Способ ступенчатого сжигания пылеугольного топлива и устройство для реализации способа

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига котла из холодного состояния без использования другого высокореакционного топлива, а также для обеспечения высокой тепловой мощности горелочных устройств. Способ ступенчатого сжигания топливовоздушной угольной смеси заключается в том, что внутри горелки создают электрический разряд в зоне воспламенения факела, подают угольную пыль и воздух в зону воспламенения факела, воздействуют диффузным электрическим разрядом на зону образования пламени факела и осуществляют сжигание топлива. Процесс сжигания топлива осуществляют ступенчато, путем разделения подачи угольной пыли на два потока - первичный поток на первой ступени и вторичный поток на второй ступени с возможностью их независимого регулирования, путем разделения подачи воздуха на два потока - первичный поток на первой ступени и вторичный поток на второй ступени с возможностью их независимого регулирования, с воспламенением и сжиганием первичного потока угольной пыли в топливной смеси в соотношении первичного потока воздуха и первичного потока угольной пыли, близкого к стехиометрическому, с последующим перемешиванием полученных от реакции горения на первой ступени дымовых газов со вторичным потоком угольной пыли и вторичным потоком воздуха, в условиях существенного дефицита кислорода воздуха на второй ступени, с поддержанием концентрации кислорода в обновленной топливной смеси в объеме, необходимом только для поддержания температуры топливной смеси второй ступени на уровне начала выхода летучих компонентов и газификации угольной пыли, с последующим направлением этой газифицированной топливной смеси в топку для окончательного сжигания за счет перемешивания ее с третичным объемом воздуха в топке. Изобретение позволяет сжигать пылеугольное топливо с безопасным уровнем механического уноса из холодного состояния котла без использования других высокореакционных топлив, а также обеспечить высокие тепловые мощности горелки при выходе на рабочий режим без перегрева элементов конструкции горелки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига котла из холодного состояния без использования другого высокореакционного топлива, а также для обеспечения высокой тепловой мощности горелочных устройств.

Известен способ сжигания топлива (патент RU № 2410603. Устройство факельного сжигания топлива, С 1, МПК F23C 99/00, F23Q 5/00, 2009), заключающийся в том, что воспламенение топлива производят электрическим разрядом, стабилизируют и интенсифицируют горение факела, воздействуя на зону образования пламени переменным электрическим током высокой частоты, образуя в зоне формирования пламени диффузный электрический разряд, и обеспечивают поддержание электростатического потенциала предпламенной зоны на уровне, обеспечивающем требуемые параметры горения факела.

Известно устройство плазменного воспламенения пылеугольная горелка, содержащее корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха, (патент RU №2410603, С 1, МКИ F23 Q 5/00, F23Q 13/00, 2009). Корпус разделен поперечной перегородкой на резонансную и охлаждающую камеры. В центре перегородки выполнен проход вторичного воздуха и в нем установлены с возможностью продольного перемещения стержневые электроды, причем их рабочая часть направлена внутрь резонансной камеры, а электрическую дугу создают переменным током высокой частоты в резонансной камере с образованием акустического поля.

Недостатками указанного способа и устройства являются низкая скорость прогрева конструкции горелки на начальном этапе пуска из холодного состояния, в результате чего происходит недопустимо большой механический унос несгоревшей угольной пыли в топку котла, что увеличивает риск повышения концентрации несгоревшей пыли в топке, выше критического для взрыва уровня. Кроме того, при низкой скорости нагрева ограничивается возможность использования низкореакционных топлив при эксплуатации котлов.

Известен способ факельного сжигания топливовоздушной смеси, выбранный в качестве прототипа (патент RU 2731081 С1, МПК F23Q5/00 (2006/01), F23D 1/00 (2006.01)), заключающийся в том, что внутри горелки создают электрический разряд в зоне воспламенения факела, подают топливовоздушную смесь в зону воспламенения факела, воздействуют диффузным электрическим разрядом на зону образования пламени факела и осуществляют факельное сжигание топлива путем регулирования скорости набора температуры факела и температуры стенок горелки в области горения факела, за счет перемещения положения зоны воспламенения факела внутри горелки между участками с низкой и высокой теплоемкостью, обеспечивая повышения тепловой мощности и оптимизацию использования топлива.

Известно устройство воспламенения и поддержания горения топливовоздушной смеси, выбранное в качестве прототипа (патент RU 2731081 С1, МПК F23Q 5/00 (2006/01), F23D 1/00 (2006.01), содержащее корпус разделенный на область перемешивания топливовоздушной смеси и область камеры воспламенения, блок стержневых электродов для генерирования электрического разряда, топливопровод и трубопровод воздуха, зону воспламенения топливовоздушной смеси, зону факела сгорания топливовоздушной смеси, область камеры воспламенения разделенную на две части с низкой и высокой теплоемкостью, пылепроводы в комплекте с блоками электродов, тангенциально пристыкованные к зонам с низкой и высокой теплоемкостью.

Недостатками указанного способа и устройства является ограничение тепловой мощности выдаваемой горелкой, связанной с тем, что воспламенение всего потока угольной пыли происходит внутри горелки, и поэтому тепловая мощность горелки ограничивается надежностью ее конструктивных элементов работающих в зоне сверхнормативных температур возникающих при превышении определенного порога расход топлива и выделяемой тепловой мощности.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание способа и устройства для его реализации, которые позволяют с минимальными удельными затратами энергии обеспечить максимальную тепловую мощность выдаваемую горелкой в топку котла не ограниченную температурной прочностью элементов конструкции горелки и одновременно минимизировать механический унос в топку холодной угольной пыли, исключая опасность хлопка или взрыва в котле при растопке из холодного состояния.

Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата становится возможным благодаря тому, что угольная пыль сжигается ступенчато и разделяется на два потока. При этом первичный поток угольной пыли вводится на входном участке горелки совместно с первичным потоком воздуха, формируя первую ступень сжигания. Соотношение кислорода воздуха и углерода угольной пыли на первой ступени сжигания выбирается близким к стехиометрическому. Воспламенение угольной пыли на первой ступени сжигания обеспечивается при помощи электроионизационного воспламенителя, включающего источник питания и электродный блок. После воспламенения локально запускается реакция горения с выходом горячих дымовых газов при температуре 800-1100°С. Одновременно происходит нагрев стенок горелки до температуры обеспечивающей тепловую активации всего объема топлива на этом участке (ориентировочно 450-650 градусов Цельсия), при которой начинается выход летучих компонентов угольной пыли. Такая тепловая активация обеспечивает условия горения с механическим уносом в топку холодной несгоревшей пыли на безопасном уровне. В начальный период времени при запуске горелки из холодного состояния, подается только угольная пыль первичного потока. Вторичный поток угольной пыли совместно со вторичным потоком воздуха вводится во вторичной ступени уже после формирования стабильного потока горячих дымовых газов поступающих с первой ступени сжигания, а также после прогрева стенок горелки до температуры термической активации угольной пыли. При этом соотношение кислорода воздуха к углероду пыли на участке второй ступени горелки выбирается с существенным дефицитом кислорода. Таким образом, на этом участке минимизируется процесс сжигания, который замещается процессом газификации угля. На второй ступени горелки обеспечивается интенсивное перемешивание нагретых дымовых газов поступающих с первой ступени горелки и газифицированного вторичного потока угля при дефиците кислорода, что препятствует процессу сжигания всего объема угольной пыли в объеме второй ступени горелки и соответственно ограничивает тепловыделение и перегрев конструкции горелки. При выходе нагретого потока смеси дымовых газов и газифицированного потока угольной пыли из горелки в топку, происходит перемешивание этой топливной смеси с кислородом третичного потока воздуха в топке, сопровождаемое интенсивным воспламенением и практически полным сжиганием нагретой газифицированной угольной пыли непосредственно в топке.

Таким образом, при таком ступенчатом сжигании обеспечивается повышенная тепловая мощность факела при сжигании угольной пыли без перегрева конструкции горелки, с обеспечением на безопасном уровне механического уноса холодной угольной пыли из горелки в топку на начальном этапе растопки котла из холодного состояния.

Для реализации описанного способа по изобретению предложено следующее устройство.

Корпус горелки разделяется на две последовательных участка в соответствии со ступенями технологического процесса.

На участке первой ступени размещаются узел ввода первичного потока угольной пыли с регулятором расхода, узел ввода первичного воздуха с регулятором расхода и электродный блок электроионизационного воспламенителя. При помощи регуляторов расхода первичной пыли и первичного воздуха обеспечивается соотношение кислорода воздуха и углерода угольной пыли на участке первой ступени близкое к стехиометрическому. При помощи электродного блока электроионизационного воспламенителя обеспечивается воспламенение угольной пыли из холодного состояния. После воспламенения первичного потока угольной пыли запускается реакция горения на участке первой ступени в условиях близких к стехиометрическим.

На участке второй ступени горелки компонуются узлы для ввода вторичного потока угольной пыли с регулятором расхода и вторичного воздуха с регулятором расхода. При помощи этих регуляторов подбирается соотношение углерода к кислороду воздуха с существенным дефицитом кислорода. Ограничение количества кислорода обеспечивает ограничение выделяемой тепловой мощности в количестве необходимом только для поддержания температуры стенок горелки и температуры топливной смеси до температур термической активации угольной пыли. Нагретые стенки участка второй ступени вместе с теплом горячих дымовых газов пришедших с участка первой ступени, обеспечивают прогрев всего вторичного потока пыли до температур выхода летучих и газификации угольной пыли не участвующей в реакции горения. При этом, участок второй ступени может иметь поперечное сечение как равное сечению участка первой ступени, так и увеличенное по отношению к нему, что позволяет повысить пропускную способность потока угольной пыли и дымовых газов на этом участке и обеспечит повышенную тепловую мощность на второй ступени сжигания.

На фиг. 1 представлен вариант устройства с одинаковым сечением участков.

На фиг. 2 представлен вариант устройства с изменяемым сечением участков.

Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно утверждать, что предложенные технические решения соответствует условию изобретательского уровня.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами на фиг. 1 и фиг. 2.

Корпус горелки разделен на участок 1 первой ступени и участок 2 второй ступени. На участке 1 размещаются электроионизационный воспламенитель 3, узел ввода первичного потока угольной пыли 4 с регулятором расхода пыли 5, узел ввода первичного потока воздуха 6 с регулятором расхода воздуха 7, электродный блок электроионизационного воспламенителя 8.

На участке горелки 2 размещаются узел ввода вторичного потока угольной пыли 9 с регулятором расхода пыли 10, узел ввода вторичного воздуха 11 с регулятором расхода воздуха 12. Выход второй ступени горелки в топку осуществляется через амбразуру котла 13.

На участке 1 первой ступени горелки происходит воспламенение первичного потока угольной пыли в зоне 14. После воспламенения запускается процесс горения всего первичного потока угольной пыли в зоне 15. На участке 2 второй ступени горелки происходит газификация вторичного потока угольной пыли в зоне 16. При выходе смешанного потока дымовых газов и вторичного потока газифицированной угольной пыли в топку происходит сжигание этой смеси при перемешивании с третичным потоком воздуха топки в зоне 17.

Предлагаемый способ и устройство ступенчатого сжигания пылеугольного топлива реализуется следующим образом.

В изначальном состоянии при холодном состоянии котла и горелочного устройства, на участке 1 первой ступени горелки включается источник питания электроионизационного воспламенителя 3 и формируется газовый разряд на электродном блоке 8, обеспечивающий воспламенение топлива в зоне размещения электродов. Через узлы ввода первичного потока угольной пыли 4 и первичного потока воздуха 6 подаются компоненты топливовоздушной смеси и при помощи регуляторов расхода первичного потока угольной пыли 5 и первичного потока воздуха 7 устанавливается соотношение топливо-воздух близкое к стехиометрическому. В результате воспламенения первичной топливной смеси в зоне 14 первой ступени горелки происходит ее сжигание в зоне 15, с конверсией углерода и кислорода топливной смеси в дымовые газы, которые поступают на участок 2 второй ступени горелки. Одновременно с этим происходит нагрев стенок горелки на всех участках за счет теплообмена излучением при горении первичного потока угольной пыли и конвекции при теплообмене с полученными дымовыми газами. После прогрева стенок горелки до температуры термической активации угольной пыли обеспечивается безопасный уровень механического уноса холодной пыли при сжигании угольной пыли на первой ступени из холодного состояния горелки.

После прогрева стенок горелки на всех участках до температуры достаточной для термоактивации угольной пыли (450-650°С) подается вторичный поток угольной пыли через узел 9 и вторичный поток воздух через узел 11. При помощи регулятора потока пыли 10 и регулятора потока воздуха 12 устанавливается соотношение вторичного потока топлива-воздух с существенным дефицитом кислорода для реакций горения. Доля кислорода выбирается такой, чтобы обеспечить тепловую мощность реакции горения достаточную для компенсации энтальпии холодных объемов угольной пыли и воздуха, поступающих на участок 2 второй ступени горелки и поддержать температуру стенок второй ступени горелки в диапазоне температур достаточных для термоактивации и газификации угольной пыли.

Во второй ступени горелки происходит перемешивание горячих дымовых газов пришедших с первой ступени и вторичного потока угольной пыли второй ступени. В результате теплообмена с горячими дымовыми газами и нагретыми стенками горелки в зоне 16 вторичный поток угольной пыли интенсивно нагревается и газифицируется. Подготовленная таким образом к сжиганию топливная смесь, состоящая из горячих дымовых газов и газифицированной угольной пыли, поступает из горелки в зону 17 пространства топки. В этой зоне перегретая топливная смесь перемешивается с третичным воздухом, находящимся в топке. При взаимодействии термоактивированной и газифицированной угольной пыли с кислородом третичного воздуха топки происходит интенсивное воспламенение и практически полное сжигание угольной пыли в пространстве топки. Тепловыделение от реакции горения в этом случае полностью идет на нагрев тепловоспринимающих элементов котла, исключая перегрев элементов конструкции горелки.

Для целей дополнительного увеличения тепловой мощности горелки количество вторичных ступеней может быть увеличено до необходимого уровня. При этом в связи увеличением объема отходящих дымовых газов в каждой последующей ступени и сохранения скорости отходящих газов в допустимых пределах, необходимо пропорционально увеличивать поперечное сечение каждой следующей ступени горелки по ходу движения топливной смеси, как показано на фиг. 2.

Предлагаемое изобретение позволяет сжигать пылеугольное топливо с безопасным уровнем механического уноса холодной угольной пыли при розжиге котла из холодного состояния без использования других высокореакционных топлив, а также обеспечивает высокие тепловые мощности горелки при выходе на рабочий режим без перегрева элементов конструкции горелки.

1. Способ ступенчатого сжигания топливовоздушной угольной смеси, заключающийся в том, что внутри горелки создают электрический разряд в зоне воспламенения факела, подают угольную пыль и воздух в зону воспламенения факела, воздействуют диффузным электрическим разрядом на зону образования пламени факела и осуществляют сжигание топлива, отличающийся тем, что процесс сжигания топлива осуществляют ступенчато, путем разделения подачи угольной пыли на два потока - первичный поток на первой ступени и вторичный поток на второй ступени с возможностью их независимого регулирования, путем разделения подачи воздуха на два потока - первичный поток на первой ступени и вторичный поток на второй ступени с возможностью их независимого регулирования, с воспламенением и сжиганием первичного потока угольной пыли в топливной смеси в соотношении первичного потока воздуха и первичного потока угольной пыли, близкого к стехиометрическому, с последующим перемешиванием полученных от реакции горения на первой ступени дымовых газов со вторичным потоком угольной пыли и вторичным потоком воздуха, в условиях существенного дефицита кислорода воздуха на второй ступени, с поддержанием концентрации кислорода в обновленной топливной смеси в объеме, необходимом только для поддержания температуры топливной смеси второй ступени на уровне начала выхода летучих компонентов и газификации угольной пыли, с последующим направлением этой газифицированной топливной смеси в топку для окончательного сжигания за счет перемешивания ее с третичным объемом воздуха в топке.

2. Устройство воспламенения и ступенчатого сжигания топливовоздушной угольной смеси в горелке, содержащее корпус, два пылепровода угольной пыли, электродный блок для генерирования электрического разряда, трубопроводы воздуха, зону воспламенения топливовоздушной смеси, отличающееся тем, что корпус горелки разделен на две ступени, с размещением на первой ступени входа пылепровода первичного потока угольной пыли с регулятором расхода, входа воздуховода первичного потока воздуха с регулятором расхода, зону воспламенения и первичного сжигания угольной пыли, с размещением на второй ступени входа пылепровода вторичного потока угольной пыли с регулятором расхода, входа воздуховода вторичного потока воздуха с регулятором расхода, зоны начала выхода летучих компонентов и газификации угольной пыли вторичного потока.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжигание и газификацию осуществляют в первичном и нескольких вторичных потоках.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что корпус горелки имеет несколько вторых ступеней.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству подачи топлива. Устройство подачи топлива содержит цилиндр, прикрепляемый к установочной части нагнетающей трубы доменной печи, полый поворотный элемент, установленный внутри цилиндра с возможностью вращения, содержащий основание, через которое топливо подается внутрь поворотного элемента, трубу, прикрепленную с возможностью отсоединения к примыкающему к доменной печи концу поворотного элемента, имеющую передний конец, через который топливо поступает в доменную печь.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига котла из холодного состояния.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного и водноугольного топлива.

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 воздушный канал с лопаточным завихрителем и размещенным по оси горелки растопочным устройством, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: канал подачи аэросмеси с лопаточным завихрителем, внутренний и внешний воздушные каналы с лопаточными завихрителями, а внешняя поверхность внутренней обечайки и внутренняя поверхность внешней обечайки канала подачи аэросмеси имеют защитные покрытия.

Изобретение относится к области энергетики, к горелочным устройствам котла, и может быть использовано в котельной технике. Горелочное устройство состоит из основной и сбросной горелок и соединено с пылеконцентратором с установленным внутри него лопаточным аппаратом и отводами слабозапыленного и концентрированного потоков, соединенными посредством пылепроводов с каналами слабозапыленного и концентрированного потоков, размещенными совместно с каналами вторичного воздуха внутри корпуса основной горелки, сбросная горелка расположена над корпусом основной горелки, при этом отвод слабозапыленного потока от пылеконцентратора разделен на два отводящих патрубка, соединенных через пылепроводы с каналами слабозапыленного потока основной горелки и со сбросной горелкой, а в пылепроводах слабозапыленных потоков установлены регулирующие клапаны.

Предлагаемое техническое решение относится к области энергетики. Способ факельного сжигания топлива заключается в том, что создают электродуговой разряд в зоне воспламенения, подают топливовоздушную смесь в зону воспламенения, осуществляют воспламенение топливовоздушной смеси в зоне воспламенения, создают диффузный электрический разряд, воздействуют диффузным электрическим разрядом на приграничную зону образования пламени и осуществляют факельное сжигание топлива, при этом производят поддержание электростатического потенциала приграничной зоны образования пламени на заданном уровне.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка для сжигания содержит топливную форсунку, через которую топливный газ, получаемый смешиванием топлива и воздуха друг с другом, вдувается в топку; и множество разделителей, выполненных с возможностью разделения потока топливного газа посредством расширенной части, при этом ширина расширенной части увеличивается по мере прохождения расширенной части в направлении потока топливного газа, при этом разделители расположены в топливной форсунке на дистальной концевой стороне топливной форсунки так, что продольные оси разделителей проходят от стороны одной стеновой части топливной форсунки к стороне другой стеновой части, которая расположена на стороне, противоположной по отношению к указанной одной стеновой части, при этом множество разделителей включают: разделители с пазами, выполненные с пазом, который частично уменьшает ширину расширенной части на выходном конце в направлении потока топливного газа, и разделители без пазов, выполненные рядом с разделителями с пазами, при этом разделители без пазов имеют расширенную часть, и расширенная часть на выходном конце в направлении потока топливного газа имеет фиксированную ширину в направлении продольной оси.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка для сжигания содержит топливную форсунку, впрыскивающую топливный газ, представляющий собой смесь топлива и воздуха; форсунку воздуха для сжигания, впрыскивающую воздух из пространства c наружной стороны топливной форсунки; первый элемент, расположенный внутри топливной форсунки и содержащий наклоненную относительно потока топливного газа первую наклонную поверхность и первую концевую кромку наклона, на которой заканчивается наклон первой наклонной поверхности; и вторые элементы, расположенные ниже по потоку от указанной первой концевой кромки наклона в направлении потока топливного газа, причем каждый из них содержит наклоненную к первому элементу относительно потока топливного газа вторую наклонную поверхность и вторую концевую кромку наклона, на которой заканчивается наклон второй наклонной поверхности; при этом вторые элементы расположены по обеим сторонам от первого элемента.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка для сжигания содержит топливную форсунку, способную впрыскивать топливный газ, в котором смешаны топливо и воздух; по меньшей мере один стабилизатор пламени, обеспеченный со стороны торцевого конца топливной форсунки вблизи центральной оси; и разделительный элемент, разделяющий внутренний проточный канал, в котором обеспечен стабилизатор пламени, и внешний проточный канал с внешней стороны внутреннего проточного канала внутри топливной форсунки; причем площадь поперечного сечения внутреннего проточного канала, отделенная разделительным элементом, увеличивается в направлении потока топливного газа.

Изобретение относится к области энергетики и металлургии. Устройство подачи топлива содержит цилиндр, прикрепляемый к установочной части нагнетающей трубы доменной печи; полый поворотный элемент, установленный внутри цилиндра с возможностью вращения, содержащий основание, через которое топливо подается внутрь поворотного элемента; трубу, прикрепленную с возможностью отсоединения к примыкающему к доменной печи концу поворотного элемента, имеющую передний конец, через который топливо поступает в доменную печь; и фиксатор, прикрепленный к цилиндру с возможностью отсоединения, удерживающий поворотный элемент в цилиндре; причем цилиндр имеет внутреннюю периферию, содержащую первую уплотнительную поверхность, поворотный элемент содержит вторую уплотнительную поверхность, и, когда поворотный элемент размещен в цилиндре, вторая уплотнительная поверхность входит в плотный контакт с первой уплотнительной поверхностью, кроме того, устройство включает в себя упругий элемент, прижимающий вторую уплотнительную поверхность поворотного элемента к первой уплотнительной поверхности цилиндра.

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться для сжигания твердого топлива в топочных устройствах пылеугольных котлов и промышленных печей. Способ сжигания твердого топлива, заключающийся в том, что поток пылевидного твердого топлива вместе с первичным воздухом подают в горелку и воспламеняют, воспламененный поток топлива вместе с первичным воздухом направляют из горелки в соединенный с основной топкой предтопок, куда подают поток вторичного воздуха, и образовавшуюся смесь сжигают. Перед подачей в горелку поток пылевидного твердого топлива вместе с первичным воздухом направляют в устройство температурной стратификации, в котором разделяют на нагретый и охлажденный потоки, после чего нагретый поток подают в горелку, а охлажденный поток смешивают с потоком вторичного воздуха и подают в соединенный с основной топкой предтопок. Изобретение позволяет повысить экономические и экологические характеристики сжигания твердого топлива за счет снижения затрат теплоты на подогрев первичного воздуха, уменьшения механического недожога, снижения шлакообразования, уменьшения содержания оксидов азота в продуктах сгорания. 1 ил.
Наверх