RU195931U1 - BURNER-CONVERTER - Google Patents

Abstract

Предложена горелка-конвертор, преобразующая запыленный поток первичной аэросмеси на ее входе в выходящий по центральному каналу горелки концентрированный поток на выходе. Этот поток при нужной скорости прогревается с выделением летучих, их воспламенением и последующим горением при низких избытках воздуха, что исключает возникновение пика температур после горелок и снижает вредные выбросы, в особенности окислов азота NOx в отходящих газах. Горелка может быть использована в схемах прямого вдувания, а также в схемах пылеприготовления с промбункером как альтернатива системы подачи пыли с высокой концентрацией (ПВК), имеющей большой опыт снижения окислов азота NOx.A converter burner is proposed that converts a dusty stream of primary air mixture at its inlet to a concentrated outlet stream leaving the central channel of the burner. This flow at the desired speed warms up with the release of volatiles, their ignition and subsequent combustion at low excess air, which eliminates the occurrence of a temperature peak after the burners and reduces harmful emissions, especially nitrogen oxides NOx in the exhaust gases. The burner can be used in direct injection schemes, as well as in dust preparation schemes with an industrial hopper as an alternative to a high concentration dust supply system (PVC), which has extensive experience in reducing nitrogen oxides NOx.

Description

Объектом полезной модели «Горелка-конвертор» является устройство. Оно относится к теплоэнергетике и может быть использовано как горелочное устройство в котельных установках, сжигающих пылеугольное топливо. Устройство преобразует поступающий низко концентрированный поток аэросмеси на входе в улитку в высоко концентрированный поток угольной пыли и выдачи его по центру общего потока на выходе из горелки. Конечной целью является сокращения выбросов оксидов азота NOx.The object of the utility model "Burner Converter" is a device. It relates to a power system and can be used as a burner in boiler plants burning pulverized coal. The device converts the incoming low concentrated mixture flow at the inlet of the cochlea into a highly concentrated stream of coal dust and emits it in the center of the total flow at the outlet of the burner. The ultimate goal is to reduce NOx emissions.

Известны горелки, созданные для получения частично концентрированного потока на выходе из горелки при поступлении в нее низко концентрированного потока аэросмеси (см. например, рис. 4-9, 4-10 (прототип 1), а так же 4-11 в книге «Современные котельные агрегаты ТКЗ», изд. «ЭНЕРГИЯ», 1978 г. автор М.В. Мейкляр, стр. 90-93). Они были созданы сразу же для повышения устойчивости горения при переходе от слоевого к факельному сжиганию, где частице топлива для сгорания в факеле объема топки отведено менее трех секунд. Указанные вихревые горелки ТКЗ, имеющие на входе первичной аэросмеси традиционную завихритель-улитку (далее - улитку), обеспечивали мощный подсос горячих топочных газов к устью горелки и, казалось, надежное воспламенение вдуваемого в топку топлива. Однако концентрированная пыль, выделенная улиткой, выходит в виде кольцевого конуса на границе первичного и вторичного потоков воздуха (см. рис 4-10, упомянутый выше) и воспламеняется при больших избытках воздуха, что не желательно из-за (как стало ясно в дальнейшем) высоких вредных выбросов NOx в атмосферу и повышенного недожога топлива.There are known burners designed to produce a partially concentrated stream at the outlet of the burner when a low concentrated stream of air mixture enters it (see, for example, Fig. 4-9, 4-10 (prototype 1), as well as 4-11 in the book “Modern boiler units TKZ ", publishing house" ENERGY ", 1978 by M.V. Meiklyar, pp. 90-93). They were created immediately to increase the stability of combustion during the transition from layered to flare, where less than three seconds are allotted to a particle of fuel for combustion in a flare of the furnace volume. These TKZ vortex burners, which have a traditional snail swirl (hereinafter referred to as the snail) at the primary air mixture inlet, provided a powerful intake of hot flue gases to the mouth of the burner and, it seemed, reliable ignition of the fuel injected into the furnace. However, the concentrated dust emitted by the cochlea emerges in the form of an annular cone at the boundary of the primary and secondary air flows (see Fig. 4-10, mentioned above) and ignites with large excesses of air, which is not desirable due to (as became clear later) high harmful emissions of NOx into the atmosphere and increased underburning of fuel.

Другое решение связано с оснащением горелок готовым концентрированным потоком от бункера пыли, когда была разработана система транспорта Пыли с Высокой Концентрацией (20-40 кг/кг) - ПВК под давлением (система ПВК_д, в дальнейшем - ПВК), которая позволила применить пылепроводы диаметром 76-89 мм (вместо диаметра 426 мм при низких концентрациях 0,5 кг пыли/на кг воздуха) и подать крнцентрированный поток к устью горелки (1981 год - а.с. №861856, F23K 3/02 (прототип 2). Это явилось большим достижением в топочной технике, так как не только повысило стабильность подачи топлива в топку и ее работу, но и показало возможность снижения вредных выбросов NOx таким мало затратным способом.Another solution is to equip the burners with a ready concentrated stream from the dust hopper when the High Concentration Dust transport system was developed (20-40 kg / kg) - PVC under pressure (PVC system _d, hereinafter - PVC), which allowed the use of dust pipes with a diameter 76-89 mm (instead of the diameter of 426 mm at low concentrations of 0.5 kg of dust / per kg of air) and apply a concentrated flow to the mouth of the burner (1981 - AS No. 861856, F23K 3/02 (prototype 2). This was a great achievement in the combustion technology, as it not only increased feed stability fuel to the furnace and its operation, but also showed the possibility of reducing harmful NOx emissions in such a low-cost way.

Последовательные изменения и совершенствование горелки, снижающей NOx, разработанные в упомянутых системах подачи пыли с высокой концентрацией были зафиксированы в патенте на полезную модель №48027 - «Горелка для концентрированной пыли», класс F23D 1/06 А. Опубликовано 10.09.2005. (прототип 3). В этом прототипе осуществлена идея начального приоритетного прогрева концентрированного потока, выделение летучих в специальном ПылеВыдающем Патрубке - (далее ПВП), а после уж и смешивание со всем воздухом. Применение ПВП показало, что идея подачи концентрированного потока напрямую к устью горелки продуктивна и не только упрощает горелку и наладку режима в топке, но и снижает эмиссию NOx - свойство горелки, обнаруженное уже после оснащения горелок системой ПВК (88 год, изобретение по а.с. №1574991 «Пылеугольная горелка», F23D 1/06).Subsequent changes and improvements to the NOx-reducing burner developed in the aforementioned high-concentration dust supply systems were recorded in utility patent No. 48027 - “Concentrated Dust Burner”, class F23D 1/06 A. Published on 09/10/2005. (prototype 3). In this prototype, the idea of the initial priority heating of the concentrated stream, the release of volatiles in a special Dust-Extruding Pipe - (hereinafter PVP), and then mixing with all the air is implemented. The use of PVP showed that the idea of supplying a concentrated flow directly to the mouth of the burner is productive and not only simplifies the burner and adjusting the mode in the furnace, but also reduces NOx emission - a property of the burner that was discovered after equipping the burners with a PVC system (88 year, invention according to the a.s. No. 1574991 "Pulverized coal burner", F23D 1/06).

Нужные нам системы ПВК под давлением и, особенно, под разрежением, хорошо работают там, где пылевой бункер существенно выше уровня горелок и есть перепад «пылепитатель-горелка» по высоте. На части котлов перепад отсутствует и система ПВК не применена из-за возникновения пульсаций. Соответственно борьба с эмиссией оксидов азота - NOx посредством применения системы ПВК как под давлением, так и под разрежением оказалась в таких схемах невозможной. Так же обстоит дело и в системах прямого вдувания, где нет промбункера и пыль поступает к горелке напрямую при низких концентрациях, воспламеняется при больших избытках воздуха со скачком температуры за горелкой и интенсивной эмиссией NOx. Технического решения, как альтернативы имеющейся ПВК, для таких систем пылеприготовления не найдено.The PVC systems we need under pressure and, especially, under vacuum, work well where the dust bin is significantly higher than the burners and there is a "dust-burner" drop in height. There is no difference on the part of the boilers and the PVC system is not applied due to ripples. Accordingly, the fight against the emission of nitrogen oxides - NOx through the use of a PVC system both under pressure and under vacuum turned out to be impossible in such schemes. The same is true in direct injection systems, where there is no industrial bin and dust enters the burner directly at low concentrations, ignites with large excesses of air with a temperature jump behind the burner and intense NOx emission. No technical solution was found as an alternative to the existing PVC for such dust preparation systems.

Задачей Полезной Модели «Горелка-конвертор» является: выделить концентрированный поток в улитке (прототип 1), отделить его от очищенной уже пылевоздушной аэросмеси и направить по отдельному каналу по центру - оси горелки. Преобразование (конвертирование), связанное с получением концентрированного потока на выходе по центру горелки при обычном потоке аэросмеси на входе, и является конечной технической задачей.The objective of the “Burner-Converter” Utility Model is: to isolate the concentrated flow in the cochlea (prototype 1), separate it from the already cleaned dusty air mixture and direct it along a separate channel in the center — the axis of the burner. The conversion (conversion) associated with obtaining a concentrated stream at the outlet in the center of the burner with a normal stream of air mixture at the inlet is the final technical task.

Для этого в конструкцию горелки, имеющей улитку внесены следующие изменения.To do this, the following changes have been made to the design of the burner having a scroll.

1. В выходном канале первичной аэросмеси после улитки соосно установлена разделительная труба, делящая канал за завихрителем на два канала -центральный и внешний. Передняя часть разделительной трубы рсположена в улитке и снабжена фланцем, диаметр которого больше диаметра трубы внешнего канала аэросмеси и имеет определенный круговой зазор со стенкой улитки. 2. Фланец соединен с разделительной трубой посредством телескопической вставки, подвижно установленной на разделительной трубе.1. In the output channel of the primary mixture after the cochlea, a dividing pipe is coaxially installed, dividing the channel behind the swirl into two channels — central and external. The front part of the separation pipe is located in the cochlea and is equipped with a flange, the diameter of which is larger than the diameter of the pipe of the outer channel of the air mixture and has a certain circular gap with the wall of the cochlea. 2. The flange is connected to the separation pipe by means of a telescopic insert movably mounted on the separation pipe.

3. Фланец и телескопическая вставка соединены со специально установленным механизмом их перемещения в осевом направлении.3. The flange and telescopic insert are connected to a specially installed mechanism for their axial movement.

4. На входе центрального потока в разделительную трубу установлено побудительное сопло.4. An inlet nozzle is installed at the inlet of the central flow to the separation pipe.

5. Между подводящим аэросмесь пылепроводом и улиткой горелки установлен переходной патрубок, осевой размер которого меньше осевого размера улитки.5. A transition pipe is installed between the inlet mixture of the dust pipe and the cochlea of the burner, the axial size of which is smaller than the axial size of the cochlea.

6. Центральная часть фланца выполнена в форме усеченного конуса.6. The central part of the flange is made in the form of a truncated cone.

Предложенная горелка-конвертор изображена на чертеже. Рассматриваемая горелка состоит из улитки первичной аэросмеси 1 и трубы 2 канала отвода аэросмеси в топку. В трубе 2 размещена дополнительно разделительная труба 3, делящая исходный канал аэросмеси на два: центральный 4 и внешний 5. Разделительная труба 3, снабжена телескопической вставкой 6 и фланцем 7 на входе. Фланец 7 жестко соединен с телескопической вставкой 6 и снабжен механизмом премещения 8. Улитка первичной аэросмеси 1 подключена к пылепроводу низкой концентрации 9 через переходной патрубок 10, осевой размер которого меньше осевого размера улитки. В передней части центрального канала 4 установлено побудитеное сопло 11. Рассмотренный первичный тракт горелки помещен, как правило, в подводящий вторичный воздух короб 12.The proposed burner Converter is shown in the drawing. The burner in question consists of a snail of primary air mixture 1 and a pipe 2 of the channel for discharging the air mixture into the furnace. In the pipe 2 there is additionally a separation pipe 3, dividing the source channel of the mixture into two: central 4 and external 5. The separation pipe 3 is equipped with a telescopic insert 6 and a flange 7 at the inlet. The flange 7 is rigidly connected to the telescopic insert 6 and is equipped with a movement mechanism 8. The coils of the primary air mixture 1 are connected to the dust conduit of low concentration 9 through the adapter pipe 10, the axial size of which is smaller than the axial size of the cochlea. In front of the central channel 4, a wake-up nozzle 11 is installed. The considered primary path of the burner is usually placed in the secondary air supply duct 12.

Горелка работает следующим образом.The burner operates as follows.

Аэросмесь по пылепроводу 9 и соединяющему пылесистему с горелкой переходному патрубку 10, при низких концентрациях поступает в улитку первичной аэросмеси 1, где происходит сепарация частиц топлива под действием центробежных сил к стенке улитки и возникает движущийся по кругу концентрированный пристенный слой пыли. Очищенный в улитке воздух уходит в топку по каналу, ограниченному с внешней стороны трубой 2. Фланец 7 делит улитку на 2 части, которые могут выдавать потоки завихренной аэросмеси в общем случае влево и вправо. Однако в нашем случае левый поток, меньший по объему, идет по центральному каналу 4, принадлежащему разделительной трубе 3, вправо, как и правый поток по внешнему каналу 5, определяемому трубой 2. Скоростной режим потоков для прохода аэросмеси в горелке определяется размерами сечений каналов 4 и 5 и задается, как и местоположение и диаметр фланца 7 конструктивно при расчете оптимальных сопротивлений. С помощью механизма перемещения 8 фланец 7 с телескопической вставкой 6 могут перемещаться в осевом направлении на определенную величину по условиям минимизации общего сопротивления перед горелкой. Конечное положение фланца 7 находится и фиксируется при наладке режима работы горелки-конвертора при первом ее пуске после монтажа.The aerosol mixture through the dust pipe 9 and the adapter pipe 10 connecting the vacuum system to the burner, at low concentrations enters the cochlea of the primary aerosol mixture 1, where fuel particles are separated by centrifugal forces to the wall of the cochlea and a concentrated wall layer of dust moving in a circle appears. The air purified in the cochlea enters the furnace through a channel bounded on the outside by pipe 2. Flange 7 divides the cochlea into 2 parts, which can give out flows of swirling air mixture in the general case to the left and to the right. However, in our case, the left-hand stream, smaller in volume, goes along the central channel 4, which belongs to the separation pipe 3, to the right, like the right-hand stream, through the external channel 5, determined by the pipe 2. The flow rate for the passage of the air mixture in the burner is determined by the dimensions of the cross sections of the channels 4 and 5 and is set, as well as the location and diameter of the flange 7 constructively when calculating the optimal resistances. Using the movement mechanism 8, the flange 7 with the telescopic insert 6 can be axially moved by a certain amount according to the conditions of minimizing the total resistance in front of the burner. The final position of the flange 7 is located and fixed when adjusting the operating mode of the burner-converter during its first start-up after installation.

При правильной конструкции переходного патрубка 10, осевой размер окна которого меньше, чем у улитки 1, и внутренних элементов 3, 6, 7 большая часть воздушного потока (75-90%) уходит во внешний канал 5, оставляя свои 85% (КПД обычного циклона) выделенной пыли в улитке. Зазор между фланцем 7 и стенкой улитки 1 позволяет перемещаться концентрированному пристенному слою пыли в осевом направлении. Поскольку конструктивно задается, что в нашем случае справа от фланца 7 давление за счет аэродинамического удара, а так же сопротивления выходу уже очищенного в улитке 1 воздуха через канал 5, выше, чем за фланцем 7 слева, избыточное давление справа от фланца 7 «выдавливает» концентрированный слой в левую сторону от фланца 7. В левой части завихренный улиткой концентрированный поток уменьшается в диаметре и, попадая в разделительную трубу 3, как центральный концентрированный поток 4, движется на выход горелки. Его движению способствует работа побудительного сопла 11 меняющего вектор скорости концентрированнрго потока с левого направления в зазоре на правое в потоке 4. Соотношение сечений переходного патрубка 10 и размера улитки 1, связанное с обеспечением нужного полузакрытого объема слева от фланца 7 для изменения, формирования и направления вихря выбрано из условий оптимизации общего сопротивления «горелка-конвертор» и получения максимальной концентрации на выходе в топку по каналу 4. С этой же целью фланец 7 выполнен по своему внутреннему размеру в виде усеченного конуса.With the correct design of the adapter pipe 10, the axial size of the window of which is smaller than that of the cochlea 1, and the internal elements 3, 6, 7, most of the air flow (75-90%) goes into the external channel 5, leaving its 85% (the efficiency of a conventional cyclone ) allocated dust in the cochlea. The gap between the flange 7 and the wall of the cochlea 1 allows you to move the concentrated wall layer of dust in the axial direction. Since it is structurally specified that in our case, to the right of flange 7, the pressure due to aerodynamic impact, as well as the resistance to the outlet of air already cleaned in the scroll 1 through channel 5, is higher than behind the flange 7 to the left, the excess pressure to the right of flange 7 “squeezes” the concentrated layer is to the left of the flange 7. On the left side, the concentrated stream swirled by the cochlea decreases in diameter and, falling into the separation tube 3, as the central concentrated stream 4, moves to the burner outlet. Its movement is facilitated by the operation of the motive nozzle 11, which changes the velocity vector of the concentrated flow from the left to the right in the gap 4. The ratio of the cross sections of the adapter pipe 10 and the size of the cochlea 1 is related to providing the desired half-closed volume to the left of flange 7 for changing, forming and direction of the vortex selected from the conditions of optimizing the total resistance of the "burner-Converter" and obtain the maximum concentration at the exit to the furnace along the channel 4. For the same purpose, the flange 7 is made according to its internal measure in the form of a truncated cone.

Обязательность изменения короба вторичного воздуха 12, как и установка ПВП должны рассматриваться по другим условиям оптимизации горения дополнительно. Например, как показывает опыт эксплуатации, при сжигании высокореакционных углей, обуславливающих высокую надежность воспламенения и «короткий» факел горения в топке, установка ПВП на выходе не является обязательной, но основательное снижение выбросов NOx полезной моделью «Горелка-конвертор» остается. Для углей менее реакционных, при которых наблюдается сепарация плохо воспламенившейся пыли вниз или «длинный» факел горелки, при применении горелки-конвертора установка ПВП может оказаться желательным.The obligation to change the secondary air duct 12, as well as the PVP installation, should be considered additionally according to other conditions for optimizing combustion. For example, as operating experience shows, when burning highly reactive coals, which cause high reliability of ignition and a “short” burning torch in the furnace, the installation of PVP at the outlet is not necessary, but a thorough reduction of NOx emissions by the “Burner-Converter” utility model remains. For less reactive coals, where separation of poorly combustible dust down or a “long” burner torch is observed, using a converter burner, a PVP installation may be desirable.

Таким образом, поставленная перед полезной моделью «горелка-конвектор» техническое решение - задача выделить в улитке концентрированный поток, отделить его от очищенной уже пылевоздушной аэросмси и направить по отдельному каналу по центру - оси горелки оказывается выполненной. Преобразование (конвертирование) с получением концентрированного потока на выходе по центру горелки при обычном низко концентрированном потоке аэросмеси на входе осуществлено, технический результат достигнут.Thus, the technical solution posed before the utility model “burner-convector” is the task of isolating the concentrated flow in the cochlea, separating it from the already cleaned dusty air circuit and directing it along a separate channel in the center — the axis of the burner are fulfilled. Converting (converting) to obtain a concentrated stream at the outlet in the center of the burner at the usual low concentrated stream of air mixture at the inlet is carried out, the technical result is achieved.

Для прямоточных горелок без улитки, особенно в схемах прямого вдувания, эта задача станет выполнимой при условии установки описанной выше полезной модели «Горелка-конвертор», содержащей такую улитку.For direct-flow burners without a snail, especially in direct injection schemes, this task will become feasible provided that the utility model “Burner-converter” containing such a snail is described above.

Горелка-конвертор может быть изготовлена на действующих электростанциях по рабочим чертежам существующих горелок с внесением в них изменений в объеме полезной модели «горелка-конвертор».A burner-converter can be manufactured at existing power plants according to the working drawings of existing burners with changes to the volume of the utility model “burner-converter”.

Claims (6)

1. Горелка-конвертор для факельного сжигания угольной пыли, включающая улитку первичного воздуха с подводящим к ней угольную пыль пылепроводом первичной аэросмеси низкой концентрации, с выходным каналом за улиткой, отличающаяся тем, что в выходном канале первичной аэросмеси после улитки соосно установлена разделительная труба, делящая общий канал на два канала: центральный и внешний, при этом передняя часть разделительной трубы расположена в улитке и снабжена фланцем, диаметр которого больше диаметра трубы внешнего канала аэросмеси и имеет круговой зазор со стенкой улитки.1. A burner-converter for flaring coal dust, including a primary air coil with a low concentration primary dust mixture dust conduit leading to it, with an outlet channel behind the snail, characterized in that a separation pipe coaxially installed in the outlet channel of the primary air mixture after the snail, dividing a common channel into two channels: the central and external, while the front part of the separation pipe is located in the cochlea and is equipped with a flange whose diameter is larger than the diameter of the pipe of the external channel of the air mixture and and There is a circular gap with the wall of the cochlea. 2. Горелка-конвертор по п. 1, отличающаяся тем, что фланец соединен с разделительной трубой посредством телескопической вставки, подвижно установленной на разделительной трубе.2. The burner converter according to claim 1, characterized in that the flange is connected to the separation pipe by means of a telescopic insert movably mounted on the separation pipe. 3. Горелка-конвертор по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что фланец и телескопическая труба соединены со специально установленным механизмом их перемещения в осевом направлении.3. The burner-converter according to claim 1 or 2, characterized in that the flange and the telescopic pipe are connected to a specially installed mechanism for their movement in the axial direction. 4. Горелка-конвертор по п. 1, отличающаяся тем, что осевой размер входного патрубка меньше осевого размера улитки.4. The burner-converter according to claim 1, characterized in that the axial size of the inlet pipe is smaller than the axial size of the cochlea. 5. Горелка-конвертор по п. 1, отличающаяся тем, что в передней части центрального канала установлено побудительное сопло.5. The burner-converter according to claim 1, characterized in that a motive nozzle is installed in front of the central channel. 6. Горелка-конвертор по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя часть фланца выполнена в форме усеченного конуса.6. The burner converter according to claim 1, characterized in that the inner part of the flange is made in the form of a truncated cone.

Images