Способ работы многофункциональной горелки



Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки
Способ работы многофункциональной горелки

Владельцы патента RU 2306484:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" ЮУрГУ (RU)

Способ относится к энергетике и может быть использован на котлах, сжигающих пылеугольное и газообразное топлива. Предложен способ работы многофункциональной горелки путем подготовки газовоздушной смеси в подводящем канале перед амбразурой спутным вводом в прямоточный поток воздуха газовых струй из основных и подсветочных газовыпускных сопл, подачи в реакторную полость топки через индивидуальные вертикально-щелевые окна горелочной амбразуры прямоточных спутных потоков газовоздушной и пылевоздушной смесей, над и под потолком пылевоздушной смеси дожигающих спутных потоков воздуха. При реализации способа при одновременной подаче газа и угольной пыли газовоздушную смесь формируют газовыми струями из подсветочных газовыпускных сопл, поддерживая при этом массовый расход газа (0,01-0,15)Gн и скорость газовоздушного потока в амбразуре (0,4-1,5)Wп, при подаче одного газа газовоздушную смесь формируют газовыми струями из основных газовыпускных сопл, а массовый расход воздуха на дожигание во всех режимах сохраняют на уровне (0,05-0,4)Gв, где Gн - массовый расход газа, соответствующий номинальной тепловой нагрузке горелки, кг/с; Wп - скорость пылеуглевоздушной смеси; Gв - общий массовый расход воздуха на горелку, кг/с. Изобретение позволяет уменьшить загрязнения топки и образования оксидов азота. 10 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах, сжигающих пылеугольное и газообразное топлива.

Известна многофункциональная горелка, содержащая раздельные подводящие каналы дожигающего воздуха, пылеуглевоздушной и газовоздушной смесей, амбразуру с окнами вывода реагентов в топку, подключенными к соответствующим подводящим каналам, причем в подводящем канале газовоздушной смеси установлены газовыпускные сопла, а на входе в канал закреплен патрубок подачи воздуха, окна вывода газовоздушной и пылевоздушной смесей выполнены в виде параллельных вертикально-щелевых конфузорных участков, а окна вывода дожигающего воздуха размещены над и под окном вывода пылеуглевоздушной смеси (см., например, патент РФ 2228491 от 15.04.2003 г., опубл. БИ №13 от 10.05.2004 г.). Недостаток устройства - повышенная активность загрязнения топки шлаковыми отложениями при совместном сжигании пыли с газом; в отдельных режимах повышена концентрация оксидов азота в отводимых продуктах сгорания.

Известен способ работы многофункциональной горелки путем подачи в топку по раздельным подводящим каналам через раздельные вертикально-щелевые окна амбразуры потоков газовоздушной и пылеуглевоздушной смесей и по раздельным подводящим каналам через раздельные окна над и под потоком пылеуглевоздушной смеси спутных потоков дожигающего воздуха, а также формирования структуры потока газовоздушной смеси в подводящем канале перед амбразурой спутным вводом в прямоточный поток воздуха газовых струй из газовыпускных сопл (см. патент РФ №2228491 от 15.04.2003 г., опубл. БИ №13 от 10.05.2004 г.). Недостаток способа, как и собственно горелки - повышенный уровень загрязнения топки и выхода оксидов азота в отмеченных выше режимах работы устройства.

Известен способ одновременного сжигания в топке угольной пыли и газа путем ввода через горелки пылеуглевоздушной смеси, воздуха и газовых струй, причем последних из основных и дополнительных подсветочных газовоздушных сопл (см., например, статью Шницер И.Н. "Исследование топочного процесса при сжигании непроектного антрацита отдельно и совместно с газом", в журнале "Теплоэнергетика", №1, 1988 г., с.16-22). Способ имеет тот же недостаток: повышенная активность процессов загрязнения топки и образование оксидов азота в отдельных режимах работы горелки.

Задача изобретения - выделение режимов работы многофункциональной горелки с уменьшенной активностью загрязнения топки и образования оксидов азота.

Для достижения поставленной задачи при осуществлении способа работы многофункциональной горелки путем подготовки газовоздушной смеси в подводящем канале перед амбразурой спутным вводом в прямоточный поток воздуха газовых струй из основных и подсветочных газовыпускных сопл, подачи в реакторную полость топки через индивидуальные вертикально-щелевые окна горелочной амбразуры прямоточных спутных потоков газовоздушной и пылеуглевоздушной смесей, а над и под потоком пылеуглевоздушной смеси дожигающих спутных потоков воздуха, согласно изобретению при одновременной подаче газа и угольной пыли газовоздушную смесь формируют газовыми струями из подсветочных газовыпускных сопл, поддерживая при этом массовый расход газа (0,01-0,15)Gн и скорость газовоздушного потока в амбразуре (0,4-1,5)Wп, при подаче одного газа газовоздушную смесь формируют газовыми струями из основных газовыпускных сопл, а массовый расход воздуха на дожигание во всех режимах сохраняют на уровне (0,05-0,4)Gв, где Gн - массовый расход газа, соответствующий номинальной тепловой нагрузке, кг/с; Wп - скорость пылеуглевоздушной смеси, м/с; Gв - общий массовый расход воздуха на горелку, кг/с.

Вводом в воздушный поток перед амбразурой подсветочных газовых струй с массовым расходом (0,01-0,15)Gн при скорости газовоздушного потока (0,4-1,5)Wп снижается загрязнение топки шлаковыми отложениями, а при массовых расходах воздуха на дожигание (0,05-0,4)Gв обеспечивается минимальный выход оксидов азота в продуктах сгорания как в режимах смешанного теплопотребления, так и в режимах сжигания одного газа.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема подготовки газовоздушной смеси в многофункциональной горелке перед амбразурой и одновременной подачи в реакторную полость топки газовоздушной и пылеуглевоздушной смесей через моносопловые вертикально-щелевые окна амбразуры; на фиг.2 - схема ввода пылеуглевоздушной смеси через вертикально-щелевое окно амбразуры и дожигающего воздуха через сопла над и под пылеуглевоздушным потоком в реакторную полость топки, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема подготовки газовоздушной смеси в многофункциональной горелке перед амбразурой и ее подачи в реакторную полость топки через моносопловое вертикально-щелевое окно амбразуры, разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема подготовки газовоздушной смеси в многофункциональной горелке перед амбразурой и ее подачи в реакторную полость топки через моносопловое вертикально-щелевое окно амбразуры при реализации режимов сжигания одного газа; на фиг.5 - схема ввода дожигающего воздуха через сопла над и под вертикально-щелевым пылеугольным окном амбразуры, разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 - схема подготовки газовоздушной смеси в многофункциональной горелке перед амбразурой и ее подачи в реакторную полость топки через моносопловое вертикально-щелевое окно амбразуры, разрез Г-Г по фиг.4; на фиг.7 - схема компоновки моносопловых вертикально-щелевых окон в амбразуре многофункциональной горелки для вывода в реакторную полость топки газовоздушной и пылеуглевоздушной смесей, а также окон для вывода дожигающего воздуха, вид Д по фиг.1, 4; на фиг.8 - схема подготовки газовоздушной смеси в многофункциональной горелке перед амбразурой и одновременной подачи в реакторную полость топки газовоздушной и пылеуглевоздушной смесей через двухсопловое и моносопловое окна соответственно; на фиг.9 - схема подготовки газовоздушной смеси в многофункциональной горелке перед амбразурой и ее подачи в реакторную полость топки через двухсопловое окно при реализации режимов сжигания одного газа; на фиг.10 - схема компоновки моносоплового и двухсоплового ветикально-щелевых окон в амбразуре многофункциональной горелки для вывода в реакторную полость топки соответственно пылеуглевоздушной и газовоздушной смесей, а также окон для вывода дожигающего воздуха, вид Е по фиг.8, 9.

Способ работы многофункциональной горелки по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 реализуется на котле, оснащенном топкой 1 с реакторной полостью 2 и стенами 3; на одной из стен 3 топки 1 установлена, по крайней мере, одна многофункциональная горелка 4 с амбразурой 5; в амбразуре 5 выполнены вертикально-щелевые окна 6, 7 для подачи в полость 2 топки 1 потоков 8, 9 газовоздушной и пылеуглевоздушной смесей, а над и под пылеуглевоздушным окном 7 установлены окна 10, 11 для подачи в полость 2 топки 1 потоков 12, 13 дожигающего воздуха; к окну 6 подключен подводящий канал 14 прямоточного потока воздуха 15; в канал 14 встроен газовыпускной узел 16 с основными газовыпускными соплами 17, из которых в прямоточный поток воздуха 15 спутно вводятся основные газовые струи 18; кроме того, в канале 14 установлен газовыпускной узел 19 с дополнительными подсветочными соплами 20, из которых в прямоточный поток воздуха 15 спутно вводятся дополнительные подсветочные газовые струи 21; к окну 7 подключен канал 22 для подачи из системы пылеприготовления пылеуглевоздушной смеси; к окнам 10, 11 для подачи дожигающего воздуха из системы нагнетания подключены воздушные каналы 23, 24. На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 обозначены векторы скорости газовоздушного и пылеуглевоздушного потоков Wгв и Wп, м/с, а также дожигающего воздуха Wдв, м/с.

При реализации способа работы многофункциональной горелки 4 по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 в реакторную полость 2 топки через подводящий канал 22 и амбразуру 5 подают пылеуглевоздушную смесь 9 (подготавливаемую в системе пылеприготовления котла, на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 не показана) и газовоздушную смесь 8, подготавливаемую непосредственно в подводящем канале 14 той же горелки путем спутного ввода в прямоточный поток воздуха 15 основных 18 и подсветочных 21 газовых струй, истекающих из сопл 17 и 20 газовыпускных узлов 16 и 19 соответственно. К особенности способа работы многофункциональной горелки 4 относится разделение режимов подачи в реакторную зону 2 топки 1 топливных реагентов. При одновременном сжигании угольной пыли и газа, фиг.1, 2, 3, 7, в работу включают газовыпускной узел 19 с дополнительными подсветочными соплами 20. Формируемая газовоздушная смесь 8 из прямоточного потока воздуха 15 и газовых струй 21 вводится в реакторную зону 2 топки 1 через вертикально-щелевое окно 6 амбразуры 5 спутно потоку пылеуглевоздушной смеси, вводимому через канал 22 и вертикально-щелевое окно 7 той же амбразуры 5. Из вентиляционной системы котла по каналам 23, 24 через окна 10, 11 над и под потоком пылеуглевоздушной смеси 9 в реакторную полость 2 топки 1 вводят спутные дожигающие потоки воздуха 12, 13. При совместном сжигании газа и угольной пыли поддерживают массовый расход газа (0,01-0,15)Gн и скорость газовоздушного потока 8 в амбразуре 5 (0,4-1,5)Wп, a суммарный массовый расход воздуха на дожигание в потоках 12, 13 составляет (0,05-0,4)Gв, где Gн - массовый расход газа, соответствующий номинальной тепловой нагрузке горелки, кг/с; Wп - скорость пылеуглевоздушного потока, м/с; Gв - общий массовый расход воздуха на горелку, кг/с. При подаче в зону 2 топки 1 только газа с воздухом, фиг.4, 5, 6, 7, газовоздушную смесь 8 в канале 14 горелки 4 формируют основными газовыми струями 18, истекающими спутно в прямоточный поток воздуха 15 из сопл 17 основного газораздаточного узла 16 (подсветочный узел 19 с соплами 20 отключен). Газовоздушную смесь 8 вводят в реакторную полость 2 топки 1 через вертикально-щелевое окно 6 амбразуры 5. Из вентиляционной системы котла (не показана) по каналам 23, 24 через окна 10, 11 в реакторную полость 2 топки 1 вводят спутные дожигающие потоки воздуха 12, 13. При этом массовый расход газа составляет от ˜0,4Gн (минимально допустимый по условиям нормальной циркуляции воды и пара в котле) до 1,0Gн, а суммарный массовый расход дожигающего воздуха в потоках 12, 13 составляет (0,05-0,4)Gв, где Gн - массовый расход газа, соответствующий номинальной тепловой нагрузке горелки, кг/с; Gв - общий массовый расход воздуха на горелку, кг/с.

Способ может быть также реализован на котле, включающем топку 1 с реакторной полостью 2 и стенами 3, установленной на одной из стен 3, по крайней мере, одной многофункциональной горелкой 4 по фиг.8, 9. Амбразура 5 горелки 4 оснащена моносопловым окном 7 для вывода в реакторную полость 2 топки 1 пылеуглевоздушной смеси и двухсопловым узлом с вертикально-щелевыми окнами 25, 26 для вывода газовоздушной смеси; позиции 25, 26 здесь введены вместо позиции 6 по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7; остальные обозначения - те же, что на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

При реализации способа по фиг.8, 9, 10 используется та же технология подготовки газовоздушной смеси в канале 14 горелки 4 и ее ввода в реакторную полость 2 топки 1, что и по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Особенностью способа, реализуемого по фиг.5, является двухпоточный вывод газовоздушной смеси 8 через вертикально-щелевые окна 25 и 26 амбразуры 5. При сжигании одного газа основные струи топлива 18 вводят спутно в прямоточный поток воздуха 15 в подводящем канале 14 через сопла 17 основного газовыпускного узла 16, а газовоздушную смесь 8 выводят в реакторную полость 2 топки 1 через вертикально-щелевое окно 26, примыкающее к пылевоздушному вертикально-щелевому окну 7. При совместном сжигании угольной пыли и газа последний вводят спутными струями 21 в прямоточный поток воздуха 15 в канале 14 через сопла 20 газовыпускного узла 19, а газовоздушную смесь выводят в реакторную полость 2 топки 1 через окно 25 амбразуры 5, наиболее удаленное от пылеуглевоздушного окна 7. При использовании устройства на фиг.8, 9, 10 в полном объеме сохраняются последовательность операций совместного и раздельного сжигания газа и угольной пыли, рабочие диапазоны расходов газа, дожигающего воздуха, скорости ввода топливовоздушных смесей в реакторную полость 2 топки 1, отраженные в описании работы многофункциональной горелки по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Возможна установка основного газовыпускного узла 16 со стороны газовоздушного окна 25, удаленного от пылеуглевоздушного окна 7, а дополнительного подсветочного газовыпускного узла 19 со стороны газовыпускного окна 26, примыкающего к пылевоздушному окну 7. Организация вывода пылеуглевоздушной смеси 9 и газовоздушной смеси 8 в реакторную полость топки 1 - в полном соответствии с приведенным выше описанием работы многофункциональной горелки по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Компоновка горелок 4 на стенах 3 топки 1 может быть принята как однофронтальной (на одной из стен) в один или несколько горизонтальных радов, так и встречной (на двух противоположных стенах) или тангенциальной (в углах или на четырех стенах) также в один или несколько горизонтальных рядов.

При работе горелок по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или по фиг.8, 9, 10 независимо от схемы компоновки на стенах 3 топки 1 вводимая в реакторную полость 2 топливовоздушная смесь формирует систему газовых и пылеугольных факелов, выделяющих тепло, которое поглощается циркулирующей в котловых трубах пароводяной средой. Вырабатываемые в результате тепловыделения и теплообмена перегретый пар и горячую воду направляют на турбоэлектрогенераторы для выработки электроэнергии или в теплообменники сетевой воды на отопление.

Практическое применение способа связано с котлами БКЗ-210-140Ф Челябинской ТЭЦ-2, на которых осуществлены опытное опробование и промышленная отработка многофункциональных горелок по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. В задачу отработки входило выявление режимов с пониженной активностью загрязнения стен топки, а также образования концентрации оксидов азота при сжигании смеси топлив и одного газа. Если при одновременной подаче газа и угольной пыли газовоздушную смесь 8 формировали газовыми струями 18 из подсветочных газовыпускных сопл 17, поддерживая при этом массовый расход газа (0,01-0,15)Gн и скорость газовоздушного потока 8 в амбразуре (0,4-1,5)Wп, a массовый расход воздуха на дожигание в струях 12, 13 из окон 10, 11 (0,05-0,4)Gв, то фиксировали минимальные уровни загрязнения стен топки по параметру F0загр=F0загр/Fтопки и NOx0 (где Gн - массовый расход газа, соответствующий номинальной тепловой нагрузке горелки, кг/с; Wп - скорость пылеуглевоздушного потока, м/с; Gв - общий массовый расход воздуха на горелку, кг/с; F0загр и Fтопки - площади загрязнения стен 3 топки 1 и общая площадь стен 3 топки 1, м2; NOx0 - минимально фиксируемый уровень концентрации оксидов азота в отводимых из топки 1 продуктах сгорания, кг/м3). Внутри обозначенных диапазонов параметров значения F0загр и NOx0 сохраняли минимальные значения. Но как только значения расхода газа, скорости газовоздушного потока и расхода дожигающего воздуха достигали минимального или максимального значений своих заявленных диапазонов параметры Fзагр=(1,01-1,015)F0загр и NOx=(1,01-1,02)NOx0, то есть немного (до ˜1,0%) увеличивались. При дальнейшем отклонении расхода газа, скорости газовоздушного потока и расхода дожигающего воздуха в меньшую или большую стороны от своих заявленных диапазонов на 1% и более параметры Fзагр≥1,5F0загр и NOx=1,25NOx0, то есть возрастали резко, скачкообразно. Это говорит об оптимальности заявленных расходов и скорости реагентов в режиме совместного сжигания газа и угольной пыли. При сжигании одного газа требуется регулярная минимизация выхода оксидов азота. Если газовоздушную смесь 8 формировали газовыми струями 21 из основных газовыпускных сопл 20, а массовый расход воздуха на дожигание в струях 12, 13 из окон 10, 11 поддерживали на уровне (0,05-0,4)Gв, то концентрация NOx0' - минимальна. Внутри диапазона (0,05-0,4)Gв параметр NOx0'≈const. На границах 0,05Gв и 0,4Gв параметр NOx'≈1,01NOx0'. Как только расход воздуха <0,05Gв и >0,4Gв хотя бы на 1% резко скачкообразно увеличивается выход концентрации оксидов азота NOx≥1,8NOx0'. Отсюда диапазон массового расхода дожигающего воздуха (0,05-0,4)Gв является оптимальным, выход за его границы вызывает скачкообразное нарушение качества горения.

Использование заявленной последовательности операций и оптимальных диапазонов скоростей и расходов реагентов позволило снизить загрязнение топок и выход оксидов азота в отводимых продуктах сгорания на котлах БКЗ-210-140Ф с многофункциональными горелками Челябинской ТЭЦ-2. Конструктивное переоформление газовыпускных узлов и вертикально-щелевых окон для вывода газовоздушной и пылеуглевоздушной смеси в реакторную полость топки, как показали исследования, при работе многофункциональных горелок внутри выявленных диапазонов скоростей и расходов реагентов характера и активности протекающих высокотемпературных процессов не меняет.

Способ работы многофункциональной горелки путем подготовки газовоздушной смеси в подводящем канале перед амбразурой спутным вводом в прямоточный поток воздуха газовых струй из основных и подсветочных газовыпускных сопл, подачи в реакторную полость топки через индивидуальные вертикально-щелевые окна горелочной амбразуры прямоточных спутных потоков газовоздушной и пылевоздушной смесей, над и под потоком пылевоздушной смеси дожигающих спутных потоков воздуха, отличающийся тем, что при одновременной подаче газа и угольной пыли газовоздушную смесь формируют газовыми струями из подсветочных газовыпускных сопл, поддерживая при этом массовый расход газа (0,01-0,15)Gн и скорость газовоздушного потока в амбразуре (0,4-1,5)Wп, при подаче одного газа газовоздушную смесь формируют газовыми струями из основных газовыпускных сопл, а массовый расход воздуха на дожигание во всех режимах сохраняют на уровне (0,05-0,4)Gв, где Gн - массовый расход газа, соответствующий номинальной тепловой нагрузке горелки, кг/с; Wп - скорость пылеуглевоздушной смеси, м/с; Gв - общий массовый расход воздуха на горелку, кг/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сжиганию жидкого и газообразного топлив в топках и в камерах сгорания котлов и теплоэнергетических установок. .

Изобретение относится к устройствам для производства и сжигания пылевидного и газообразного топлив. .

Изобретение относится к комбинированным газожидкостным горелочным устройствам инжекционного типа для трубчатых печей в химической, нефтехимической и нефтяной промышленности и может быть использовано в теплотехнических устройствах различного назначения других отраслей промышленности.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих газ и угольную пыль. .

Изобретение относится к цветной металлургии и химической промышленности и может быть применено при утилизации хлорсодержащих газов. .

Изобретение относится к промышленной энергетике, может быть использовано для совместного или раздельного сжигания газового и мазутного топлива и позволяет при его использовании повысить надежность работы вихревых газомазутных горелок.

Изобретение относится к форсунке для инжекции мелкодисперсного топлива. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в энергетических установках электростанций и котельных, а также в металлургической промышленности.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания любых видов топлива. .

Горелка // 2197685
Изобретение относится к области сжигания топлива, преимущественно в камерах сгорания газотурбинных установок. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих газ и распыленное твердое топливо. .

Горелка // 2306481
Изобретение относится к сжиганию углеводородов, в том числе твердых бытовых отходов. .

Горелка // 2306481
Изобретение относится к сжиганию углеводородов, в том числе твердых бытовых отходов. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топочной технике на котлах электростанций, отопительных и паросиловых установок, сжигающих газ при низком выходе в атмосферу оксидов азота.

Изобретение относится к послеуборочной обработке сельскохозяйственных продуктов и может быть использовано в сельском хозяйстве. .

Изобретение относится к способу сжигания топлива и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтехимической, химической, коксохимической и в других отраслях промышленности и энергетике для уменьшения выбросов окислов азота из горелочных устройств при сжигании углеводородных газов, а также для создания контролируемых защитных атмосфер.
Изобретение относится к области нефтегазовой, нефтехимической и других отраслей промышленности и может быть использовано с целью повышения надежности розжига газовых горелок факельных устройств и снижения энергозатрат при термической утилизации токсичных продуктов производства.

Изобретение относится к области очистки газовых выбросов от вредных веществ, образующихся при сжигании природного газа в промышленных котлах. .

Изобретение относится к энерго/ресурсосберегающим технологиям в металлургии и может быть использовано для малоокислительного и безокислительного нагрева металла в нагревательных и термических печах
Наверх