантах осуществления горелки, соответствующей настоящему изобретению, горелка, соответствующая угловой или тангенциальной схеме сжигания топлива, которым трудно работать при низкой нагрузке топочной камеры на предшествующем уровне техники, работает так, что вокруг середины топочной камеры при высокой нагрузке образуется область горения стабильного факела пламени, а при низкой нагрузке она работает по схеме автоматической стабилизации пламени.

В этом случае горелки, работающие на твердом топливе, соответствующие настоящему изобретению, образуют модуль, а множество модулей расположены в углах или в противостоящих боковых стенках топочной камеры так, чтобы образовывать пару или пары модулей.

Этот способ сжигания топлива применим для широкого диапазона нагрузок топочной камеры (конкретно 30-100%), соответствующих требуемому изменению мощности даже в топочной камере для сжигания низкосортного угля, например бурого угля и лигнита.

Характерно, что при высокой нагрузке в нижней части высокоскоростного потока топлива из горелки образуется выпускная секция. При низкой нагрузке используют схему автоматической стабилизации пламени, то есть сжигание осуществляют, начиная от нижней части высокоскоростного потока топлива из горелки. Выпуск или воспламенение в нижней части высокоскоростного потока топлива из горелки регулируют посредством регулировки коэффициента распределения воздуха для горения (внешнего воздуха или самого дальнего от середины воздуха) горелки и/или посредством регулировки интенсивности закрутки воздуха для горения благодаря использованию завихрителя, предусматриваемого в трубке (подачи внешнего воздуха) горелки.

При использовании горелки, соответствующей настоящему изобретению, в топочной камере котла котел может работать в зависимости от требуемой мощности. Это предотвращает чрезмерную генерацию пара в топочной камере котла для выработки электроэнергии, обеспечивая благодаря этому эффективную работу топочной камеры котла и существенное уменьшение эксплуатационных расходов на топочную камеру.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения, при низкой нагрузке.

Фиг.2 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.1, при высокой нагрузке.

Фиг.3 - вид спереди горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг, 1, со стороны топочной камеры.

Фиг.4 - вид спереди модификации горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.1.

Фиг.5 - разрез модификации горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.1.

Фиг.6 - разрез модификации горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.1.

Фиг.7 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения, при высокой нагрузке.

Фиг.8 - поперечное сечение горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.7, сделанное по линии А-А.

Фиг.9 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - вид спереди горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.9, со стороны топочной камеры.

Фиг.11 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей четвертому варианту осуществления настоящего изобретения, при низкой нагрузке.

Фиг.12 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.11, при высокой нагрузке.

Фиг.13 - вид спереди горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.11, со стороны топочной камеры.

Фиг.14 - разрез модификации горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.11, при высокой нагрузке.

Фиг.15 - вид спереди модификации горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.11, со стороны топочной камеры.

Фиг.16 - разрез модификации горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.11.

Фиг.17 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей пятому варианту осуществления настоящего изобретения, при низкой нагрузке.

Фиг.18 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.17, при высокой нагрузке.

Фиг.19 - разрез горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.20 - вид спереди горелки, работающей на пылевидном угле, иллюстрируемой на фиг.19, со стороны топочной камеры.

Фиг.21 - разрез (фиг.21 (а)) и вид спереди (фиг.21(b)) горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.22 - разрез (фиг.22(а)) и вид спереди (фиг.22(b)) горелки, работающей на пылевидном угле, соответствующей восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.23 - разрез вида сверху топочной камеры, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий ситуацию образования факела пламени конфигурацией горелок при угловом сжигании топлива при высокой нагрузке (фиг.23(а)) и при низкой нагрузке (фиг.23(b)).

Фиг.24 - разрез вида сверху топочной камеры, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий ситуацию образования факела пламени конфигурацией горелок при тангенциальном сжигании топлива при высокой нагрузке (фиг.24(а)) и при низкой нагрузке (фиг.24(b)).

Фиг.25 - разрез вида сверху топочной камеры, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий ситуацию образования факела конфигурацией горелок при тангенциальном сжигании топлива при высокой нагрузке (фиг.25(а)) и при низкой нагрузке (фиг.25(b)).

Фиг.26 - принципиальная схематическая конфигурация обычного котла, работающего на буром угле, на которой представлен вертикальный вид спереди (фиг.2б(а)) и разрез вида сверху (фиг.26(b)) топочной камеры.

Фиг.27 - принципиальная схема устройства для сжигания топлива, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.28 - разрез вида сверху устройства для сжигания топлива, иллюстрируемого на фиг.27.

Фиг.29 - принципиальная схема котла, работающего на пылевидном угле, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.30 - вид спереди примера камеры горелки, соответствующей предшествующему уровню техники, со стороны топочной камеры.

Фиг.31 - разрез вида сверху топочной камеры, соответствующей предшествующему уровню техники, иллюстрирующий изменение области горения в топочной камере в процессе уменьшения нагрузки при конфигурации горелок, соответствующей угловому сжиганию топлива при высокой нагрузке (фиг.31(а)) и при низкой нагрузке (фиг.31(b)).

Фиг.32 - разрез вертикального вида спереди топочной камеры, соответствующей предшествующему уровню техники, иллюстрирующий положение пламенно-температурного детектора, установленного в топочной камере для текущего контроля середины топочной камеры.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

На фиг.26 иллюстрируется конфигурация топочной камеры 41 обычного котла, работающего на буром угле. На фиг.26(а) представлен вертикальный вид спереди топочной камеры 41 котла, работающего на буром угле, при тангенциальном сжигании топлива. На фиг.26(b) представлен разрез сверху топочной камеры 41, иллюстрируемой на фиг.26(а).

В обычном котле, работающем на буром угле, отходящий газ, имеющий температуру, составляющую приблизительно 1000°С, отводят из верхней части топочной камеры 41 через канал 55 вытяжного газа (фиг.28). Вентилятор-измельчитель 45 осушает и измельчает бурый уголь, подаваемый из угольного бункера 43. Теплопередающие трубы пароперегревателя 59 (фиг.29) и аналогичные устройства расположены во внутренней части топочной камеры 41. В горелке, соответствующей угловому сжиганию топлива и тангенциальному сжиганию топлива, вентилятор-измельчитель 45 предусмотрен в каждой камере 37 горелки (фиг.30).

(Первый вариант осуществления настоящего изобретения)

На фиг.1 и 2 приведены разрезы горелки, работающей на твердом топливе (ниже просто горелки), соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.1 иллюстрируется ситуация, в которой топливо, эжектируемое из горелки 42 при низкой нагрузке, сжигают в топочной камере 41. На фиг.1 иллюстрируется ситуация, в которой топливо, эжектируемое из горелки 42 при высокой нагрузке, сжигают в топочной камере 41. На фиг.3 приведена принципиальная схема горелки, иллюстрируемой на фиг.1, со стороны топочной камеры 41.

Маслонагреватель 24, предназначенный для содействия сжиганию, предусмотрен в центре горелки 42. Центральная трубка 10 подачи воздуха, предназначенная для эжекции воздуха, предусмотрена вокруг маслонагревателя 24. Вокруг центральной трубки 10 подачи воздуха предусмотрен распылитель 11 топлива, имеющий канал, соосный с центральной трубкой 10 подачи воздуха и эжектирующий текучую смесь топлива транспортирующего газа. Дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубки 12 подачи дополнительного воздуха предусмотрены во внутренней поверхности стенки распылителя 11 топлива, к которым подведены нагретый и/или сжатый воздух. В настоящем изобретении множество трубок 12 подачи дополнительного воздуха предусмотрено вдоль внутренней поверхности стенки распылителя 11 топлива, как показано на фиг.3, или в альтернативном варианте осуществления множество дополнительных вентиляционных отверстий предусмотрено на внутренней поверхности стенки. Трубка 13 подачи вторичного воздуха и трубка 14 подачи третичного воздуха (в некоторых случаях, описываемых ниже, собирательно называемых внешней трубкой подачи воздуха) соосны распылителю 11 топлива и для эжекции воздуха предусмотрены вокруг распылителя 11 топлива. Препятствие, названное кольцевым стабилизатором 23 пламени, предусмотрено на внешнем конце (со стороны выхода в топочную камеру) распылителя 11 топлива. Кольцевой стабилизатор 23 пламени служит в качестве противодействия прохождению потока 16 смеси топлива и транспортирующего газа (ниже потока пылевидного угля), эжектируемого из распылителя 11 топлива и потока 17 вторичного воздуха, проходящего через трубку 13 подачи вторичного воздуха. В соответствии с этим давление на дальней стороне по технологической цепочке (стороне топочной камеры 41) кольцевого стабилизатора 23 пламени уменьшается, благодаря чему в этой области образуется поток, проходящий в направлении, противоположном направлению движения потока 16 пылевидного угля и потока 17 вторичного воздуха. Этот поток, проходящий в обратном направлении, назван зонами 19 рециркуляции. Высокотемпературный газ, образуемый благодаря сгоранию пылевидного топлива, проходит в зоны 19 рециркуляции из областей, расположенных ниже по технологической цепочке, и остается здесь. Высокотемпературный газ смешивается с пылевидным углем в высокоскоростном потоке 16 топлива на выходе из горелки в топочную камеру 41. В то же самое время частицы пылевидного угля нагреваются теплоизлучением из топочной камеры 41 и воспламеняются благодаря этому.

Способствующий воспламенению маслонагреватель 24, предусмотренный вдоль центральной оси центральной трубки 10 подачи воздуха, используют для воспламенения топлива при запуске горелки 42. Завихритель 10а, предназначенный для закручивания воздуха, эжектируемого из центральной трубки 10 подачи воздуха, предусмотрен на конце центральной трубки 10 подачи воздуха. Воздух подают в воздушный ящик 26 для подвода воздуха и затем подают в топочную камеру 41 через трубку 13 подачи вторичного воздуха и трубку 14 подачи третичного воздуха. Завихрители 27 и 28, предназначенные для закручивания воздушных потоков, эжектируемых из трубки 13 подачи вторичного воздуха и из трубки 14 подачи третичного воздуха, предусмотрены в трубках 13 и 14, соответственно.

Трубка 13 подачи вторичного воздуха и трубка 14 подачи третичного воздуха отделены друг от друга посредством перегородки 29. Конец перегородки 29 образует направляющую (втулку) 25 для побуждения эжекции потока 18 третичного воздуха под углом относительно потока 16 пылевидного угля. Амбразура 30 горелки, образующая стенку топочной камеры 41, служит также в качестве внешней стенки трубки 14 подачи третичного воздуха. На стенках топочной камеры 41 предусмотрены трубы 31 водяного охлаждения.

Элемент 32 сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения канала в распылителе 11 топлива и для расширения указанного поперечного сечения до исходного значения, предусмотрен на внутренней стенке распылителя 11 топлива. Кроме того, препятствие 33, предназначенное для концентрирования топлива к боковой поверхности перегородки 22 распылителя топлива, предусмотрено на внешней стороне центральной трубки 10 подачи воздуха. Препятствие 33 расположено на стороне, находящейся ниже по технологической цепочке (на стороне топочной камеры) элемента 32 сужения канала.

Элемент 32 сужения канала оказывает действие там, где поток частиц топлива (пылевидного угля), имеющий большую инерцию, чем поток транспортирующего топливо газа (отходящего газа), сфокусирован в области центральной оси горелки. Кроме того, препятствие 33, предусмотренное ниже по технологической цепочке от элемента 32 сужения канала имеет действие, заключающееся в том, что поток частиц топлива (пылевидного угля), сфокусированный в области центральной оси посредством элемента 32 сужения канала, расширяется препятствием 33 и затем проходит через канал распылителя 11 топлива.

В этом случае, поскольку поток частиц топлива (пылевидного угля), который расширяется и затем проходит через канал распылителя 11 топлива, имеет большую энергию, чем поток транспортирующего топливо газа (отходящего газа), поток частиц топлива (пылевидного угля) концентрируется в области боковой внутренней стенки распылителя 11 топлива и проходит направленным к выходу. Этот концентрированный поток пылевидного угля в области боковой стенки распылителя 11 топлива просто вступает в контактное взаимодействие с внешним воздухом (воздухом для горения) вблизи выхода из распылителя 11 топлива и дополнительно входит в контактное взаимодействие с высокотемпературным газом зон 19 рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, и благодаря этому просто воспламеняется.

В настоящем изобретении, описываемом ниже, предусмотрены конфигурации горелки 42 и способа сжигания, в которых отходящий газ используют в качестве транспортирующего топливо газа и в которых невелика концентрация кислорода в потоке 16 пылевидного угля. Такой способ сжигания применим, например, для сжигания бурого угля и лигнита.

Как указано выше, низкосортный уголь, например бурый уголь и лигнит, имеет высокое содержание летучих веществ и влаги. Такой уголь имеет низкую теплотворную способность и помимо этого плохо поддается измельчению. Кроме того, его зола имеет низкую температуру плавления. Высокое содержание летучих веществ просто вызывает спонтанное воспламенение в течение хранения и измельчения на воздухе. Для предотвращения возникновения таких проблем при измельчении и сжигании бурого угля и лигнита в качестве газа, транспортирующего топливо, используют смесь отходящего газа и воздуха, имеющую низкую концентрацию кислорода. В этом случае остаточное тепло в отходящем газе способствует испарению влаги из пылевидного угля.

Тем не менее, скорость горения бурого угля и лигнита ниже в атмосфере с низкой концентрацией кислорода, чем в атмосфере воздуха. Таким образом, при транспортировке пылевидного угля, например бурого угля и лигнита, посредством транспортирующего газа, имеющего низкое содержание кислорода, скорость горения зависит от быстроты смешивания бурого угля и лигнита с воздухом. Это приводит к получению более низкой скорости горения, чем скорость горения каменного угля, которое может быть осуществлено в атмосфере воздуха. В соответствии с этим при горении бурого угля и лигнита при низкой нагрузке горелки 42 с низкой скоростью горения топлива просто имеют место выпуск и гашение пламени по сравнению с горением каменного угля. Кроме того, время, необходимое для сгорания бурого угля и лигнита, больше, чем для сгорания каменного угля. Таким образом, необходимо ускорение смешивания топлива с воздухом. При увеличении количества сжигаемого топлива, то есть при сжигании бурого угля и лигнита при высокой нагрузке с хорошим смешиванием с воздухом, высокая концентрация летучих веществ вызывает увеличение величины горения в окрестности горелки 42. В соответствии с этим тепловая нагрузка вблизи горелки 42 локально увеличивается и, следовательно, температура конструкции горелки и стенки топочной камеры повышается благодаря теплоизлучению. Это вызывает возможность того, что образуемая в результате горения зола когерирует и плавится на конструкции горелки и стенке топочной камеры, вызывая в соответствии с этим их ошлаковывание. Более низкая температура плавления золы бурого угля и лигнита ускоряет ошлаковывание конструкции горелки и стенки топочной камеры.

В настоящем варианте осуществления вышеуказанную проблему, вызываемую различием в условиях горения топлива при высокой нагрузке и при низкой нагрузке горелки 42 при использовании низкосортного угля, решают посредством регулировки положения образования факела пламени 20 в зависимости от нагрузки горелки. То есть при высокой нагрузке пламя 20 образуют в положении, отстоящем от горелки в топочной печи на большее расстояние. В противоположность этому при низкой нагрузке пламя 20 образуют, начиная от выхода из распылителя 11 топлива. При низкой нагрузке вследствие низкой тепловой нагрузки на топочную камеру температура горелки 42 и стенки топочной камеры не поднимается так высоко по сравнению со случаем высокой нагрузки, даже если пламя 20 образуется вблизи горелки 42 и стенки топочной камеры. Таким образом, на конструкции горелки и стенке топочной камеры ошлаковывание не имеет место.

Для образования факела пламени 20, начиная от выхода из распылителя 11 топлива при низкой нагрузке, в настоящем изобретении помимо того, что высокотемпературный газ побуждают находиться в зонах 19 рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, воздух подают к горелке через дополнительные вентиляционные отверстия или трубки 12 подачи дополнительного воздуха, увеличивая благодаря этому концентрацию кислорода в потоке 16 пылевидного угля вблизи кольцевого стабилизатора 23 пламени. Благодаря этому увеличивают скорость горения по сравнению со случаем низкой концентрации кислорода, ускоряя в соответствии с этим воспламенение частиц топлива. В соответствии с этим факел пламени 20 образуется, начиная от окрестности распылителя 11 топлива.

Кроме того, подвод воздуха через центральную трубку 10 подачи воздуха увеличивает также концентрацию кислорода в потоке 16 пылевидного угля, ускоряя благодаря этому воспламенение пылевидного угля. В этом случае предпочтительно, чтобы завихритель 10а был предусмотрен в центральной трубке 10 подачи воздуха, как показано на фиг.1, для того, чтобы закручивать центральный воздушный поток 15, ускоряя в соответствии с этим смешивание с потоком 16 пылевидного угля. Если центральный воздушный поток 15 закручивается, то воздушный поток 15, проходящий из центральной трубки 10 подачи воздуха, расширяется в направлении наружу посредством действия центробежных сил, благодаря чему скорость потока, направленная к центру топочной камеры, уменьшается. В соответствии с этим время пребывания пылевидного угля вблизи выхода горелки увеличивается. В результате этого горение начинается вблизи горелки 42.

Центральная трубка 10 подачи воздуха и дополнительные вентиляционные отверстия или трубки 12 подачи дополнительного воздуха предпочтительно расположены выше по технологической цепочке от выхода из распылителя 11 топлива. В этом случае положение центральной трубки 10 подачи воздуха и положение дополнительных вентиляционных отверстий и трубок 12 подачи дополнительного воздуха в распылителе 11 топлива предпочтительно расположены так, чтобы время нахождения пылевидного угля в распылителе 11 топлива становилось короче времени задержки воспламенения пылевидного угля. Целью этого является предотвращение распространения пламени в обратном направлении и повреждения от горения в распылителе 11 топлива, вызванные воспламенением пылевидного угля в распылителе 11 топлива. Используемыми мерами являются: установка времени задержки воспламенения (приблизительно составляющее 0,1 сек) газообразного топлива, время задержки которого короче времени задержки воспламенения пылевидного угля; и скорости потока 10-20 м/сек в распылителе 11 топлива. В этом случае расстояние между выходом из распылителя 11 топлива и выходом из центральной трубки 10 подачи воздуха и расстояние между выходом из распылителя 11 топлива и выходом из дополнительных вентиляционных отверстий и трубок 12 подачи дополнительного воздуха было установлено приблизительно равным 1 м или менее.

При высокой нагрузке тепловая нагрузка вблизи горелки уменьшается благодаря образованию факела в положении, далеко отстоящем от горелки. Для этой цели в настоящем изобретении подвод воздуха из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха уменьшают по сравнению со случаем низкой нагрузки. С другой стороны, подвод воздуха из центральной трубки 10 подачи воздуха увеличивают, тогда как скорость потока устанавливают выше скорости потока 16 пылевидного угля в распылителе 11 топлива. Уменьшение дополнительного подвода воздуха уменьшает концентрацию кислорода в потоке 16 пылевидного угля вблизи кольцевого стабилизатора 23 пламени по сравнению со случаем низкой нагрузки, замедляя благодаря этому скорость горения. В соответствии с этим температура зон 19 рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, становится ниже, подавляя в соответствии с этим теплоизлучение на конструкцию горелки. Кроме того, увеличение скорости потока воздуха из центральной трубки 10 подачи воздуха увеличивает скорость потока 16 пылевидного угля на выходе из распылителя 11 топлива. В соответствии с этим время пребывания частиц топлива вблизи горелки становится короче. В результате этого большая часть топлива воспламеняется в положении, далеко отстоящем от горелки 42. Благодаря этому теплоизлучение из факела пламени уменьшается и подавляется ошлаковывание конструкции горелки и стенки топочной камеры.

В настоящем варианте осуществления изобретения завихритель 10а предусмотрен в центральной трубке 10 подачи воздуха для того, чтобы закручивать центральный воздушный поток 15. Благодаря этому, отклоняясь от горелки 42, центральный воздушный поток 15 расширяется в направлении наружу, в соответствии с чем уменьшается скорость потока. В соответствии с этим скорость воздушного потока уравновешивается со скоростью распространения пламени в положение, далеко отстоящее от горелки 42, в соответствии с чем обеспечивается стабильное горение пылевидного угля.

Кроме того, в настоящем изобретении зоны 19 рециркуляции образуются ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени и затем часть топлива горит в зонах 19 рециркуляции. Пламя в этой области служит в качестве пускового факела. Полученный пусковой факел может стабильно подавать высокотемпературный газ к факелу, образуемому в топочной камере 41 в положении, далеко отстоящем от горелки 42, стабилизируя благодаря этому пламя в положении, далеко отстоящем от горелки 42 и, следовательно, уменьшая возможность гашения пламени.

Для уменьшения концентрации NO_x в отходящем газе, генерируемом благодаря сгоранию пылевидного угля, предпочтительно регулируют количество воздуха так, чтобы воздушный коэффициент для летучих веществ (отношение общего количества воздуха, подаваемого из распылителя 11 топлива, центральной трубки 10 подачи воздуха и дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха, к количеству воздуха, необходимому для полного сгорания летучих веществ, содержащихся в топливе) составлял 0,85-0,95. Большая часть пылевидного угля смешивается с воздухом, подводимым посредством распылителя 11 топлива, и затем сгорает (первый этап). После чего топливный газ смешивается с потоком 17 вторичного воздуха и потоком 18 третичного воздуха, и затем сгорает (второй этап). Если предусмотрен воздушный канал 49 (см. фиг.27) для подачи воздуха ниже по технологической цепочке от горелки в топочную камеру 41, то топливный газ смешивается с воздухом, подводимым из воздушного канала 49 и затем полностью сгорает (третий этап). Летучие вещества, содержащиеся в топливе, сгорают на первом этапе, поскольку скорость их горения выше скорости горения связанного углерода.

В этом случае воздушный коэффициент для летучих веществ, составляющий 0,85-0,95, вызывает недостаточность в концентрации кислорода, но ускоряет воспламенение пылевидного угля. Сжигание пылевидного угля осуществляют при высокой температуре факела. Благодаря химически восстанавливающему горению пылевидного угля при условии недостатка кислорода на первом этапе, NO_x, генерируемые из азота, содержащегося в пылевидном угле и воздухе, преобразуются в безвредный азот, приводя в соответствии с этим к уменьшению концентрации NO_x в отходящем газе из топочной камеры 41. Кроме того, высокая температура ускоряет реакцию на втором этапе, уменьшая в соответствии с этим количество несгоревшего углерода. В таблице 1 приведены результаты сравнения концентрации NO_x в отходящем газе на выходе из топочной камеры при изменении количества подводимого воздуха. В этом случае используемым топливом был бурый уголь, а топливный коэффициент (связанного углерода)/(летучие вещества) составлял 0,82.

Таблица 1
	Состояние А	Состояние В
Количество подводимого топлива (при номинальной нагрузке)	100%	100%
Концентрация кислорода в транспортирующем топливо газе (%)	10	10
Воздушный коэффициент для летучих веществ в топливе
Транспортирующий газ	0,26	0,26	А
Центральный воздух	0,48	0,53	В
Дополнительный воздух	0,05	0,05	С
Общий (транспортирующий газ+центральный воздух+дополнительный воздух)	0,79	0,84	D
Внешний воздух (вторичный воздух+третичный воздух)	0,67	0,67	E
Воздушный коэффициент для топлива (летучие вещества+связанный углерод)
Общий для горелки (транспортирующий газ+ центральный воздух+дополнительный воздух+внешний воздух)	0,80	0,82
Воздух, подаваемый по воздушному каналу 49	0,40	0.40
Концентрация NOx на выходе из топочной камеры (промиль: эквивалент 6% концентрации кислорода)	165	150

В состоянии В воздушный коэффициент для летучих веществ (колонка D в таблице 1) становится равным 0,84 при значении 0,79 в состоянии А, а концентрация NO_x уменьшается.

Горелка 42, соответствующая настоящему варианту осуществления, является цилиндрической горелкой, содержащей центральную трубку 10 подачи воздуха, распылитель 11 топлива, трубки 12 подачи дополнительного воздуха, трубку 13 подачи вторичного воздуха и трубку 14 подачи третичного воздуха, причем каждая является цилиндрической и расположена концентрически, как показано на виде спереди, приведенном на фиг.3, со стороны топочной камеры. Однако распылитель 11 топлива может быть прямоугольным. Кроме того, как показано на виде спереди горелки, приведенном на фиг.4, со стороны топочной камеры, распылитель 11 топлива может быть окружен, по меньшей мере, частью трубки подачи внешнего воздуха, например, трубки 13 подачи вторичного воздуха и трубки 14 подачи третичного воздуха. Кроме того, как показано на разрезе горелки, приведенном на фиг.5, внешний воздух может быть подведен посредством одной трубки (трубки 13 подачи вторичного воздуха) и дополнительно может быть подведен посредством трех или более трубок (не показано). В настоящем изобретении, как показано на фиг.1 и 2 в распылителе 11 топлива предусмотрены элемент 32 сужения канала для обеспечения сужения канала и препятствие 33 для концентрирования частиц топлива к стороне внешней перегородки 22 распылителя 11 топлива. Однако аналогичный эффект получен даже на горелке 42 (фиг.5) без этих конструкций.

Кроме того, в настоящем изобретении, как показано на фиг.1 и 2, кольцевой стабилизатор 23 пламени предусмотрен на конце внешней перегородки 22 распылителя 11 топлива. Однако горелка 42 без кольцевого стабилизатора 23 пламени, как показано на фиг.5, может быть предусмотрена с элементом 70 расширения трубы, предназначенной для увеличения интенсивности закрутки внешнего потока воздуха из указанной трубки подачи внешнего воздуха, чтобы эжектироваться под углом отклонения, равным 45° или менее, относительно центральной оси горелки (потока 17 вторичного воздуха), образуя в соответствии с этим зоны 19 рециркуляции ниже по технологической цепочке от конца внешней перегородки 22.

На фиг.6 иллюстрируется горелка, представляющая собой модифицированную горелку 42, соответствующую варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемому на фиг.1. Секция подвода воздуха для трубок 12 подачи дополнительного воздуха может быть соединена со специально предназначенным устройством подачи воздуха для горения, предназначенным для подачи воздуха для горения, но не соединенным с воздушным ящиком 26 в этом случае, показанном на фиг.6. Если секция подвода воздуха для трубок 12 подачи дополнительного воздуха соединена со специально предназначенным устройством подачи воздуха для горения, то богатый кислородом воздух, имеющий повышенную концентрацию кислорода, или чистый кислород могут быть просто подведены в зависимости от способности пылевидного угля к воспламенению и в зависимости от нагрузки устройства для сжигания топлива. Кроме того, устройство для регулировки скорости потока воздуха для горения, предусмотренное для специально предназначенного устройства подачи воздуха для горения, обеспечивает простое регулирование скорости подачи.

(Второй вариант осуществления настоящего изобретения)

На фиг.7 приведен разрез горелки 42, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.7 иллюстрируется ситуация работы горелки, когда топочная камера 41 работает при высокой нагрузке. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления в том отношении, что положение завихрителя 10а, расположенного в центральной трубке 10 подачи воздуха, может быть смещено. Ситуация работы горелки, соответствующей этому варианту осуществления настоящего изобретения, при низкой нагрузке аналогична работе горелки первого варианта осуществления при низкой нагрузке, иллюстрируемого на фиг.1. В этом случае завихритель 10а смещают к концу центральной трубки 10 подачи воздуха. Различие в ситуации работы горелки, соответствующей настоящему варианту осуществления, при высокой нагрузке от первого варианта осуществления при высокой нагрузке, иллюстрируемого на фиг.2, заключается в том, что завихритель 10а смещается в сторону выше по технологической цепочке центральной трубки 10 подачи воздуха. Дополнительное отличие настоящего варианта осуществления от первого варианта осуществления заключается в том, что при смещении завихрителя 10а в сторону выше по технологической цепочке центральной трубки 10 подачи воздуха поперечное сечение центральной трубки 10 подачи воздуха становится больше. Эта конфигурация уменьшает отношение площади, покрываемой завихрителем 10а, к площади поперечного сечения трубки, по сравнению со случаем, где завихритель 10а расположен на конце (стороны ниже по технологической цепочке) центральной трубки 10 подачи воздуха.

Ниже описан случай, где горелка 42, соответствующая настоящему варианту осуществления, изменяет скорость закручивания центрального воздушного потока 15 при условии высокой нагрузки топочной камеры 41.

При высокой нагрузке, в отличие от первого варианта осуществления настоящего изобретения, завихритель смещается к стороне выше по технологической цепочке центральной трубки 10 подачи воздуха. В соответствии с этим факел пламени образуется в положении, далеко отстоящем от горелки, уменьшая в соответствии с этим тепловую нагрузку вблизи горелки. Для этой цели в настоящем варианте осуществления подвод воздуха из дополнительных вентиляционных отверстий (не показаны) или трубок 12 подачи дополнительного воздуха уменьшается при высокой нагрузке по сравнению со случаем низкой нагрузки.

Кроме того, при высокой нагрузке площадь, покрываемая завихрителем 10а в центральной трубке 10 подачи воздуха, увеличивается по сравнению с площадью при низкой нагрузке, благодаря чему уменьшается интенсивность закрутки воздушного потока из центральной трубки 10 подачи воздуха. В соответствии с этим центральный воздушный поток 15 не распространяется также широко после эжекции через трубку 10 подачи воздуха в топочную камеру 41, как в случае высокой интенсивности закрутки. Таким образом, время пребывания частиц топлива вблизи горелки становится короче и, следовательно, уменьшается количество топлива, сгораемого вблизи горелки. Благодаря этому уменьшается теплоизлучение из факела пламени на конструкцию горелки и стенки топочной камеры и подавляется ошлаковывание конструкции горелки и стенки топочной камеры. В это самое время температура зон 19 рециркуляции, расположенных ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, становится ниже в соответствии с уменьшением теплоизлучения из факела пламени.

В настоящем варианте осуществления, описанном выше, был эффект в случае изменения скорости закручивания центрального воздушного потока 15. Однако, помимо этого изменения количество воздуха, подводимое к каждой из трубок 10-14 подачи воздуха, может быть изменено, как описано выше в первом варианте осуществления. Эффект одинаков, как в случае первого варианта осуществления.

Настоящий вариант осуществления является случаем, в котором воздушный поток, эжектируемый из центральной трубки 10 подачи воздуха, закручивается посредством завихрителя 10а, в котором лопасти, наклоненные относительно воздушного потока, создают интенсивность закрутки. Кроме того, в настоящем варианте осуществления интенсивность закрутки изменяют посредством изменения положения завихрителя 10а в центральной трубке 10 подачи воздуха и в соответствии с этим посредством изменения отношения площади, занимаемой завихрителем 10а, к площади поперечного сечения трубки. Однако интенсивность закрутки может быть изменена путем изменения угла наклона лопастей завихрителя. Кроме того, интенсивность закрутки может быть изменена методом, в котором, как показано в поперечном сечении центральной трубки 10 подачи воздуха, иллюстрируемом на фиг.8, трубка 52, расположенная выше по технологической цепочке от центральной трубки 10 подачи воздуха, разделена на две трубки 60а и 60в и в которое воздух вводят в тангенциальном направлении относительно поперечного сечения центральной трубки 10 подачи воздуха. В этом случае интенсивность закрутки сводится на нет при высокой нагрузке путем использования двух оппозитных трубок 60а и 60в, тогда как интенсивность закрутки увеличивается при низкой нагрузке путем использования главным образом одной из двух трубок 60а и 60в для ввода воздуха.

(Третий вариант осуществления настоящего изобретения)

На фиг.9 приведен разрез горелки для сжигания твердого топлива, например бурого угля и лигнита, соответствующей третьему варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.10 приведен вид спереди горелки со стороны топочной камеры.

Текучую смесь топливного пылевидного угля и отходящего газа подают в топочную камеру 41 через распылитель 11 топлива. L-образный кольцевой стабилизатор 36 пламени, имеющий L-образные выступы, направленные внутрь к выходу из указанного распылителя топлива, предусмотрен на конце распылителя 11 топлива. Зоны 19 рециркуляции образуются ниже по технологической цепочке от стабилизатора, благодаря чему факел пламени образуется, начиная от окрестности горелки. Горелка, иллюстрируемая на фиг.9, отличается тем, что дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубки 12 подачи дополнительного воздуха предусмотрены так, чтобы воздух для воспламенения вводился между L-образными выступами кольцевого стабилизатора 36 пламени (см. фиг.10). Благодаря этому воспламенение просто инициируется вокруг каждого из выступов кольцевого стабилизатора 36 пламени (воспламенение имеет место ниже по технологической цепочке от L-образных выступов кольцевого стабилизатора 36 пламени).

(Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения

На фиг.11 и 12 приведены разрезы горелки 42, соответствующей четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.11 иллюстрируется ситуация, в которой топливо, эжектируемое из горелки 43 при низкой нагрузке, сгорает в топочной камере 41. На фиг.12 и иллюстрируется ситуация, в которой топливо, эжектируемое из горелки 43 при высокой нагрузке, сгорает в топочной камере 41. На фиг.13 приведен схематический вид горелки 42, иллюстрируемой на фиг.11, со стороны топочной камеры 41.

В горелке 42, соответствующей четвертому варианту осуществления, в центре предусмотрен маслонагнетатель 24, предназначенный для способствования воспламенению. Распылитель 11 топлива, предназначенный для эжекции текучей смеси топлива и транспортирующего газа, предусмотрен вокруг маслонагнетателя 24. Множество дополнительных вентиляционных отверстий (не показано) или трубок 12 подачи дополнительного воздуха предусмотрено вдоль внутренней области внешней поверхности 22 стенки распылителя 11 топлива. Трубка 13 подачи вторичного воздуха и трубка 14 подачи третичного воздуха, соосные с распылителем 11 топлива и предназначенные для подведения потока воздуха, предусмотрены вокруг распылителя 11 топлива. Кольцевой стабилизатор 23 пламени предусмотрен на внешнем конце (стороны выхода в топочную камеру) поверхности стенки распылителя 11 топлива. Кольцевой стабилизатор 23 пламени служит в качестве противодействия как потоку 16 пылевидного угля, эжектируемому из распылителя 11 топлива, так и потоку 17 вторичного воздуха, проходящему через трубку 13 подачи вторичного воздуха. В соответствии с этим уменьшается давление на стороне ниже по технологической цепочке (стороне топочной камеры 41) кольцевого стабилизатора 23 пламени, благодаря чему в этой области образуются зоны 19 рециркуляции в направлении, противоположном направлению потока 16 пылевидного угля и направлению потока 17 вторичного воздуха. В зонах 19 рециркуляции частицы топлива нагреваются теплоизлучением из топочной камеры 41 и воспламеняются благодаря этому.

Если направляющая 25, предназначенная для ограничения эжекции внешнего воздуха в направлении наружу относительно центральной оси горелки 42, предусмотрена на выходе из трубки подачи внешнего воздуха (трубка 13 подачи вторичного воздуха, трубка 14 подачи третичного воздуха и аналогичные приспособления), то зоны 19 рециркуляции образуются более просто во взаимодействии с кольцевым стабилизатором 23 пламени.

Способствующий воспламенению маслонагнетатель 24, предусмотренный вдоль центральной оси распылителя 11 топлива, используют для воспламенения топлива при запуске горелки 42. Завихрители 27 и 28, предназначенные для закручивания воздушных потоков, эжектируемых из трубки 13 подачи вторичного воздуха и трубки 14 подачи третичного воздуха, предусмотрены в трубке 13 подачи вторичного воздуха и в трубке 14 подачи третичного воздуха, соответственно.

Трубка 13 подачи вторичного воздуха и трубка 14 подачи третичного воздуха отделены друг от друга посредством перегородки 29. Конец перегородки 29 образует направляющую 25, предназначенную для направления потока 18 третичного воздуха в направлении наружу относительно потока 16 пылевидного угля. Амбразура 30 горелки, образующая стенку топочной камеры 41, служит также в качестве внешней стенки трубки 14 подачи третичного воздуха. На стенках топочной камеры 41 предусмотрены трубы 31 водяного охлаждения.

Элемент 32 сужения канала, предназначенный для сужения канала в распылителе 11 топлива, предусмотрен на внутренней стороне перегородки 22 выше по технологической цепочке распылителя 11 топлива. Кроме того, препятствие 33, предназначенное для концентрирования топлива к боковой поверхности перегородки 22 распылителя 11 топлива, предусмотрено на внешней стороне маслонагнетателя 24. Препятствие 33 расположено на стороне, находящейся ниже по технологической цепочке (на стороне топочной камеры), элемента 32 сужения канала.

В настоящем варианте осуществления, описываемом ниже, предусмотрены конфигурации горелки 42 и способа сжигания бурого угля и лигнита, в которых отходящий газ из топочной камеры 41 используют в качестве транспортирующего топливо газа и в которых низка концентрация кислорода в потоке 16 пылевидного угля.

В настоящем варианте осуществления проблему инициирования и гашения пламени при низкой нагрузке и проблему когезии золы и ошлаковывания конструкции горелки при высокой нагрузке, вызываемые различием в условиях горения топлива при высокой нагрузке и низкой нагрузке горелки 42 при использовании низкосортного угля, решают путем регулировки положения образования факела в топочной камере 41 в зависимости от нагрузки на горелку 42. То есть при высокой нагрузке факел пламени образуют в топочной камере 41 в положении, далеко отстоящем от горелки 42. В противоположность этому при низкой нагрузке факел пламени образуют в топочной камере 41, начиная от окрестности выхода из распылителя 11 топлива. При низкой нагрузке вследствие низкой тепловой нагрузки топочной камеры 41 температура горелки 42 и стенки топочной камеры 41 вокруг горелки 42 не повышается так высоко, как в случае высокой нагрузки, даже если факел пламени образован вблизи горелки 42 и стенки топочной камеры 41. Таким образом, вокруг конструкции горелки и стенки топочной камеры 41 не имеет место ошлаковывание.

Для образования факела пламени в топочной камере 41 начиная от окрестности выхода из распылителя 11 топлива при низкой нагрузке, в настоящем варианте осуществления помимо того, что высокотемпературный газ побуждают находиться в зонах 19 рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени и направляющей 25, воздух подают через дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубки 12 подачи дополнительного воздуха, увеличивая благодаря этому концентрацию кислорода в потоке 16 пылевидного угля вблизи кольцевого стабилизатора 23 пламени. В силу такой работы скорость горения увеличивается по сравнению со случаем низкой концентрации кислорода, ускоряя в соответствии с этим воспламенение частиц топлива. Факел пламени, соответственно, образуется в топочной камере 41, начиная от окрестности распылителя 11 топлива.

Дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубки 12 подачи дополнительного воздуха предпочтительно расположены выше по технологической цепочке от конца (выхода топочной камеры 41) распылителя 11 топлива. В этом случае положение дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха в распылителе 11 топлива устанавливают предпочтительно так, чтобы время пребывания топлива в распылителе 11 топлива было короче времени задержки воспламенения топлива. Целью этого является предотвращение обратного пламени и повреждения от горения в распылителе 11 топлива, вызываемых горением топлива в распылителе 11 топлива. Используемыми мерами являются: установка времени задержки воспламенения (приблизительно составляющее 0,1 сек) газообразного топлива, время задержки которого короче времени задержки воспламенения пылевидного угля; и скорости потока 10-20 м/сек в распылителе 11 топлива. Например, расстояние между выходом из распылителя 11 топлива и выходом из центральной трубки 10 подачи воздуха и расстояние между выходом из распылителя 11 топлива и выходом из дополнительных вентиляционных отверстий и трубок 12 подачи дополнительного воздуха устанавливают приблизительно равным 1 м или менее.

При высокой нагрузке топочной камеры 41 тепловую нагрузку вблизи горелки уменьшают благодаря образованию факела пламени в топочной камере 41 в положении, далеко отстоящем от горелки 42. Для этой цели в настоящем изобретении подвод воздуха из дополнительных вентиляционных отверстий (не показаны) или трубок 12 подачи дополнительного воздуха уменьшают по сравнению со случаем низкой нагрузки. Уменьшение подвода дополнительного воздуха уменьшает концентрацию потока 16 пылевидного угля вблизи кольцевого стабилизатора 23 пламени по сравнению со случаем низкой нагрузки, замедляя благодаря этому скорость горения. В соответствии с этим температура зон 19 рециркуляции, образуемых ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, становится ниже, подавляя в соответствии с этим теплоизлучение на конструкцию горелки 42, соответственно, подавляется ошлаковывание.

В настоящем варианте осуществления зоны 19 рециркуляции образуются ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, и часть топлива сжигают в зонах 10 рециркуляции. Пламя в этой области служит в качестве пускового факела. Полученный пусковой факел может стабильно подавать высокотемпературный газ к факелу, образуемому в топочной камере 41 в положении, далеко отстоящем от горелки 42, стабилизируя благодаря этому факел пламени в положении, далеко отстоящем от горелки 42 и, следовательно, уменьшая возможность гашения пламени.

На фиг.23(а) иллюстрируется ситуация, в которой факел пламени горелки 42 образован в положении, далеко отстоящем от зон 19 рециркуляции ниже по технологической цепочке от кольцевого стабилизатора 23 пламени, при высокой нагрузке топочной камеры 41. В этом случае для уменьшения возможности гашения пламени факелы пламени предпочтительно смешивают друг с другом в топочной камере 41, обеспечивая в соответствии с этим возможность стабильного горения в топочной камере, как показано в разрезе вида сверху устройства для сжигания топлива (топочной камеры 41) при использовании горелок 42, соответствующих настоящему изобретению. На фиг.23(а) иллюстрируется случай, где в каждом из четырех углов топочной камеры 41 расположено по горелке 42. Однако работа аналогична также в случае оппозитного сжигания топлива, в котором горелка 42 расположена в каждой из противоположных стенок топочной камеры 41.

Для уменьшения концентрации NO_x в отходящем газе, генерируемом благодаря сжиганию топлива, предпочтительно регулируют количество воздуха так, чтобы воздушный коэффициент для летучих веществ (отношение общего количества воздуха, подаваемого из распылителя 11 топлива, центральной трубки 10 подачи воздуха и дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха, к количеству воздуха, необходимому для полного сгорания летучих веществ, содержащихся в топливе) составлял 0,85-0,95. Большая часть топлива смешивается с воздухом, подводимым посредством дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха в распылитель 11 топлива, и затем сгорает (первый этап). После этого топливный газ смешивается с потоком 17 вторичного воздуха и потоком 18 третичного воздуха, и затем сгорает (второй этап). Если предусмотрен воздушный канал 49 (см. фиг.27) для подачи воздуха ниже по технологической цепочке от горелки 42 в топочную камеру 41, то топливный газ смешивается с воздухом, подводимым из воздушного канала 49, и затем полностью сгорает (третий этап). Летучие вещества, содержащиеся в топливе, сгорают на первом этапе, поскольку скорость их горения выше скорости горения связанного углерода.

В этом случае воздушный коэффициент для летучих веществ, составляющий 0,85-0,95, вызывает недостаточность в концентрации кислорода, но ускоряет горение топлива. Сжигание топлива осуществляют при высокой температуре факела пламени. Благодаря химически восстанавливающему горению топлива при условии недостатка кислорода на первом этапе NO_x, генерируемые из азота, содержащегося в топливе и воздухе, преобразуются в безвредный азот, приводя в соответствии с этим к уменьшению концентрации NO_x в отходящем газе из топочной камеры 41. Кроме того, высокая температура ускоряет реакцию на втором этапе, уменьшая в соответствии с этим количество несгоревшего углерода. В таблице 2 приведены результаты сравнения концентрации NO_x в отходящем газе на выходе из топочной камеры 41 при изменении количества подводимого воздуха. В этом случае используемым топливом был бурый уголь, а топливный коэффициент (связанный углерод/летучие вещества) составлял 0,82.

В состоянии В воздушный коэффициент для летучих веществ (колонка С в таблице 2) становится равным 0,85 при значении 0,70 в состоянии А, а концентрация NO_x в факеле уменьшается.

Таблица 2
	Состояние А	Состояние В
Количество подводимого топлива (при номинальной нагрузке)	100%	100%
Концентрация кислорода в транспортирующем топливо газе (%)	10	10
Воздушный коэффициент для летучих веществ в топливе
Транспортирующий газ	0,50	0,50	А
Центральный воздух	0,20	0,35	В
Дополнительный воздух	0,70	0,85	С
Общий (транспортирующий газ+центральный воздух+дополнительный воздух)	0,76	0,76	D
Внешний воздух (вторичный
воздух+третичный воздух)
Воздушный коэффициент для топлива (летучие вещества+связанный углерод)
Общий для горелки (транспортирующий газ+ центральный воздух+дополнительный воздух+внешний воздух)	0,80	0,84
Воздух, подаваемый по воздушному каналу 49	0,40	0.40
Концентрация NOx на выходе из топочной камеры (промиль: эквивалент 6% концентрации кислорода)	170	155

Горелка 42, соответствующая настоящему изобретению, является цилиндрической горелкой, содержащей распылитель 11 топлива, трубку 13 подачи вторичного воздуха и трубку 14 подачи третичного воздуха, причем каждая является цилиндрической и расположена концентрически, как показано на виде спереди, приведенном на фиг.13, со стороны топочной камеры. Однако распылитель 11 топлива и конденсор могут быть прямоугольными. Кроме того, как показано на виде спереди горелки 42, приведенном на фиг.15 (вид спереди со стороны топочной камеры 41), распылитель 11 топлива может быть окружен, по меньшей мере, частью трубки подачи внешнего воздуха, например трубки 13 подачи вторичного воздуха и трубки 14 подачи третичного воздуха. Кроме того, как показано в горелке, иллюстрируемой на фиг.15, дополнительные вентиляционные отверстия или трубки 12 подачи дополнительного воздуха могут быть позиционированы посредством одной трубки вдоль внутренней стороны стенки 22 распылителя 11 топлива.

Кроме того, как показано в разрезе горелки 42, приведенном на фиг.16, внешний воздух может быть подведен посредством одной трубки (трубки 13 подачи вторичного воздуха) или может быть подведен с помощью трех или более трубок (не показано). В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.11 и 12, в распылителе 11 топлива предусмотрены элемент 32 сужения канала, предназначенный для сужения канала, и препятствие 33, предназначенное для концентрирования частиц топлива на внутренней стороне поверхности 22 стенки распылителя 11 топлива. Однако аналогичный эффект, как в горелке 42, иллюстрируемой на фиг.11-15, получают даже без этих конструкций.

Кроме того, в настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.11 и 12, кольцевой стабилизатор 23 пламени предусмотрен на конце поверхности 22 стенки распылителя 11 топлива. Однако, как показано на фиг.16, может быть предусмотрена направляющая 35, предназначенная для направления внешнего воздушного потока (потока 17 вторичного воздуха) в направлении наружу относительно распылителя 11 топлива, генерирующая в соответствии с этим зоны 19 рециркуляции вблизи задней стороны (сбоку от середины топочной камеры 41) направляющей 35.

(Пятый вариант осуществления настоящего изобретения)

На фиг.17 и 18 приведены разрезы горелки 42, соответствующей пятому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.17 иллюстрируется ситуация, в которой топливо, эжектируемое из горелки 42 при низкой нагрузке, сгорает в топочной камере 41. На фиг.18 иллюстрируется ситуация, в которой топливо, эжектируемое из горелки 42 при высокой нагрузке, сгорает в топочной камере 41.

Основным отличием настоящего варианта осуществления от четвертого варианта осуществления является то, что на конце поверхности 22 стенки распылителя 11 топлива не предусмотрены ни кольцевой стабилизатор 23 пламени, ни направляющая 35. Для регулировки профиля факела пламени без кольцевого стабилизатора 23 пламени и направляющей 35 в канале подвода вторичного воздуха предусмотрен завихритель 27.

Факел пламени образуют, начиная от выхода из распылителя 11 топлива при низкой нагрузке топочной камеры 41. Для этой цели воздух подводят через дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубку 12 подачи дополнительного воздуха, увеличивая в соответствии с этим концентрацию кислорода в потоке 16 пылевидного угля вблизи перегородки 22 распылителя 11 топлива. Благодаря этой операции увеличивают скорость горения по сравнению со случаем низкой концентрации кислорода, ускоряя в соответствии с этим воспламенение частиц топлива. Начиная от окрестности распылителя 11 топлива, соответственно, образуется пламя.

В настоящем варианте осуществления вторичный воздух интенсивно закручивается (при коэффициенте закручивания, равном 1 или более) посредством завихрителя 27, предусмотренного в трубке 13 подачи вторичного воздуха. Благодаря центробежной силе, возникающей при закручивании, поток 17 вторичного воздуха после эжекции расширяется в направлении отклонения от потока 16 пылевидного угля. В этом случае давление в области между потоком 16 пылевидного угля и потоком 17 вторичного воздуха падает, благодаря чему образуются зоны 19 рециркуляции в направлении, противоположном направлению потока 16 пылевидного угля и потока 17 вторичного воздуха. Кроме того, если в трубке 13 подачи вторичного воздуха предусмотрен демпфер (не показан) для уменьшения скорости потока с тем, чтобы уменьшить скорость потока вторичного воздуха до значения, близкого к нулю, то между потоком 18 третичного воздуха из трубки 14 подачи третичного воздуха и потоком 16 пылевидного угля образуются зоны 19 рециркуляции.

При высокой нагрузке топочной камеры 41 тепловая нагрузка вблизи горелки 42 уменьшается благодаря образованию факела пламени в топочной камере 41 в положении, далеко отстоящем от горелки 42. Для этой цели подвод воздуха из дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха уменьшается по сравнению со случаем низкой нагрузки. Уменьшение подвода дополнительного воздуха уменьшает концентрацию кислорода в потоке 16 пылевидного угля вблизи поверхности 22 стенки распылителя 11 топлива по сравнению со случаем низкой нагрузки, уменьшая в соответствии с этим скорость горения топлива. Кроме того, в настоящем варианте осуществления уменьшается интенсивность закрутки, обеспечиваемая во вторичном воздухе посредством завихрителя 27 в трубке 13 подачи вторичного воздуха. Поток 17 вторичного воздуха после эжекции из трубки 13 подачи вторичного воздуха проходит затем параллельно потоку 16 пылевидного угля, не образуя в соответствии с этим зон 19 рециркуляции в обратном направлении в области между потоком 16 пылевидного угля и потоком 17 вторичного воздуха. Кроме того, если открыт демпфер (не показан), предусмотренный в трубке 13 подачи вторичного воздуха так, чтобы увеличить скорость потока вторичного воздуха, то между потоком 16 пылевидного угля и потоком 17 вторичного воздуха может предотвращаться образование зон 19 рециркуляции в обратном направлении.

(Шестой вариант осуществления настоящего изобретения)

На фиг.19 приведен разрез горелки 42, работающей на твердом топливе, соответствующей шестому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.20 приведен вид спереди горелки 42 со стороны топочной камеры 41.

Текучую смесь топлива и отходящего газа подводят к топочной камере 41 через распылитель 11 топлива. Кольцевой стабилизатор 36 пламени с L-образными выступами предусмотрен на конце распылителя 11 топлива. Ниже по технологической цепочке (внутрь топочной камеры 41) от стабилизатора образуются зоны 19 рециркуляции, благодаря чему пламя образуется, начиная от окрестности горелки 42. Горелка, иллюстрируемая на фиг.19, отличается тем, что дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубки 12 подачи дополнительного воздуха (см. фиг.20), предусмотрены так, чтобы воздух для горения вводился между L-образными выступами кольцевого стабилизатора 36 пламени. Благодаря этому горение просто инициируется вокруг каждого из L-образных выступов кольцевого стабилизатора 36 пламени (воспламенение имеет место ниже по технологической цепочке от L-образных выступов кольцевого стабилизатора 36 пламени).

(Седьмой вариант осуществления настоящего изобретения)

Ниже описан седьмой вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг.21 приведен разрез горелки, соответствующей седьмому варианту осуществления. На фиг.21(а) представлен разрез горелки, тогда как на фиг.21(b) представлен вид спереди горелки со стороны топочной камеры.

Текучую смесь 1 пылевидного угля и транспортирующего газа (первичного воздуха) подводят к топочной камере 41 через распылитель 11 топлива. На конце распылителя 11 топлива предусмотрен кольцевой стабилизатор 36 пламени с L-образными выступами. Ниже по технологической цепочке от стабилизатора образуются зоны 19 рециркуляции, благодаря чему, начиная от окрестности горелки, образуется факел пламени.

Внутри распылителя 11 топлива предусмотрено препятствие 33. Препятствие 33 увеличивает концентрацию пылевидного угля вблизи кольцевого стабилизатора 36 пламени, ускоряя в соответствии с этим воспламенение. Воздух для горения (поток 17 вторичного воздуха и поток 18 третичного воздуха) подводят вокруг распылителя 11 топлива из воздушного ящика 26. Поток 18 третичного воздуха должным образом закручивается посредством завихрителя 28, благодаря чему оптимизируются условия для сжигания с уменьшенным содержанием NO_x. Кроме того, поток 18 третичного воздуха расширяется в направлении наружу посредством направляющей 29, побуждая в соответствии с этим создание, так называемого, состояния с недостатком воздуха, в котором воздуха недостаточно в центре факела пламени. В соответствии с этим осуществляется сжигание топлива с уменьшенным образованием NO_x.

Горелка, иллюстрируемая на фиг.21, отличается тем, что между препятствием 33 и внутренней стенкой распылителя 11 топлива для воспламенения предусмотрены дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) и трубки 12 подачи дополнительного воздуха. Таким образом, дополнительный воздух для воспламенения подают к потоку пылевидного угля, концентрируемому посредством препятствия 33 у внутренней стороны стенки распылителя 11 топлива, и, следовательно, концентрация кислорода увеличивается, тогда как концентрация пылевидного угля поддерживается на заданном уровне концентрации или выше. Это улучшает воспламеняемость. На центральной оси горелки 42 предусмотрен маслонагнетатель 24, используемый для запуска горелки 42. Между препятствием 33 и кольцевым стабилизатором 36 пламени на конце распылителя 11 предусмотрена область S смешивания, предназначенная для смешивания текучей смеси с дополнительным воздухом для обеспечения воспламенения. Благодаря этому текучая смесь достаточно смешивается с дополнительным воздухом 21 для воспламенения. Между L-образными в разрезе зубьями кольцевого стабилизатора 36 пламени (см. фиг.21(b)) предусматривается выход дополнительных вентиляционных отверстий или трубок 12 подачи дополнительного воздуха для воспламенения. Благодаря этому воспламенение легко инициируется вокруг каждого из L-образных выступов кольцевого стабилизатора 36 пламени (воспламенение имеет место ниже по технологической цепочке от L-образных выступов кольцевого стабилизатора 36 пламени).

Направляющая 36', предназначенная для расширения направления эжекции внешнего воздуха, может быть предусмотрена на выходе канала трубки подачи внешнего воздуха (потока 17 вторичного воздуха, потока 18 третичного воздуха и аналогичных потоков), причем зоны 19 рециркуляции образуются проще при взаимодействии направляющей 36' с кольцевым стабилизатором 36 пламени.

(Восьмой вариант осуществления настоящего изобретения)

Горелка 42, соответствующая восьмому варианту осуществления, иллюстрируемая на фиг.22 (фиг.22(а) - разрез горелки 42, а фиг.22(b) - вид спереди горелки со стороны топочной камеры), отличается тем, что дополнительный воздух 67 для воспламенения вводят из подводящего трубопровода 66, специально предназначенного для дополнительных вентиляционных отверстий (не показаны) или трубок 12 подачи дополнительного воздуха для воспламенения, через дополнительные вентиляционные отверстия (не показаны) или трубки 12 подачи дополнительного воздуха для воспламенения и в зоны S смешивания, предназначенные для смешивания текучей смеси в распылителе 11 топлива с дополнительным воздухом 67 для воспламенения.

В горелке 42, иллюстрируемой на фиг.22, дополнительный воздух 67 для воспламенения, вводимый из подводящего трубопровода 66, может иметь давление, отличающееся от давления воздуха, подводимого из воздушного ящика 26, позволяя в соответствии с этим свободный выбор размера дополнительных вентиляционных отверстий (не показаны) или трубок 12 подачи дополнительного воздуха. Кроме того, в специально предназначенном трубопроводе 66 подачи дополнительного воздуха для воспламенения может быть предусмотрено устройство (не показано) для регулировки расхода воздуха для воспламенения, позволяя в соответствии с этим просто регулировать скорость подачи. При использовании обогащенного кислородом газа в качестве дополнительного воздуха 67 для воспламенения воспламенимость улучшается.

На фиг.23 приведен разрез вида сверху топочной камеры 41, в которой используются горелки, соответствующие любому из вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения, при угловом сжигании топлива.

В общем, при расположении горелок в соответствии с угловым сжиганием топлива, на каждом углу топочной камеры 41 предусматривают горизонтальную секцию для камеры 37 горелки. При высокой нагрузке топочной камеры 41, как показано на фиг.23(а), высокоскоростной поток из каждой горелки в камере 37 горелки образует выпускную секцию 38 вблизи выхода из горелки, образуя в соответствии с этим область стабильного горения в топочной камере 41.

В примере работы горелки в соответствии с угловым сжиганием топлива, иллюстрируемым на фиг.23, скорость потока 18 третичного воздуха трубки 14 подачи внешнего третичного воздуха, делающая вклад в образование области стабильного горения в топочной камере, составляет 50 м/сек или более, тогда как скорость потока 16 пылевидного угля, подаваемого с помощью отходящего газа, составляет 5-30 м/сек. А скорость воздушного потока центральной трубки 10 подачи воздуха, предназначенного для ускорения воспламенения топлива, составляет 5-20 м/сек.

При низкой нагрузке топочной камеры 41, как показано на фиг.23(b), коэффициент распределения и интенсивность закрутки воздуха для горения регулируют так, чтобы каждая горелка образовывала факел пламени F автоматически стабилизирующегося типа. На фиг.24 иллюстрируется вариант осуществления, в котором топливо подают в топочную камеру 41 из четырех камер 37 горелок, причем каждая образована в боковой стенке топочной камеры 41. На фиг.25 (на фиг.25(а) при высокой нагрузке, а на фиг.25(b) при низкой нагрузке) иллюстрируется вариант осуществления, в котором топливо подают в топочную камеру 41 из шести камер 37 горелок, причем каждая предусмотрена в боковой стенке топочной камеры 41.

В соответствии с вышеописанной установкой вблизи горелки 42 имеется низкая концентрация кислорода и нет теплового источника, например циркуляции высокотемпературного газа на высоком уровне. В соответствии с этим топливо не воспламеняется, благодаря чему образуется выпускная секция 38. В середине топочной камеры 41 топливо смешивается с высокоскоростными потоками из других горелок 42 и с воздухом из трубки 14 подачи третичного воздуха, образуя в соответствии с этим область стабильного горения и, следовательно, стабильного сжигания топлива. Функцией трубки 14 подачи третичного воздуха при высокой нагрузке, так же как и на предшествующем уровне техники, является стабилизация образования области стабильного горения. Для этой цели скорость потока предпочтительно составляет 50 м/сек или более.

Короче говоря, в настоящем изобретении в топочной камере 41 в соответствии с угловым сжиганием или тангенциальным сжиганием, соответствующим предшествующему уровню техники, выпускную секцию 38 образуют в высокоскоростном потоке топлива вблизи горелки 42 при высокой нагрузке, образуя благодаря этому в топочной камере 41 область стабильного горения. В противоположность этому, при низкой нагрузке в высокоскоростном потоке топлива, начиная от окрестности горелки 42 образуется автоматически стабилизирующийся факел пламени. Такая работа обеспечивает применимость в широком диапазоне нагрузок топочной камеры 41.

Более характерно, что водоохлаждаемая конструкция каждой поверхности стенки топочной камеры не модифицирована, но часть камеры 37 горелки модифицирована в конструкции горелки, содержащей канал для топлива; и множество каналов для воздуха для горения. Затем регулируемыми являются распределение воздуха для горения и интенсивность закрутки высокоскоростного потока топлива и высокоскоростного потока воздуха для горения. В таком случае работа регулируется в зависимости от низкой или высокой нагрузки топочной камеры.

В вышеприведенном описании водоохлаждаемая конструкция стенки не модифицирована, а модифицирована одна часть камеры 37 горелки. Однако настоящее изобретение применимо в случае водоохлаждаемой конструкции стенки, предусматриваемой между соседними горелками 42 во вновь создаваемом котле.

На фиг.27 приведена принципиальная схема устройства для сжигания топлива при использовании горелок, работающих на угле, например на буром угле и лигните, соответствующих настоящему изобретению. На фиг.28 приведен разрез вида сверху устройства, иллюстрируемого на фиг.27. Ниже приведено описание, сделанное со ссылкой на фиг.27 и 28.

Топочная камера 41 устройства для сжигания топлива в каждом углу содержит два вертикальных ряда горелок 42. Каждая горелка 42 расположена так, чтобы в горизонтальном направлении быть направленной в середину топочной камеры 41. Уголь и аналогичное топливо подают из топливного бункера 43, через устройство 44 для подачи угля и в вентилятор-измельчитель 45. Уголь, измельченный посредством вентилятора-измельчителя 45, подают по топливопроводу 54 в горелку 42. В этом случае отходящий газ, отводимый из верхней части топочной камеры 41, смешивают с углем в канале 55 подачи отходящего газа, расположенном ниже по технологической цепочке от устройства 44 для подачи угля, и затем вводят в вентилятор-измельчитель 45. При смешивании угля с высокотемпературным газом для горения из угля испаряется влага. Кроме того, поскольку концентрация кислорода уменьшается, то подавляются спонтанное воспламенение угля и взрыв при нагреве угля в процессе измельчения в вентиляторе-измельчителе 45. В случае бурого угля концентрация кислорода, как правило, составляет 8-15%. Воздух, подаваемый в горелку 42 и в воздушный канал 49, расположенный ниже по технологической цепочке, подают посредством воздуходувки 46. При этом используют схему двухступенчатого сжигания топлива, в которой горелка 42 подает воздух в количестве, которое меньше количества, необходимого для полного сгорания топлива, и в которой воздушный канал 49 подает дефицит воздуха. Однако возможна также схема двухступенчатого сжигания топлива, в которой отсутствует воздушный канал 49 и в которой горелка 42 подает все необходимое количество воздуха.

В горелке 42 в зависимости от нагрузки устройства для сжигания топлива (топочной камеры 41) изменяют способ сжигания. То есть при высокой нагрузке тепловая нагрузка вблизи горелки уменьшается благодаря образованию факела пламени в положении, отстоящем далеко от горелки 42. В противоположность этому при низкой нагрузке факел образуется, начиная от выхода из распылителя 11 топлива. В этом случае для безопасной работы устройства для сжигания топлива необходимо контролировать факел пламени. В настоящем изобретении, поскольку способ сжигания изменяют в зависимости от нагрузки, способ текущего контроля факела пламени предпочтительно изменяют в зависимости от нагрузки. То есть при низкой нагрузке, поскольку факел образуется независимо в каждой горелке 42, в каждой горелке 42 необходимо предусмотреть пламенно-температурный детектор 47. В противоположность этому при высокой нагрузке для текущего контроля факела пламени, который образуется в положении, отстоящем далеко от горелки 42, необходим пламенно-температурный детектор 48, предназначенный для текущего контроля середины топочной камеры 41. В зависимости от нагрузки и способа сжигания топлива выбирают соответствующий сигнал из пламенно-температурных детекторов 47 и 48, в соответствии с которым осуществляют текущий контроль факела.

Кроме того, для уменьшения ошлаковывания конструкции горелки и стенки топочной камеры при высокой нагрузке в стенках топочной камеры или горелках 42, работающих на пылевидном угле, могут быть предусмотрены термометры (не показаны) или пламенно-температурные детекторы (не показаны), в соответствии с чем в ответ на сигнал из таких приборов могут быть отрегулированы скорость потока дополнительного воздуха и скорость потока центрального воздуха.

На фиг.29 иллюстрируется конфигурация, в которой различные горелки для сжигания угля, например бурого угля и лигнита, соответствующие любому из вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения, используют в системе котла, работающего на пылевидном угле.

Котел, работающий на пылевидном угле, иллюстрируемый на фиг.29, имеет конфигурацию горелок 42, соответствующую схеме двухступенчатого сжигания топлива, и содержит воздушный канал 49. Множество горелок 42 расположено в топочной камере 41 тремя вертикальными рядами по пять штук в каждом ряду. Горизонтальное расположение горелок топочной камеры 41 не показано. Число горелок 42 и их расположение определяют способностью (максимальной скоростью горения пылевидного угля, емкостью котла и аналогичными параметрами) одной горелки и конструкции котла.

Горелки 42 каждого этапа располагают в воздушном ящике 26. Распылитель, предназначенный для эжекции масла, способствующего воспламенению, с отходящим газом и воздухом, предусматривают в горелке 42. Масло, способствующее воспламенению, подают через распределитель 58 в распылителе 24 масла каждой горелки. Воздух 51 для горения, подогреваемый посредством теплообменника 52, становится в соответствии с этим горячим воздухом, температура которого составляет приблизительно 300 °С. Воздух для горения вводят в воздушный ящик 26 после регулировки скорости потока посредством демпфера 56. Затем воздух для горения эжектируют через каждую горелку 42 в топочную камеру 41. Воздух 51 для горения дополнительно подают через демпфер 57 в воздушный канал 49.

Отходящий газ отводят через канал 55 отходящего газа, соединенный с окрестностью выхода отходящего газа в выходе топочной камеры, подводя в соответствии с этим к устройству 44 для подачи угля. Пылевидный уголь подают в вентилятор-измельчитель 45 вместе с транспортирующим отходящим газом и измельчают здесь. Затем регулируют распределение размера зерен и после этого пылевидный уголь подают в горелку 42. Размер зерен пылевидного угля, подаваемого в горелку 42, и его распределение регулируют в зависимости от нагрузки котла. Поверхность стенки топочной камеры 41, как правило, имеет водоохлаждаемую конструкцию для генерации первичного водяного пара. Первичный пар, перегретый с помощью паронагревателя 59, становится перегретым паром, подаваемым в паровую турбину (не показано). Паровая турбина соединена с электрогенератором, который генерирует электроэнергию.

В дымоходе для освобождения отходящего газа котла, работающего на пылевидном угле, через дымовую трубу 63 воздух предусматривают аппарат для очистки отходящего газа, содержащий устройство 60 для удаления NO_x, электрический пылеуловитель 61 и устройство 62 для удаления SO_x.

Количество воздуха для горения, подаваемого к каждой горелке 42, устанавливают равным величине, составляющей 89-90 об.% от теоретического количества воздуха для горения угля. Количество воздуха, подаваемого впоследствии из воздушного канала 49, устанавливают равным приблизительно 40-30 об.% от теоретического количества воздуха для горения угля. В соответствии с этим общее количество воздуха составляет приблизительно 120 об.% от теоретического количества воздуха для горения угля. Сжигание в факеле пламени горелки 42, работающей на пылевидном угле, осуществляют с помощью воздуха, количество которого меньше теоретического количества воздуха, после чего несгоревший углерод топлива дожигают в воздухе, подаваемом впоследствии.

Генерирование электроэнергии посредством сжигания низкосортного угля, например бурого угля и лигнита, осуществляют посредством электростанции, работающей на угле, содержащей топочную камеру, имеющей поверхности стенок топочной камеры, оборудованные множеством горелок 42, соответствующих настоящему изобретению; котел, работающий на угле, для образования водяного пара, благодаря использованию теплоты сгорания, полученной посредством сжигания пылевидного угля с помощью горелок 42; паровые турбины, приводимые во вращение паром, получаемом в котле; и электрогенератор (не показан), приводимый в действие паровыми турбинами.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Настоящее изобретение обеспечивает получение горелки, работающей на твердом топливе, и способа сжигания топлива при использовании горелки, работающей на твердом топливе, которая может обеспечивать стабильное сжигание топлива в широком диапазоне нагрузок топочной камеры от условия работы при высокой нагрузке до условия работы при низкой нагрузке даже в случае сжигания плохо поддающегося горению топлива, подобного низкосортному углю, например бурого угля и лигнита; устройства для сжигания топлива, например топочной камеры, нагревательной печи и подогревателя дутья, при использовании указанной горелки и способа управления ей; котла, работающего на твердом топливе, и системы, в которой он используется; и электростанции, работающей на угле.

Настоящее изобретение позволяет воспламенение топлива вблизи от горелки, даже если в качестве транспортирующего газа используют газ с низкой концентрацией кислорода. В соответствии с этим даже пылевидный уголь, например бурый уголь, имеющий плохие свойства золы, может быть быстро и эффективно сожжен вблизи выхода из горелки. Это позволяет обеспечить уменьшение содержания NO_x в отходящем газе и предотвратить когезию золы вокруг горелки.

1. Горелка, работающая на твердом топливе, содержащая центральную трубку подачи воздуха, предназначенную для эжекции воздуха, распылитель топлива, предусмотренный вне указанной центральной трубки подачи воздуха и эжектирующий текучую смесь, состоящую из твердого топлива и транспортирующего газа, дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные во внутренней поверхности стенки распылителя топлива и эжектирующие воздух, и одну или более трубок подачи внешнего воздуха, предусмотренных вне указанного распылителя топлива и эжектирующих воздух для горения.

2. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой выход любой одной или указанной центральной трубки подачи воздуха и указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположен в положении, находящемся выше по технологической цепочке горелки от выхода указанного распылителя топлива.

3. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой нагретый и/или сжатый воздух подведены к указанным дополнительным вентиляционным отверстиям или трубкам подачи дополнительного воздуха.

4. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой, начиная от стороны, находящейся выше по технологической цепочке горелки, на внешней поверхности стенки указанной центральной трубки подачи воздуха предусмотрено препятствие, содержащее коническую секцию, имеющую постепенно увеличивающееся поперечное сечение, и коническую секцию, имеющую постепенно уменьшающееся поперечное сечение.

5. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой на внутренней стенке указанного распылителя топлива предусмотрен элемент сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения канала указанного распылителя топлива, начиная от стороны, находящейся выше по технологической цепочке горелки, и для расширения указанного поперечного сечения до исходного значения.

6. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой в указанной центральной трубке подачи воздуха предусмотрен завихритель.

7. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой в указанной трубке подачи внешнего воздуха предусмотрен завихритель.

8. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой в выходе из указанной трубки подачи внешнего воздуха предусмотрена направляющая, предназначенная для ограничения направления эжекции внешнего воздуха.

9. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой в выходе из указанной трубки подачи внешнего воздуха предусмотрен элемент расширения трубы, предназначенный для увеличения интенсивности закрутки внешнего потока воздуха из указанной трубки подачи внешнего воздуха, чтобы эжектироваться под углом отклонения, равным 45° или менее, относительно центральной оси горелки.

10. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой между указанным распылителем топлива и указанной трубкой подачи внешнего воздуха предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для противостояния эжектируемому потоку смеси твердого топлива и воздуха.

11. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.10, в которой предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, имеющий L-образные выступы, направленные внутрь к выходу из указанного распылителя топлива.

12. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой поперечное сечение канала вниз по технологической цепочке от указанной центральной трубки подачи воздуха меньше поперечного сечения канала вверх по технологической цепочке от указанной центральной трубки подачи воздуха.

13. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.12, в которой местоположение указанного завихрителя в указанной центральной трубке подачи воздуха является подвижным в направлении центральной оси горелки в указанной центральной трубке подачи воздуха.

14. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.1, в которой в указанной центральной трубке подачи воздуха предусмотрен завихритель, предназначенный для регулировки интенсивности закрутки воздушного потока в зависимости от нагрузки горения.

15. Способ сжигания топлива при использовании горелки, работающей на твердом топливе, по п.1, в котором режим эжекции воздуха из горелки подается в зависимости от нагрузки горения по выбору из группы, содержащей режим эжекции воздуха, в которой воздушный поток из указанной центральной трубки подачи воздуха эжектируют как прямолинейный высокоскоростной поток или слабо закрученный высокоскоростной поток, и режим эжекции воздуха, в которой воздушный поток из указанной центральной трубки подачи воздуха эжектируют как сильно закрученный высокоскоростной поток.

16. Способ сжигания топлива по п.15, в котором при низкой нагрузке горения сильно закрученный высокоскоростной поток эжектируют из указанной центральной трубки подачи воздуха, тогда как при высокой нагрузке горения из указанной центральной трубки подачи воздуха эжектируют прямолинейный высокоскоростной поток или слабо закрученный высокоскоростной поток.

17. Способ сжигания топлива по п.15, в котором горение осуществляют посредством регулировки количества воздуха так, чтобы соотношение общего количества воздуха, подаваемого указанным распылителем топлива, указанной центральной трубкой подачи воздуха и указанными дополнительными вентиляционными отверстиями или трубками подачи дополнительного воздуха, к количеству воздуха, необходимого для полного сгорания летучих веществ топлива, поддерживалось равным 0,85-0,95.

18. Способ сжигания топлива при использовании горелки, работающей на твердом топливе, по п.1, в котором соотношение количества воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, к количеству воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, регулируют в зависимости от нагрузки горения.

19. Способ сжигания топлива по п.18, в котором при низкой нагрузке горения уменьшают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время увеличивают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, тогда как при высокой нагрузке горения увеличивают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время уменьшают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха.

20. Устройство для сжигания топлива, использующее отходящий газ в качестве транспортирующего газа для твердого топлива, используемого в горелке, работающей на твердом топливе, по п.1, и содержащее топочную камеру, имеющую поверхность стенки топочной камеры, оборудованную множеством указанных горелок, работающих на твердом топливе.

21. Устройство для сжигания топлива по п.20, в котором множество указанных горелок расположено в углах или в противоположных поверхностях боковых стенок топочной камеры так, чтобы образовать пару или пары модулей.

22. Устройство для сжигания топлива по п.20, в котором центральная трубка подачи воздуха горелки, работающая на твердом топливе, имеет цилиндрическую форму и в котором пара трубок подачи воздуха, предназначенных для подведения воздуха, соединены с частью выше по технологической цепочке указанной центральной трубки подачи воздуха, и в котором указанная пара указанных трубок подачи воздуха соединены так, чтобы воздух вводился в тангенциальном направлении в каждом из противостоящих положений круга поперечного сечения указанной центральной трубки подачи воздуха.

23. Способ управления устройством для сжигания топлива по п.20, в котором при высокой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива увеличивают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время уменьшают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, благодаря чему, начиная из положения, далеко отстоящего от указанной горелки, работающей на твердом топливе, образуется факел пламени твердого топлива, в котором при низкой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива уменьшают количество воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха, и в то же время увеличивают вклад количества воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, благодаря чему непосредственно ниже по технологической цепочке от выхода из распылителя топлива указанной горелки, работающей на твердом топливе, образуется факел пламени твердого топлива.

24. Способ управления устройством по п.23, в котором в указанной горелке, работающей на твердом топливе, или на поверхности стенки топочной камеры вблизи указанной горелки, работающей на твердом топливе, предусматривают термометры или пламенно-температурные детекторы, благодаря чему регулируют количество и интенсивность закрутки воздуха, эжектируемого из указанной центральной трубки подачи воздуха указанной горелки, работающей на твердом топливе, или в альтернативном варианте осуществления - количество воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха в ответ на сигнал из этих измерительных приборов.

25. Способ управления устройством по п.23, в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива горение осуществляют в положении, отстоящем от выхода из распылителя топлива на 0,5 м или более на центральной оси распылителя топлива в топочной камере, в котором при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива, начиная от положения, находящегося вблизи поверхности стенки топочной камеры вне выхода распылителя топлива, в топочной камере образуется факел пламени твердого топлива.

26. Способ управления устройством по п.23, в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива путем применения пламенно-температурных детекторов или с помощью визуального контроля осуществляют текущий контроль факела в середине топочной камеры, где сливаются факелы пламени твердого топлива горелок, работающих на твердом топливе, тогда как при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива осуществляют текущий контроль факела, образованного вблизи выхода из каждой горелки, работающей на твердом топливе.

27. Способ управления устройством по п.23, в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива в две трубки подачи воздуха подводят идентичное количество воздуха, что и в указанную центральную трубку подачи воздуха, тогда как при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива в две трубки подачи воздуха подводят разное количество воздуха, чем в указанную центральную трубку подачи воздуха, посредством чего в зависимости от высокой или низкой нагрузки регулируют интенсивность закрутки центрального воздушного потока.

28. Котел, работающий на угле, содержащий топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, по п.1, пароперегреватель, предусмотренный в указанной топочной камере для кипячения воды, чтобы генерировать водяной пар посредством использования факела пламени, получаемого путем сжигания твердого топлива в указанной топочной камере.

29. Система котла, работающего на угле, содержащая котел, работающий на угле, по п.28, дымоход, служащий в качестве канала для отходящего газа из указанного котла, устройство для очистки отходящего газа, предусмотренное в указанном дымоходе, устройство для транспортировки пылевидного угля, предназначенное для транспортировки угля в виде пылевидного угля к горелкам в указанном котле, устройство для регулирования подачи пылевидного угля, предназначенное для регулировки количества пылевидного угля, подаваемого из указанного устройства для транспортировки пылевидного угля к указанным горелкам, и устройство для регулировки подачи воздуха, предназначенное для регулировки количества воздуха, эжектируемого из указанных горелок.

30. Электростанция, работающая на угле, содержащая топочную камеру, имеющую поверхности стенки топочной камеры, оборудованные множеством горелок, работающих на твердом топливе, по п 1, котел для кипячения воды для получения водяного пара путем использования теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива посредством указанных горелок, паровую турбину, приводимую во вращение посредством пара, генерируемого указанным котлом, и электрогенератор, приводимый в действие указанной паровой турбиной.

31. Горелка, работающая на твердом топливе, содержащая распылитель топлива, предназначенный для эжекции текучей смеси, состоящей из твердого топлива и транспортирующего газа, дополнительные вентиляционные отверстия или трубки подачи дополнительного воздуха, предусмотренные во внутренней поверхности стенки указанного распылителя топлива и эжектирующие воздух.

32. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой нагретый и/или сжатый воздух подведены к указанным дополнительным вентиляционным отверстиям или трубкам подачи дополнительного воздуха.

33. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой выходы указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположены на стороне вверх по технологической цепочке горелки от выходов указанного распылителя топлива.

34. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой внутри распылителя топлива предусмотрено препятствие, содержащее секцию, имеющую постепенно увеличивающееся поперечное сечение, и секцию, имеющую постепенно уменьшающееся поперечное сечение в направлении от стороны вверх по технологической цепочке горелки к стороне вниз по технологической цепочке горелки.

35. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой на внутренней поверхности стенки указанного распылителя топлива предусмотрен элемент сужения канала, предназначенный для временного сужения поперечного сечения канала указанного распылителя топлива в направлении от стороны вверх по технологической цепочке горелки к стороне вниз по технологической цепочке горелки и для расширения указанного поперечного сечения до исходного значения.

36. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой в трубке подачи внешнего воздуха предусмотрен завихритель.

37. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой на выходе из трубки подачи внешнего воздуха предусмотрена направляющая, предназначенная для ограничения направления потока внешнего воздуха, эжектируемого из трубки подачи внешнего воздуха.

38. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой между указанным распылителем топлива и трубкой подачи внешнего воздуха предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, предназначенный для противостояния эжектируемому потоку смеси твердого топлива и воздуха.

39. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.38, в которой предусмотрен кольцевой стабилизатор пламени, который имеет L-образные выступы, направленные внутрь к концу поверхности стенки указанного распылителя топлива.

40. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.34, в которой отходящий газ используют в качестве транспортирующего твердое топливо газа и в которой выход из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха расположен между конической секцией препятствия, имеющего постепенно уменьшающееся поперечное сечение, и кольцевым стабилизатором пламени.

41. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой секция подвода воздуха для указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха соединена с воздушными ящиками для подвода сжатого воздуха к трубке подачи внешнего воздуха.

42. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.31, в которой секция подвода воздуха для указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха соединена с устройством для подвода газа для горения, специально предназначенного для подачи воздуха для горения к указанной секции для подвода воздуха.

43. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.42, в которой указанное устройство для подвода воздуха для горения соединено со средством для подвода богатого кислородом газа или чистого кислорода.

44. Горелка, работающая на твердом топливе, по п.42, в которой в указанном устройстве для подвода воздуха для горения предусмотрено устройство для регулировки скорости потока для горения.

45. Способ сжигания при использовании горелки, работающей на твердом топливе, по п,31, в которой при низкой нагрузке горения увеличивают количество воздуха, подаваемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, тогда как при высокой нагрузке горения уменьшают количество воздуха, подаваемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха.

46. Способ сжигания топлива по п.45, в котором при низкой нагрузке горения уменьшают количество воздуха, подаваемого из трубки подачи внешнего воздуха, которая из указанных трубок подачи внешнего воздуха находится ближе всего к указанному распылителю топлива, или в альтернативном варианте увеличивают интенсивность его закрутки и при высокой нагрузке горения увеличивают количество воздуха, подаваемого из трубки подачи внешнего воздуха, которая из указанных трубок подачи внешнего воздуха находится ближе всего к указанному распылителю топлива, или в альтернативном варианте уменьшают интенсивность его закрутки.

47. Устройство для сжигания топлива, содержащее топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, по п.31.

48. Устройство для сжигания топлива, содержащее топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, по п.31, и пароперегреватель, предусмотренный в указанной топочной камере для кипячения воды, чтобы генерировать водяной пар посредством использования факела пламени, получаемый при использовании теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива в указанной топочной камере.

49. Котел, работающий на угле, содержащий топочную камеру, имеющую поверхность стенки, оборудованную множеством горелок, работающих на твердом топливе, по п.31, и пароперегреватель, предусмотренный в указанной топочной камере для кипячения воды, чтобы генерировать водяной пар посредством использования факела пламени, получаемый при использовании теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива в указанной топочной камере.

50. Способ управления устройством для сжигания топлива по п.47, в котором при высокой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива факел пламени твердого топлива образуют, начиная от положения, далеко отстоящего от указанной горелки, работающей на твердом топливе, в котором при низкой нагрузке горения в указанном устройстве для сжигания топлива факел пламени топлива образуют, начиная от положения, близко отстоящего от поверхности стенки топочной камеры непосредственно ниже по технологической цепочке от выхода из распылителя топлива указанной горелки, работающей на твердом топливе.

51. Способ управления устройством для сжигания топлива по п.50, в котором в указанных горелках, работающих на твердом топливе, или на поверхности стенки топочной камеры вблизи указанных горелок, работающих на твердом топливе, предусматривают термометры или пламенно-температурные детекторы, благодаря чему в указанных горелках, работающих на твердом топливе, регулируют количество воздуха, эжектируемого из указанных дополнительных вентиляционных отверстий или трубок подачи дополнительного воздуха, в ответ на сигнал из этих измерительных приборов.

52. Способ управления устройством для сжигания топлива по п.50, в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива горение осуществляют в положении, отстоящем от выхода из распылителя топлива на 0,5 м или более на центральной оси распылителя топлива в топочной камере, в котором при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива, начиная от положения, находящегося вблизи поверхностей стенок топочной камеры вне выхода распылителя топлива в топочной камере,зажигают факел пламени твердого топлива.

53. Способ управления устройством для сжигания топлива по п.50, в котором при высокой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива путем применения пламенно-температурных детекторов или с помощью визуального контроля осуществляют текущий контроль факела в середине топочной камеры, где сливаются факелы пламени твердого топлива горелок, работающих на твердом топливе, тогда как при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива осуществляют текущий контроль отдельного факела, образованного вблизи выхода из каждой горелки, работающей на твердом топливе.

54. Способ управления устройством для сжигания топлива по п.50, в котором при низкой нагрузке указанного устройства для сжигания топлива количество воздуха регулируют так, чтобы отношение всего количества воздуха, подаваемого указанной горелкой, работающей на твердом топливе, к количеству воздуха, необходимого для полного сжигания летучих веществ в топливе, поддерживалось на уровне 0,85-0,95.

55. Электростанция, работающая на угле, содержащая топочную камеру, имеющую поверхности стенки топочной камеры, оборудованные множеством горелок, работающих на твердом топливе, по п.31, котел для кипячения воды для генерации водяного пара путем использования теплоты сгорания, полученной благодаря сжиганию твердого топлива посредством указанных горелок, паровую турбину, приводимую во вращение посредством водяного пара, генерируемого указанным котлом, и электрогенератор, приводимый в действие указанной паровой турбиной.

Приоритет по пунктам:

29.01.2001 - по пп.1 - 30;

04.08.2000 и 17.05.2001 - по пп.31-41;

04.08.2000 - по пп.42 - 44, 46;

17.05.2001 - по пп.45, 47 - 55.