RU218594U1 - Модернизированная однопоточная горелка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к топливосжигающим установкам и может быть использована для снижения выбросов оксидов азота. Горелка, стоящая на котле, или новая горелка, состоящая из двух каналов подачи воздуха, снабженных тангенциальными регистрам, в центре грелки установлена мазутная форсунка, газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора, размещенного по оси горелки, модернизируется путем установки на кольцевой газовый коллектор со стороны топки газораздающих трубок, формирующих периферийный канал топливного газа, с выпускными соплами, которые заведены в топку и расположены по периметру амбразуры, на выходе кольцевого газового коллектора, устанавливают газораздающее устройство с соплами, образующее центральный канал топливного газа, внутри кольцевого газового коллектора устанавливают устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа, состоящее из кольцевого шибера для периферийного канала топливного газа и запорных стержней центрального канала топливного газа, расположенных таким образом, что при открытии входа в периферийный канал топливного газа перекрывается вход в сопла центрального канала, к шиберу прикреплена штанга, которая выведена за пределы кольцевого газового коллектора, на конце штанги установлен привод. На газовых соплах периферийного канала топливного газа могут быть установлены смесители для организации контролируемого качества эжекции. За счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов, путем эжекции дымовых газов непосредственно из топки струями топливного газа, вытекающими из сопел, газообразное топливо разбавляется дымовыми газами перед воспламенением, происходит снижение концентрации реагирующих веществ и температуры факела, что приводит к снижению образования NOx. Использование модернизированной однопоточной горелки обеспечивает снижение содержания NOx в дымовых газах на 40-70% без снижения технико-экономических характеристик работы топливосжигающей установки, строительства внешней системы подачи дымовых газов рециркуляции и строительства дополнительной системы трубопроводов и арматуры подачи топливного газа для организации дополнительного канала топливного газа в горелке. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к топливосжигающим установкам и может быть использована для снижения выбросов оксидов азота (NOx).

Известны однопоточные горелки, например, установленные на котлах ТГМП-1202, ТГМП-204ХЛ, описанные в статьях «Испытания котла ТГМП-204 блока 800 МВТ после реконструкции ввода дымовых газов рециркуляции в топку» / Я.П. Сторожук, Д.Р. Носулько // Теплоэнергетика. - 1984. - № 5 - С. 13-15, «Разработка и исследование энергоэффективных методов сжигания газового топлива в энергетических системах. Ахметова Р. В., Звонарева Ю. Н., Шорохов И. Р., Вестник казанского государственного энергетического университета, том: 14, номер: 1 (53), 2022 г., Страницы: 13-23. Описанная однопоточная горелка при обеспечении качество сжигания топлива не обеспечивают низкие выбросы NOx, соответствующие современным требованиям.

Одним из эффективных способов снижения выбросов NOx являются использование принудительной рециркуляции дымовых газов, что обеспечивает снижение температуры факела и снижение концентрации реагирующих веществ, определяющих образование NOx. При этом наиболее эффективным является способ подачи дымовых газов в каналы горелки (SU 1 101 622 A1, МПК F23D 17/00, опубликовано 07.07.1984). Этот способ реализован в горелке котла ТГМП-204, но горелка не смогла достичь хорошего результата по снижению выбросов NOx из-за конструктивных недостатков в способе организации процесса сжигания.

Для успешного подавления NOx необходимо, чтобы дымовые газы рециркуляции не балластировали в прикорневой области горелки, а достигали активной зоны горения, в которой происходит основное образование NOx. Основным недостатком такого способа организации горения остается необходимость наличия системы принудительной подачи дымовых газов рециркуляции с дымососом рециркуляции.

Близким к полезной модели является способ снижения выбросов NOx, описанный в изобретениях: RU 2689654C2 опубликовано 2019-05-28, SU 1588987A1 опубликовано 1990-08-03, SU 1695040A1 опубликовано 1991-11-30 , KR 101254928B1 опубликовано 2013-04-19, EP 0893651A1 опубликовано 1999-01-27, US 2012/0186265A1 опубликовано 2012-07-26, WO 01|07833A1 опубликовано 2001-02-01, US 2005/0239005A1 опубликовано 2005-10-27, US 4380429 опубликовано 1998-12-07, EP 2479491A1 опубликовано 2012-07-25, KR 20120070201A опубликовано 2012-06-29, KR 20120074868A опубликовано 2012-07-06, KR 20120082647A опубликовано 2012-07-24, KR 20130061167A опубликовано 2013-06-10, US 5350293 опубликовано 1994-09-27. В некоторых случаях эти изобретения разрабатывались с целью стабилизации режима горения за счет подсоса раскаленных продуктов горения из топки. В этих изобретениях рециркуляция дымовых газов организовывается самими горелками без дополнительных систем подачи дымовых газов, включающих систему дымоходов и дымосос рециркуляции. Дымовые газы эжектируются в зону горения, что обеспечивает сжигание разбавленного топлива и снижение образование NOx. Недостатком способа, используемого в этих изобретениях, является: сложность и дороговизна конструкции горелок, незначительное количество подсасываемых дымовых газов из топки. Дымовые газы эжектируются топливом или воздушным потоком в устье горелки внутри основного воздушного потока, горение происходит в среде воздуха, что в общей сложности снижает эффективность подавления NOx. Рассмотренные изобретения невозможно применить для действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.

Более близким к полезной модели является группа изобретений в которых используют принцип внутритопочной рециркуляции за счет впрыска топливного газа не в воздушный поток, а снаружи устья горелки: US 5542840A опубликовано 1996-08-06, US 6773256B2 опубликовано 2004-08-10, RU 2426030C2 опубликовано 2011-08-10, US 5275552A опубликовано 1994-01-04, US 20080096146A1 опубликовано 2008-04-24, US 6007325A опубликовано 1999-12-28, US 7670135В1 опубликовано 2010-03-02, US 9593847В1 опубликовано 2017-03-14, US 9593848А1 опубликовано 2015-12-10, US 20150285491A1 опубликовано 2015-10-08, US 6875008 В1 опубликовано 2005-04-05, KR 101213883B1 опубликовано 2012-12-18. В этих изобретениях запатентованы технические решения, при которых топливной газ и/или воздух разбавляются дымовыми газами перед тем, как они смешиваются и вступают в реакцию. Основным условием надежного сжигания топливного газа при применении этой технологии является поддержание температуры в топке топливосжигающей установки выше температуры воспламенения топлива и использование устойчивого стабилизатора пламени, при этом воспламенение и стабилизация горения обеспечивается специальными амбразурами или общей температурой топки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальной амбразуры из жаропрочного бетона и невозможность их применения для действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является группа изобретений, в которых вся головка горелки (газораздающее устройство с воздушным каналом) выступает в топку: KR 101569455B1 опубликовано 2015-11-16, EP 1980788A1 опубликовано 2008-10-15, US 6071115А опубликовано 2000-06-06, KR 1020170138042 опубликовано 2017-12-14, KR 101822997B1 опубликовано 2018-02-01, JP 6595089B2 опубликовано 2019-10-23, KR 102115576B1 опубликовано 2020-05-27, KR 102143032B1 опубликовано 2020-08-11. В этой группе изобретений эжекция дымовых газов организована газовыми соплами с цилиндрическими насадками, расположенными в топке по наружному периметру воздушного канала горелки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальных жаропрочных сплавов части горелки, выступающей в топку и невозможность их применения для снижения выбросов NOx на действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.

Прототипом для полезной модели является однопоточная горелка, например установленная на котлах ТГМП-1202, ТГМП-204ХЛ, описанная в статье «Разработка и исследование энергоэффективных методов сжигания газового топлива в энергетических системах. Ахметова Р.В., Звонарева Ю.Н., Шорохов И.Р., Вестник казанского государственного энергетического университета, том: 14, номер: 1 (53), 2022 г., Страницы: 13-23, состоящей из двух каналов подачи воздуха, снабженных тангенциальными регистрам, газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора, размещенного по оси горелки, газораздающей насадки в виде конуса с отверстиями и газоподводящей трубы.

Основной целью патентуемой полезной модели является снижение выбросов NOx при сжигании топливного газа за счет малозатратной модернизации горелок без изменения элементов топки топливосжигающей установки. Решение задачи достигается тем, что на кольцевой газовый коллектор со стороны топки устанавливают газораздающие трубки, формирующие периферийный канал топливного газа, с выпускными соплами, которые заведены в топку и расположены по периметру амбразуры, на выходе кольцевого газового коллектора, вместо конуса с отверстиями, устанавливают газораздающее устройство с соплами, образующее центральный канал топливного газа, внутри кольцевого газового коллектора устанавливают устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа, состоящее из кольцевого шибера для периферийного канала топливного газа и запорных стержней центрального канала топливного газа, расположенных таким образом что при открытии входа в периферийный канал топливного газа перекрывается вход в сопла центрального канала, к шиберу прикреплена штанга, которая выведена за пределы кольцевого газового коллектора, на конце штанги установлен привод. На газовых соплах периферийного канала топливного газа могут быть установлены смесители для организации контролируемого качества эжекции. За счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов, путем эжекции дымовых газов непосредственно из топки струями топливного газа, вытекающими из сопел, газообразное топливо разбавляется дымовыми газами перед воспламенением, происходит снижение концентрации реагирующих веществ и температуры факела, что приводит к снижению образования NOx.

На фиг. 1 изображен продольный разрез горелки с газораздающими трубками, которые заведены в топку и расположены по периметру амбразуры (для примера показаны только две удлиняющие газовые трубки, по одному варианту удлиняющие газовые трубки выводят сопло в топку за пределы воздушного потока, подаваемого из горелки, по другому варианту удлиняющие газовые трубки выводит сопла на край амбразуры).

На фиг. 2 изображено устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа в положении, при котором периферийный канал топливного газа закрыт, центральный канал топливного газа открыт.

На фиг. 3 изображено устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа в положении, при котором периферийный канал топливного газа открыт, центральный канал топливного газа закрыт.

На фиг. 4 изображен вид из топки на патентуемую горелку.

Горелка состоит из двух каналов подачи воздуха 1, снабженных тангенциальными регистрами 2, газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора 3, к кольцевому газовому коллектору со стороны топки присоединены газораздающие трубки 4 и 5, формирующие периферийный канал топливного газа, газораздающие трубки 4 выводят сопла 6 в топку за пределы воздушного потока 7, газораздающие трубки 5 выводят сопла 8 на край амбразуры. Диаметры 19 и 20 (фиг. 4), на котором устанавливаются сопла 6 и 8, определяются аэродинамическими характеристиками воздушного потока, давлением топливного газа и размером амбразуры. На выходе кольцевого газового коллектора установлено газораздающее устройство с соплами 9, образующее центральный канал топливного газа, внутри кольцевого газового коллектора установлено устройство 10 (более подробно описано на фиг. 2 и 3) для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа.

В результате внедрения полезной модели струи топливного газа 11 эжектирует дымовые газы 12, разбавляются ими, подготовленное разбавленное топливо 13 достигает воздушный поток 7 из горелки и процесс горения происходит с меньшими концентрациями реагирующих веществ и температурой, что обеспечивает снижение образования NOx. На сопло газообразного топлива, может быть установлен смеситель 14, который обеспечивает смешение эжектируемых дымовых газов и топливного газа и формирование струи подготовленного разбавленного топлива. При варианте, когда газораздающие трубки 5 выводят сопла 8 периферийного канала топливного газа на край амбразуры в топку, газовые сопла 8 располагаются таким образом, что часть струи топливного газа 11 находится в воздухе, часть струи топливного газа находится в дымовых газах. Вытекающие из сопел 8 струи топливного газа эжектирует дымовые газы 12,. частично разбавляются дымовыми газами, и процесс горения происходит с меньшими концентрациями реагирующих веществ и температурой, что обеспечивает снижение образования NОx.

На фиг. 2 и 3 изображено устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа, которое состоит из кольцевого шибера 15 для периферийного канала топливного газа и запорных стержней 16 центрального канала топливного газа, расположенных таким образом что при перемещении устройства вдоль оси горелки происходит открытие входа в газораздающие трубки 4 или 5 периферийного канала топливного газа, и одновременно перекрывается вход в сопла 9 центрального канала топливного газа, к шиберу прикреплена штанга 17, которая выведена за пределы кольцевого газового коллектора, на конце штанги установлен привод 18.

Работа горелочного устройства осуществляется следующим образом: розжиг горелки происходит на центральном канале топливного газа (устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа находится в положении, при котором периферийный канал топливного газа закрыт, центральный канал топливного газа открыт. Фиг. 2), в периферийный канал топливный газ не подается. После набора мощности топливосжигающей установки выше 20% и разогреве топки до достаточных температур для стабильного воспламенения, устройство для регулирования расхода топливного газа постепенно передвигают, шибер 15 приоткрывает вход топливного газа в газораздающие трубки 4 и/или 5 периферийного канала топливного газа, а запорные стержни 16 перекрывают вход топливного газа в сопла 9 центрального канала топливного газа. В результате происходит постепенное увеличение расхода топливного газа через периферийный канал и уменьшение расхода топливного газа через центральный канал.

При достижении положения устройства для регулирования топливного газа при котором расход топливного газа чрез центральный канал составляет 10-20% от общего расхода топливного газа на горелку, производят дальнейший набор мощности горелки за счет увеличения расхода топливного газа в кольцевой газовый коллектор. При максимальной мощности горелки расход топливного газа через центральный канал может составлять 10% или менее, для обеспечения стабилизации воспламенения. На промежуточных нагрузках соотношение расхода топливного газа между периферийным и центральным каналом зависит от конструкционных особенностей конкретной топки и определяется в период проведения режимно-наладочных испытаний. При стабильном горении топливного газа в топке топливосжигающей установки возможно отключение подачи топливного газа в центральный канал за счет перемещения устройства для регулирования расхода в крайнее положение (устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа в положении, при котором периферийный канал топливного газа открыт, центральный канал топливного газа закрыт. Фиг. 3).

Использование модернизированной однопоточной горелки обеспечивает снижение содержания NOx в дымовых газах на 40-70% без снижения технико-экономических характеристик работы топливосжигающей установки, строительства внешней системы подачи дымовых газов рециркуляции и строительства дополнительной системы трубопроводов и арматуры подачи топливного газа для организации дополнительного канала топливного газа в горелке.

Claims (2)

1. Однопоточная горелка, содержащая два канала подачи воздуха, снабженных тангенциальными регистрами, газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора, расположенного на оси горелки, отличающаяся тем, что на кольцевой газовой коллектор со стороны топки присоединены газораздающие трубки, формирующие периферийный канал топливного газа, с выпускными газовыми соплами, которые заведены в топку и расположены по периметру амбразуры, на выходе кольцевого газового коллектора установлено газораздающее устройство с соплами, образующее центральный канал топливного газа, внутри кольцевого газового коллектора установлено устройство для регулирования расхода топливного газа между центральным и периферийным каналом топливного газа, состоящее из кольцевого шибера для периферийного канала топливного газа и запорных стержней для центрального канала топливного газа, расположенных таким образом, что при открытии входа в периферийный канал топливного газа перекрывается вход в сопла центрального канала, к шиберу прикреплена штанга, которая выведена за пределы кольцевого газового коллектора, на конце штанги установлен привод.

2. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что на газовых соплах периферийного канала топливного газа установлены смесители.

Images