Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива

Авторы патента:

F23D1/02 - вихревые горелки, например для сжигания топлива в устройствах циклонного типа

Владельцы патента RU 2565737:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" (RU)

Изобретение относится к энергетике. Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива, содержащее патрубок подвода первичного воздуха, камеру сгорания, патрубок подвода вторичного воздуха, отверстия для подвода вторичного воздуха, перегородку, дополнительно содержит форсунку подачи топливной пыли, электрический нагреватель, камеру смешения пылевидного топлива с окислителем и конфузорно-диффузорный переход, причем отверстия для подвода вторичного воздуха выполнены на входе в цилиндрический участок камеры сгорания, головная часть камеры сгорания совместно с форсункой подачи топливной пыли и участком смешения пылевидного топлива с окислителем представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа, электрический нагреватель выполнен в виде цилиндрического стержня и установлен осесимметрично внутри форсунки подачи топливной пыли, конфузорно-диффузорный переход выполнен перед цилиндрическим участком камеры сгорания. Изобретение позволяет снизить гидравлические потери в головной части камеры сгорания, повысить качество смешения топлива с окислителем, увеличить полноту сгорания твердого топлива в устройстве. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам сжигания твердого топлива (торф, уголь, сланцы и др.) в виде пыли и предназначено для использования в топках парогенераторов, котельных агрегатов и других энергетических устройств с целью производства тепловой энергии.

Известна пылеугольная горелка (патент RU №2294486, F23D 1/00, 27.02.2007 г.), включающая камеру поджига с тангенциальным вводом пылевоздушной смеси и устройством поджига, смесительную камеру с коаксиальными каналами и тангенциальным вводом вторичного воздуха и угольного топлива и завихритель с турбулизатором потока, выполненным в виде цилиндрической шайбы с диаметром отверстия, меньшим диаметров каналов камеры поджига и смесительной камеры.

Недостатком изобретения является низкая полнота сгорания топлива и существенные гидравлические потери в рабочем тракте устройства.

Известна пылеугольная горелка (патент RU №2270400, F23D 1/00, 20.02.2006), содержащая канал для транспортирования пыли, а также канал для транспортирующего материала, который снабжен эжектором. В горелке дополнительно изготовлен эжектор, выполненный в виде двух конусных втулок, встроенных одна в другую с зазором для подачи воздуха и закрепленных в трубе. В трубе выполнено отверстие для прохода угольной пыли, а на выходе транспортирующего материала с угольной пылью выполнено сопло. В сопле размещено закручивающее поток устройство, изготовленное в виде конуса с закрепленными на нем витками спирали.

Недостатком изобретения является низкое качество смешения топливной пыли с окислителем, низкая полнота сгорания топлива, малый диапазон эжекции топливной пыли, низкая эффективность охлаждения корпуса горелки.

Наиболее близкой по технологической сущности является инфракрасная газовая горелка (патент RU №2413131, F23D 14/12, 27.02.2011), содержащая камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания.

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности подвода и воспламенения твердого топлива в устройстве, существенные гидравлические потери в головной части камеры сгорания, недостаточно высокое качество смешения топлива с окислителем, низкая полнота сгорания твердого топлива в устройстве.

Технический результат - возможность подвода твердого топлива в устройстве и его воспламенение, снижение гидравлических потерь в головной части камеры сгорания, повышение качества смешения топлива с окислителем, увеличение полноты сгорания твердого топлива в устройстве.

Технический результат достигается тем, что вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива, содержащее патрубок подвода первичного воздуха, камеру сгорания, патрубок подвода вторичного воздуха, отверстия для подвода вторичного воздуха, перегородку, дополнительно содержит форсунку подачи топливной пыли, электрический нагреватель, камеру смешения пылевидного топлива с окислителем и конфузорно-диффузорный переход, причем отверстия для подвода вторичного воздуха выполнены на входе в цилиндрический участок камеры сгорания, а электрический нагреватель выполнен в виде цилиндрического стержня и установлен осесимметрично внутри форсунки подачи топливной пыли. Головная часть камеры сгорания совместно с форсункой подачи топливной пыли и участком смешения пылевидного топлива с окислителем представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа.

Увеличение полноты сгорания твердого топлива в устройстве достигается за счет конфузорно-диффузорного перехода и отверстий подачи вторичного воздуха, выполненных перед цилиндрическим участком камеры сгорания. Внутренняя полость основной части камеры сгорания имеет торовидную форму, образованную вращением сферического профиля по оси горелочного устройства.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива содержит головную часть камеры сгорания 1 тангенциально к которой присоединен патрубок подвода первичного воздуха 2. Внутрь головной части камеры сгорания 1 осесимметрично установлено устройство закрутки потока 3, а с торцевой части через резьбовое соединение в головной части камеры сгорания 1 закреплена форсунка подачи топливной пыли 4. С противоположной стороны к головной части камеры сгорания 1 прикреплена перегородка 5, за которой расположена камера смешения пылевидного топлива с окислителем 6 и основная часть камеры сгорания 7. Основная часть камеры сгорания 7 содержит три характерных участка: диффузорный 8, конфузорный 9 и цилиндрический 10. От конфузорного участка камеры сгорания 9 выполнен конфузорно-диффузорный переход 11 к цилиндрическому участку камеры сгорания 10. К диффузорной части конфузорно-диффузорного перехода 11 плотно прижато закручивающее поток устройство 12, которое одновременно формирует проточную область цилиндрического участка камеры сгорания 10. Закручивающее устройство 12 расположено внутри втулки 13 с патрубком подвода вторичного воздуха 14 для подачи в полость 15 сжатого до некоторого избыточного давления воздуха. Закручивающее устройство 12 и втулка 13 прижимаются выхлопным фланцем 16 к основной части горелки болтовыми соединениями 17. Для воспламенения топливовоздушной смеси внутри форсунки подачи топливной пыли 4 осесимметрично установлен электрический нагреватель 18, а в основной части камеры сгорания 7 расположен воспламенитель 19.

Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива работает следующим образом.

В полость головной части камеры сгорания 1 через патрубок подвода первичного воздуха 2 подается сжатый до некоторого избыточного давления воздух, который при прохождении через устройство закрутки потока 3 приобретает окружную составляющую скорости и за счет центробежных сил создает радиальный градиент давления. При этом в осевой области проточной части камеры смешения пылевидного топлива с окислителем 6 формируется зона пониженного давления, куда через форсунку подачи топливной пыли 4 подсасывается подводимое под небольшим напором пылевидное топливо. Внутри форсунки подачи топливной пыли 4 осесимметрично установлен электрический нагреватель 18 в виде цилиндрического стержня, так что проточная часть форсунки подачи топливной пыли 4 представляет собой кольцевой канал. Такой способ подачи повышает интенсивность перемешивания топливной пыли с окислителем и увеличивает полноту сгорания топлива.

Количество подводимого первичного воздуха выбирают таким образом, чтобы после смешения с топливной пылью получить «богатую» топливо-воздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха α<0,9.

Головная часть камеры сгорания 1 совместно с камерой смешения пылевидного топлива с окислителем 6 и форсункой подачи топливной пыли 4 представляют собой вихревой эжектор прямоточного типа, задачей которого является снижение гидравлического сопротивления при подводе топливной пыли и ее перемешивание с окислителем. В результате протекания потока через камеру смешения пылевидного топлива с окислителем 6 концентрации топлива и окислителя равномерно распределяются по сечению проточной части устройства. Перемешанная топливовоздушная смесь попадает в основную часть камеры сгорания 7. Основная часть камеры сгорания 7, состоящая из диффузорного 8 и конфузорного 9 участков имеет торовидную форму, образованную вращением сферического профиля по оси горелочного устройства. Это обеспечивает в основной части камеры сгорания 7 формирование крупномасштабных вихревых структур, повышающих интенсивность массообменных процессов с организацией температурной стратификации по радиусу камеры сгорания. В результате расширения потока в диффузорной части камеры сгорания 8 кинетическая энергия движущейся среды переходит в потенциальную энергию давления, скорость движения потока падает, а время пребывания топливовоздушной смеси в основной области горения увеличивается. Конфузорно-диффузорный переход 11, выполненный перед цилиндрическим участком 10 основной части камеры сгорания 7, дополнительно способствует образованию устойчивого вихря в зоне горения и обеспечивает высокую полноту выгорания твердого топлива.

Подвод воздуха в цилиндрический участок 10 основной части камеры сгорания 7 осуществляется через патрубок подвода вторичного воздуха 14, который, тангенциально поступая в полость 15 через закручивающее устройство 11, подмешивается к основному потоку. Количество подводимого вторичного воздуха выбирают таким образом, чтобы организовать область «бедного» горения в цилиндрическом участке 10 основной части камеры сгорания 7 с достижением суммарного коэффициента избытка воздуха α>1. Реализация схемы «богато-бедного» горения за счет распределенного подвода воздуха позволяет снизить эмиссионные выбросы в отходящих газах.

После цилиндрического участка 10 основной части камеры сгорания 7 высокотемпературный поток газов выводится из устройства через выхлопной фланец 16 потребителю, например в огневое пространство котла.

Воспламенение топливной пыли в устройстве происходит следующим образом.

Перед подачей топливной пыли в устройство включают электрический нагреватель 18, температура на поверхности которого в рабочем режиме находится в диапазоне 600-700°C. При протекании вдоль электрического нагревателя 18 пылевидное топливо прогревается и выделяет летучие газообразные продукты без их воспламенения. После перемешивания частиц твердого топлива и летучих продуктов с первичным потоком воздуха в камере смешения топлива с окислителем 6 газообразные летучие продукты зажигаются от воспламенителя 19. Выделяемое при этом тепло прогревает свежую топливовоздушную смесь и создает условия для ее самовоспламенения в основной части камеры сгорания 7. После того, как топливо воспламенилось, электрический нагреватель 18 отключают.

1. Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива, содержащее патрубок подвода первичного воздуха, камеру сгорания, патрубок подвода вторичного воздуха, отверстия для подвода вторичного воздуха, перегородку, отличающееся тем, что дополнительно содержит форсунку подачи топливной пыли, электрический нагреватель, камеру смешения пылевидного топлива с окислителем и конфузорно-диффузорный переход, причем отверстия для подвода вторичного воздуха выполнены на входе в цилиндрический участок камеры сгорания, а электрический нагреватель выполнен в виде цилиндрического стержня и установлен осесимметрично внутри форсунки подачи топливной пыли.

2. Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива по п. 1, отличающееся тем, что головная часть камеры сгорания совместно с форсункой подачи топливной пыли и участком смешения пылевидного топлива с окислителем представляет собой вихревой эжектор прямоточного типа.

3. Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива по п. 1, отличающееся тем, что конфузорно-диффузорный переход выполнен перед цилиндрическим участком камеры сгорания.

4. Вихревое горелочное устройство сжигания твердого пылевидного топлива по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость основной части камеры сгорания имеет торовидную форму, образованную вращением сферического профиля по оси горелочного устройства.

Похожие патенты:

Горелочное устройство // 2564465

Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях для безмазутной растопки котлов. Горелочное устройство содержит трубу с горелочным насадком, установленные горизонтально, на входной вертикальной стенке которой размещены под острым углом к стенке тангенциальные патрубки подачи высоконапорного воздуха и аксиальное сопло подачи пыли высокой концентрации, а также обечайку и электронагреватели, установленные между трубой и обечайкой.

Способ подготовки и сжигания угольного топлива при растопке пылеугольного котла (варианты) // 2548706

Группа изобретений относится к теплоэнергетике и касается технологии получения, транспортировки, раздельного и совместного сжигания механоактивированного угля микропомола и угля штатной системы пылеприготовления в вихревой растопочной горелке при растопке пылеугольного котла и стабилизации горения с целью замещения дорогостоящего мазута или природного газа.

Горелка для пылевидного и/или имеющего форму частиц топлива с переменным завихрением // 2546343

Изобретение относится к области энергетики. Горелка для пылевидного или в форме частиц топлива, с проточным каналом для транспортировки, по меньшей мере одного газового потока, в камеру горения, причем проточный канал имеет кольцеобразное поперечное сечение и устройство для завихрения, придающее завихрение газовому потоку в окружном направлении.

Плазменная пылеугольная горелка // 2543648

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения факела (подсветки), для воспламенения мелкодисперсного твердого топлива с предварительной электротермохимической подготовкой (ЭТХП).

Пылеугольный концентратор и пылеугольная горелка, содержащая этот концентратор // 2490544

Изобретение относится к области энергетики, в частности к пылеугольному концентратору. .

Растопочная угольная горелка // 2466331

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и печном хозяйстве предприятий при сжигании распыленного водоугольного топлива или пылевоздушной смеси.

Способ сжигания угля микропомола и угля обычного помола в пылеугольной горелке и устройство для его реализации // 2460941

Изобретение относится к области теплоэнергетики - способу и устройству для сжигания угля микропомола и угля обычного помола в пылеугольной горелке. .

Вихревая пылеугольная горелка // 2426029

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано при организации сжигания угольной пыли в топках котлов, камер сгорания и печах и обеспечивает уменьшение образования оксидов азота и стабильное воспламенение и горение угольной пыли в широком диапазоне нагрузок при сжигании низкокачественного угольного топлива.

Схема безмазутной растопки котла // 2340833

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для растопки котлов. .

Схема безмазутной растопки котла // 2200905

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для растопки котла. .

Горелка для топлива в форме частиц // 2587020

Изобретение относится к области энергетики. Горелка (1) для топлива в форме частиц, в частности из биомассы, с первичной трубой (3) и расположенной в первичной трубе (3) центральной трубой (2), причем первичная труба (3) и центральная труба (2) образуют зазор (4) для обеспечения направления потока из топлива в форме частиц и газообразного средства для горения от конца со стороны входа к отверстию первичной трубы (3) со стороны выхода, центральная труба (2), в продольном направлении горелки (1), заканчивается перед первичной трубой (3), при этом предусмотрено по меньшей мере одно устройство для центрирования потока внутри первичной трубы (3) в области конца первичной трубы (3) со стороны выхода. Осевое расстояние между концами со стороны выхода центральной трубы (2) и первичной трубы (3) в продольном направлении первичной трубы (3) составляет по меньшей мере 50%, преимущественно по меньшей мере 75%, в частности по меньшей мере 100%, средней ширины зазора (4) первичной трубы. Центральная труба (2) выполнена сужающейся по направлению к своему концу со стороны выхода. На конце со стороны выхода центральной трубы (2) в зазоре (4) первичной трубы предусмотрено отклоняющее устройство для отклонения внутрь близкой к центральной трубе части идущего в зазоре (4) первичной трубы потока. Технический результат - снижение NOX. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ сжигания угля, подвергнутого механической и плазменной обработке // 2631959

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в любой энергетической установке по переработке угля в другие виды топлива. Способ сжигания угля, подвергнутого механической и плазменной обработке, включает механическую активацию, воспламенение и сжигание, уголь предварительно дробят и разделяют на мелкодисперсную и крупнодисперсную фракции, из которых мелкодисперсную фракцию угля подвергают механической активации и доводке тонины до размера частиц зерна 40 мкм и менее, затем полученный уголь микропомола вводят тангенциально за счет инжекции в первую газификационную ступень и воспламеняют с помощью стартового плазмотрона, причем ввод осуществляют в направлении, противоположном направлению тангенциального впрыска плазменной струи из стартового плазмотрона, крупнодисперсную фракцию угля, воздушный поток и продукты сгорания угля микропомола из первой газификационной ступени одновременно вводят во вторую газификационную ступень по касательной к ее продольной оси и в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси второй газификационной ступени, пылеугольную смесь воспламеняют с помощью продуктов сгорания угля микропомола, используя теплоту сгорания угля микропомола, при этом эффективность процесса газификации и сжигания пылеугольной смеси во второй газификационной ступени обеспечивают за счет импульсного включения дополнительного управляющего плазмотрона, причем впрыск плазменной струи из дополнительного управляющего плазмотрона осуществляют вдоль оси второй газификационной ступени, перпендикулярно плоскости ввода пылеугольной смеси и в направлении, совпадающем с направлением осевого перемещения продуктов сгорания пылеугольной смеси внутри второй газификационной ступени. Изобретение позволяет повысить технико-экономические показатели процесса сжигания угольного топлива за счет предварительной механической и плазменной обработки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Двухступенчатая вихревая горелка // 2635178

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может найти применение в любой отрасли промышленности, связанной со сжиганием угольного топлива в вихревых топках. Двухступенчатая вихревая горелка содержит камеру с тангенциальными патрубками подвода окислителя и центральной подачей пропана через газовое запальное устройство, камеру с тангенциальными патрубками подвода угольной пылевоздушной смеси, сопло, на выходе из которого реализуется закрученное течение. Вихревая горелка включает последовательно и соосно установленные три осесимметричные камеры: камеру первой ступени, камеру второй ступени и камеру сгорания, при этом камеры первой и второй ступеней соединены при помощи установленного соосно с камерами профилированного сопла, диаметр которого определяют в зависимости от соотношения мощностей первой и второй ступеней вихревой горелки с учетом параметра крутки, тангенциальные патрубки подачи пылеугольного топлива в камеру второй ступени, установленные противоположно и зеркально относительно друг друга, расположены зеркально тангенциальным патрубкам подачи окислителя в камеру первой ступени. Технический результат - создание двухступенчатой горелки с оптимизированной конструкцией, позволяющей обеспечить более эффективное и безопасное сжигание угольного топлива. 13 ил.

Вихревая пылеугольная горелка // 2646164

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при организации сжигания угольной пыли в топках котлов, камер сгорания и печах. Вихревая пылеугольная горелка содержит центральный канал 2 для размещения растопочного устройства, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: растопочного воздуха 3, по меньшей мере один кольцевой канал 4 подачи аэросмеси и два кольцевых канала вторичного воздуха - внутренний 6 и внешний 7, а в выходной части канала 4 аэросмеси установлены рассекатели потока 11, имеющие форму секторных участков утолщения внешней обечайки канала 4 аэросмеси с односторонним косым срезом входной части и расположенные равномерно по окружности канала 4 аэросмеси, в кольцевых каналах вторичного воздуха установлены лопаточные завихрители воздуха 14 и 15. Новым, согласно изобретению, является расположение рассекателей потока 11 на внешней обечайке кольцевого канала 4 аэросмеси, причем высота Н кольцевого канала аэросмеси 4 и высота h рассекателей потока 11 имеет соотношение: а перед рассекателями потока 11 в кольцевом канале 4 аэросмеси расположен лопаточный завихритель 12, причем направление односторонних косых срезов входных участков рассекателей потока 11 совпадает с направлением крутки лопаток завихрителя 12, направление крутки лопаточных завихрителей 14 и 15 воздуха, установленных в кольцевых каналах 6 и 7 вторичного воздуха, совпадает с направлением крутки в кольцевом канале 4 аэросмеси. Изобретение позволяет снизить эмиссию оксидов азота NOx (повышение экологических характеристик котельной установки) при сохранении экономичного выгорания топлива (низкого уровня механического недожога), а также уменьшить абразивный износ рассекателей потока в выходной части канала подачи аэросмеси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Противоточное вихревое горелочное устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива // 2647356

Изобретение относится к устройствам сжигания твердого пылевидного топлива и может быть использовано в процессах различного технологического назначения в энергетике, ЖКХ, металлургии, в паровых котлах, сушильных установках и т.д. Противоточное вихревое горелочное устройство для сжигания твердого пылевидного топлива содержит камеру сгорания, состоящую из диффузорного и конфузорного участков, закручивающее поток устройство, патрубок подвода вторичного воздуха, форсунку подачи топливной пыли и воспламенитель, дополнительно содержит камеру смесеподготовки и выходной диффузор, причем камера смесеподготовки состоит из патрубка подачи топливно-воздушной смеси, тангенциального соплового ввода, корпуса и крышки и соединена с форсункой подачи топливной пыли, установленной на оси конфузорного участка камеры сгорания. Выходной диффузор установлен напротив форсунки подачи топливной пыли соосно с ней, а также с закручивающим поток устройством и расположен радиально внутри него. Технический результат - снижение гидравлических потерь в форсунке подачи топливной пыли и камере сгорания, увеличение полноты сгорания, повышение качества смешения топлива и воздуха, расширение рабочего диапазона по коэффициенту избытка воздуха. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.