Горелка со средством изменения направления потока топлива
Изобретение относится к горелке для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в зону горения печи, такой как ротационная печь для производства цементного шлака или подобная ей печь. Горелка содержит по существу концентрические трубопроводы (1, 2, 3), параллельные главной оси (Ва) горелки и предназначенные для переноса топлива и первичного воздуха к сопловым отверстиям, и дополнительные трубопроводы (4, 6, 7, 8), предназначенные для переноса твердого, жидкого или газообразного топлива к отдельным сопловым отверстиям и расположенные в центральной части горелки (10), отличающаяся тем, что она содержит средство (4а) изменения направления потока топлива, вводимого через по меньшей мере один из указанных дополнительных трубопроводов, расположенных в центральной части (10) горелки, относительно главной оси Ва горелки по меньшей мере частично в восходящем направлении. Средство изменения направления потока топлива, вводимого через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов, расположенных в центральной части горелки, содержит впускной трубопровод (4а), который расположен на выпускном конце указанного трубопровода и непосредственно отходит от него, при этом его центральная линия образует угол с главной осью (Ва) горелки. Впускной трубопровод (4а) выполнен так, что он направлен вверх относительно главной оси (Ва) горелки под углом между 1° и 25°, предпочтительно между 5° и 15°, а наиболее предпочтительно между 7° и 10°. Изобретение позволяет поддерживать альтернативное топливо в пламени в течение более длительного промежутка времени. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к горелке для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в горящую зону печи, такой как ротационная печь для производства цементного шлака или подобной ей, причем указанная горелка содержит несколько по существу концентрических трубопроводов, которые параллельны главной оси горелки, для подачи топлива и первичного воздуха к сопловым отверстиям и несколько дополнительных трубопроводов для подачи твердого, жидкого или газообразного топлива к отдельным сопловым отверстиям, при этом указанные дополнительные трубопроводы расположены в центральной части горелки.
Горелки вышеупомянутого вида известны, например, из европейских патентных документов №965019 и №967434. Эти известные горелки содержат в своей центральной части один или несколько трубопроводов для подачи топлива, причем указанные трубопроводы окружены кольцевыми концентрическими каналами для введения первичного воздуха. Эти расположенные в центре каналы часто используются для введения альтернативного топлива, такого как твердое топливо, включающее, например, пластмассы, бумагу, каучук и щепу, или жидкое топливо, такое как, например, нефть, или смесь твердого и/или жидкого топлива.
Когда, например, твердое топливо вводится через топливный трубопровод в пламя в ротационной печи для производства цемента, важно гарантировать, что отдельные частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии максимально долго, чтобы обеспечить полное сгорание большинства частиц прежде, чем они попадут в завалку. Однако редко можно достигнуть полного сгорания самых больших топливных частиц, которые попадают в завалку, с продолжением процесса сгорания в этом месте. В таких случаях было бы предпочтительно, чтобы эти частицы прошли как можно дальше в печь, чтобы обеспечить их полное сгорание до выгрузки материала из печи, при условии, что материал всегда транспортируется в направлении, которое является противоположным направлению, в котором вводится топливо, как это имеет место в типичной ротационной печи для производства цемента. Если дело обстоит не так, то несожженные частицы могут вызвать повреждение завалки в ротационной печи. Весьма часто твердые альтернативные топлива имеют частицы, сильно различающиеся по размерам, и, как правило, они менее мелко раздроблены, чем твердое ископаемое топливо. Кроме того, дробление альтернативных топлив может быть относительно сложным и дорогостоящим процессом. Поэтому большое количество горелок выполнено таким образом, что небольшое количество первичного воздуха вводится через кольцевые концентрические трубопроводы, окружающие отдельные трубопроводы для альтернативного топлива. Такая конструкция позволяет даже относительно большим частицам оставаться взвешенными, пока не достигнуто полное сгорание. В европейском патентном документе №967434 дано описание отдельных кольцевых трубопроводов для первичного воздуха, которые расположены концентрически вокруг трубопроводов для твердого топлива. Такая конструкция позволяет увеличить время, в течение которого топливные частицы могут поддерживаться во взвешенном состоянии, приводя таким образом к улучшенной эффективности сгорания. В этой заявке на патент также было предложено, чтобы первичный воздух вводился уже в состоянии вращения, что привело бы к тому, что частицы топлива рассеивались еще дальше наружу в площади поперечного сечения пламени, улучшая таким образом эффективность сгорания. Однако недостатки могут быть связаны с введением воздуха, который находится в состоянии вращения, так как это может привести к тому, что большие частицы могут быть выброшены полностью наружу в пламя прежде, чем достигнуто полное сгорание этих частиц. Это может повлечь за собой риск проскакивания частиц топлива с сопутствующим риском ухудшения качества материала в печи. Кроме того, существует общая особенность известных горелок, заключающаяся в том, что топливо вводится в печь в направлении потока, которое по существу параллельно главной оси горелки. В этом контексте выражение «направление потока» применяется, чтобы обозначать описанное направление, усредненное по частицам топлива в потоке топлива. В случаях, когда топливо вводится в состояние вращения, направление потока топлива совпадает таким образом приблизительно с линией симметрии для топливного потока.
Целью настоящего изобретения является создание горелки, посредством которой альтернативное топливо может поддерживаться в пламени в течение более длительного промежутка времени, в то же время без каких-либо вышеупомянутых недостатков.
В соответствии с изобретением это достигается способом, упомянутым в вводной части описания и отличающимся тем, что горелка содержит средство изменения направления потока топлива, которое вводится через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов в центральной части горелки, относительно главной оси горелки, по меньшей мере частично в восходящем направлении.
Следовательно, отдельные частицы топлива могут перемещаться по криволинейной, приблизительно, баллистической траектории, продлевая тем самым промежуток времени, который они могут поддерживать в пламени. Другое преимущество этой конструкции горелки состоит в том, что большие частицы следуют по самой высокой и, следовательно, самой длинной траектории, поскольку траектория меньших частиц будет в большей степени, чем это имеет место для больших частиц, отклонена первичным воздухом, который вводится через внешнее кольцевое первичное воздушное сопло, параллельное главной оси горелки. Следовательно, становится возможным достигать более однородного сгорания всех частиц независимо от их размера. Становится возможным изменять траекторию частиц, изменяя скорость или направление введения частиц.
В принципе, средство изменения направления потока топлива может быть выполнено из любых подходящих средств.
В одном варианте выполнения изобретения средство изменения направления потока топлива, которое вводится через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов в центральной части горелки, содержит впускной трубопровод, который расположен в месте выхода указанного трубопровода, отходя непосредственно от него, при этом центральная линия образует угол относительно главной оси горелки. Впускной трубопровод предпочтительно расположен так, что он направлен вверх относительно главной оси горелки под углом между 1° и 25°, предпочтительно между 5° и 15°, а наиболее предпочтительно между 7° и 10°. Также предпочтительно, самая нижняя точка выхода впускного трубопровода расположена на уровне выше верхней части труб указанного трубопровода. Впускной трубопровод может, в специальном варианте выполнения, иметь овальное поперечное сечение или, в другом случае, может быть выполнен так, чтобы отношение высоты к ширине было меньше, чем 1. При таком выполнении скорость введения может быть изменена либо путем изменения площади поперечного сечения впускного трубопровода, либо путем изменения скорости потока воздуха, который вводится одновременно с топливом.
Во втором варианте выполнения изобретения топливо вводится параллельно главной оси горелки. В этом варианте выполнения изобретения средство изменения направления потока топлива, которое вводится через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов в центральной части горелки, содержит воздуховод, выход которого расположен непосредственно в рассматриваемом трубопроводе или по меньшей мере частично окружает его таким образом, что центр тяжести поперечного сечения выхода воздуховода смещен относительно центра тяжести поперечного сечения выхода указанного трубопровода. В этом варианте выполнения в соответствии с изобретением изменение в направлении потока топлива осуществляется в соответствии со способом, согласно которому поперечное сечение выхода или, другими словами, площадь проточной части выхода воздуховода неравномерно распределена по выходу указанного топливного трубопровода, что влечет за собой также неравномерность распределения количества воздуха, протекающего через выход воздуховода, по окружности указанного выхода топливного трубопровода. Так как самое большое количество движения воздуха происходит в области или областях выхода воздуховода, где наблюдается самая высокая скорость прохождения воздуха, поток воздуха в этой области или в этих областях будет физически влиять на топливо так, что направление его потока изменяется в направлении к этой области или этим областям. Этот второй вариант выполнения изобретения может быть объединен с вышеупомянутым первым вариантом выполнения.
В третьем варианте выполнения изобретения топливо также вводится параллельно главной оси горелки. В этом третьем варианте выполнения изобретения средство изменения направления потока топлива, которое вводится через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов в центральной части горелки, содержит отдельный воздуховод, выход которого расположен непосредственно в указанном трубопроводе или по меньшей мере частично окружает его, и образует угол относительно главной оси горелки. В этом варианте выполнения направление потока топлива изменяется в соответствии со способом, посредством которого воздух, вводимый через отдельный воздуховод, вынуждает топливо проходить в другом направлении, определяемом как функция угла, образованного воздуховодом относительно главной оси горелки. Предпочтительно воздуховод установлен так, что он направлен вверх относительно главной оси горелки под углом между 8° и 80°, предпочтительно между 35° и 60°. В этом варианте выполнения направление и скорость введения изменяется путем изменения скорости потока воздуха. Этот третий вариант выполнения изобретения может быть объединен с одним или с обоими вариантами выполнения, описанными выше.
Трубопровод 4a, 4 может иметь выходное поперечное сечение, плоскость которого образует угол, который отличается от 90° относительно центральной линии, проходящей через трубопровод. Такая конструкция может быть использована для создания изменения в направлении потока топлива исключительно сама по себе или в комбинации с вышеупомянутыми вариантами выполнения.
Изобретение ниже описано более подробно со ссылкой на чертежи, которые выполнены схематическими и на которых
Фиг.1 изображает первый вариант выполнения горелки в соответствии с изобретением,
Фиг.2 изображает второй вариант выполнения горелки в соответствии с изобретением, и
Фиг.3 изображает третий вариант выполнения горелки в соответствии с изобретением.
Фиг.1-3 изображают в соответствии с изобретением виды спереди, а также разрезы трех различных вариантов выполнения горелки, при этом все они содержат два по существу концентрических трубопровода 1 и 2 для переноса первичного воздуха, которые параллельны главной оси Ba, и вместе с ними концентрический трубопровод 3 для пневматического перемещения угольной пыли и центральную часть 10, которая содержит трубопровод 4 для переноса твердого альтернативного топлива и дополнительные трубопроводы или трубы 6, 7 и 8 соответственно для горелки зажигания газа, масляной горелки и газовой горелки. Горелки, показанные на Фиг.2 и 3, также содержат воздуховод 5, который окружает трубопровод 4.
В соответствии с первым вариантом выполнения изобретения, который показан на Фиг.1, горелка содержит впускной трубопровод 4а, который установлен отходящим от трубопровода 4 для переноса твердого альтернативного топлива. Трубопровод 4a выполнен так, что он направлен вверх относительно главной оси горелки под углом α, равным приблизительно 8°, относительно ее центральной линии. Как упомянуто выше, скорость введения топлива может быть изменена путем изменения площади поперечного сечения трубопровода 4a или путем изменения скорости потока воздуха, который вводится одновременно с топливом.
В соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения, который изображен на Фиг.2, горелка содержит, как упомянуто выше, воздуховод 5, выход которого расположен так, что он окружает трубопровод 4 для переноса твердого альтернативного топлива. В этом варианте выполнения воздуховод 5 выполнен так, что центр тяжести поперечного сечения выхода воздуховода 5 смещен вверх относительно центра тяжести поперечного сечения выхода трубопровода 4. Следовательно, наибольшее количество воздуха будет протекать через верхнюю часть воздуховода 5, воздействуя таким образом на поток топлива в восходящем направлении, следовательно, изменяя направление потока топлива в восходящем направлении. Это происходит потому, что количество движения воздуха в показанном варианте выполнения будет самым большим в верхней области выхода воздуховода 5. Как упомянуто в вводной части описания, этот второй вариант выполнения изобретения может быть объединен с первым вариантом выполнения, описанным выше, хотя это и не показано на чертеже.
В соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения, который изображен на Фиг.3, горелка содержит, как упомянуто выше, воздуховод 5, выход которого расположен так, что он окружает трубопровод 4 для переноса твердого альтернативного топлива. В показанном варианте выполнения воздуховод 5 выполнен так, что он направлен вверх, образуя угол β, равный приблизительно 65°, относительно главной оси горелки. Это приводит к тому, что направление потока топлива изменяется в восходящем направлении вследствие того, что поток воздуха, вводимый через воздуховод 5, заставляет топливо перемещаться в восходящем направлении. Как упомянуто выше, направление и скорость введения могут быть изменены путем изменения скорости потока воздуха. Этот третий вариант выполнения изобретения может, как упомянуто выше, быть объединен с одним или с обоими из вышеупомянутых вариантов выполнения.
1. Горелка для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в зону горения печи, например ротационной печи для производства цементного шлака или подобной ей печи, содержащая по существу концентрические трубопроводы (1, 2, 3), параллельные главной оси (Ва) горелки и предназначенные для переноса топлива и первичного воздуха к сопловым отверстиям, и дополнительные трубопроводы (4, 6, 7, 8), предназначенные для переноса твердого, жидкого или газообразного топлива к отдельным сопловым отверстиям и расположенные в центральной части горелки (10), отличающаяся тем, что она содержит средство (4а, 5) изменения направления потока топлива, вводимого через по меньшей мере один из указанных дополнительных трубопроводов, расположенных в центральной части (10) горелки, относительно главной оси Ва горелки по меньшей мере частично в восходящем направлении.
2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что средство изменения направления потока топлива, вводимого через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов, расположенных в центральной части горелки, содержит впускной трубопровод (4а), который расположен на выпускном конце указанного трубопровода и непосредственно отходит от него, при этом его центральная линия образует угол с главной осью (Ва) горелки.
3. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что впускной трубопровод (4а) выполнен так, что он направлен вверх относительно главной оси (Ва) горелки под углом между 1 и 25°, предпочтительно между 5 и 15°, а наиболее предпочтительно между 7 и 10°.
4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что средство изменения направления потока топлива, вводимого через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов, расположенных в центральной части горелки, содержит воздуховод (5), выход которого расположен непосредственно в указанном трубопроводе или по меньшей мере частично окружает его таким образом, что центр тяжести поперечного сечения выхода воздуховода (5) смещен относительно центра тяжести поперечного сечения выхода указанного трубопровода.
5. Горелка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что указанное средство дополнительно содержит воздуховод (5), выход которого расположен непосредственно в трубопроводе (4а) или по меньшей мере частично окружает этот трубопровод таким образом, что центр тяжести поперечного сечения выхода воздуховода (5) смещен относительно центра тяжести поперечного сечения выхода трубопровода (4а).
6. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что средство изменения направления потока топлива, вводимого через по меньшей мере один из дополнительных трубопроводов, расположенных в центральной части горелки, содержит отдельный воздуховод (5), выход которого находится непосредственно в указанном трубопроводе или по меньшей мере частично его окружает и при этом образует угол с главной осью (Ва) горелки.
7. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что воздуховод (5) выполнен так, что он направлен вверх относительно главной оси горелки под углом между 8 и 80°, предпочтительно между 35 и 60°.
8. Горелка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что указанное средство дополнительно содержит отдельный воздуховод (5), выход которого находится непосредственно в указанном трубопроводе или по меньшей мере частично его окружает и при этом образует угол с главной осью (Ва) горелки.
9. Горелка по п.8, отличающаяся тем, что воздуховод (5) расположен так, что он направлен вверх относительно главной оси горелки под углом между 8 и 80°, предпочтительно между 35 и 60°.
10. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что воздуховод (5), выход которого расположен непосредственно в трубопроводе (4а) или по меньшей мере частично окружает этот трубопровод, образует угол с главной осью (Ва) горелки.
