способ и устройство для сжигания пылевидного топлива

Формула изобретения

1. Способ сжигания пылевидного топлива в котле с тангенциальной топкой и уменьшения выделения окислов азота, включающий подачу по существу воздуходефицитной смеси топлива и первичного воздуха через топливоподводящую трубу тангенциально к условной окружности в центре котельной топки для образования восстановительного пламени и вдувание по меньшей мере одного потока вторичного воздуха для сжигания в топку, отличающийся тем, что обеспечивают рециркуляцию и турбулентность потока смеси первичного воздуха и топлива у открытого конца топливоподводящей трубы путем пропускания его через держатель пламени, выступающий в топливоподводящую трубу, а поток вторичного воздуха для сжигания направляют аксиально относительно потока смеси первичного воздуха и топлива и в сторону от последнего для предотвращения их перемешивания и обеспечения сжигания в восстановительном пламени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток вторичного воздуха для сжигания вдувают в топку по окружности вокруг потока смеси первичного воздуха и топлива с образованием разделительной зоны вокруг восстановительного пламени.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что скорость потока вторичного воздуха для сжигания составляет 30 80 м/с.

4. Способ по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что скорость потока первичного воздуха составляет 15 25 м/с.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает в себя операцию подачи по меньшей мере потока верхнего третичного воздуха для сжигания в топку над центральной осью топливоподводящей трубы и по меньшей мере потока нижнего третичного воздуха для сжигания под центральной осью топливоподводящей трубы для обеспечения дальнейшего сжигания топлива, причем потоки верхнего и нижнего третичного воздуха подают в топку на участках, удаленных от места выхода потока смеси топлива и первичного воздуха, и направляют эти потоки воздуха соответственно вверх и вниз от потока упомянутой смеси.

6. Способ по пп. 2 и 5, отличающийся тем, что потоки верхнего и нижнего третичного воздуха подают в топку на участках, удаленных от места выхода вторичного воздуха, и направляют их вверх и вниз от потока смеси первичного воздуха и топлива.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что потоки третичного воздуха также направляют в стороны от потока вторичного воздуха.

8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что обеспечивают циркуляцию потока вторичного воздуха вокруг потока топлива.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что "число завихрения" потока вторичного воздуха составляет 0,5 и 1,0.

10. Устройство для сжигания пылевидного топлива в котле с тангенциальной топкой и уменьшения выделения окислов азота, содержащее центральную топливоподводящую трубу для подачи смеси топлива и первичного воздуха тангенциально к условной окружности в центре котельной топки, по меньшей мере один воздушный канал, расположенный вблизи упомянутой трубы и образующий проход для подачи потока вторичного воздуха для сжигания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит держатель пламени, расположенный на конце топливоподводящей трубы, выступающей в нее, и имеющий отверстие для прохода упомянутой смеси в топку, расположенные на открытом конце канала вторичного воздуха для сжигания средства для направления вторичного воздуха в сторону от потока смеси первичного воздуха и топлива для предотвращения их смешивания и обеспечения сжигания в восстановительном пламени.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что канал вторичного воздуха расположен по окружности вокруг топливоподводящей трубы с образованием разделительной зоны между кольцевым потоком вторичного воздуха и восстановительным пламенем.

12. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере канал для подачи по меньшей мере потока верхнего третичного воздуха для сжигания в топку над центральной осью топливоподающей трубы и по меньшей мере канал для подачи потока нижнего третичного воздуха для сжигания под центральной осью топливоподводящей трубы для обеспечения дальнейшего сжигания топлива, при этом открытые концы каналов для верхнего и нижнего третичного воздуха удалены от места выхода потока смеси топлива и первичного воздуха и содержат средства для направления потоков третичного воздуха соответственно вверх и вниз от потока смеси топлива и первичного воздуха.

13. Устройство по любому из пп. 10 12, отличающееся тем, что средства для направления потоков третичного воздуха выполнены в виде направляющих муфт, расположенных на конце каналов для третичного воздуха под углом 5 40^o к центральной оси устройства.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что частное от деления длины направляющей муфты на высоту канала третичного воздуха равно или больше 2.

15. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что оно содержит промежуточные направляющие муфты в канале для третичного воздуха, причем частное от деления длины промежуточной направляющей муфты на высоту пространства между направляющей муфтой и стенкой канала для третичного воздуха равно или больше 2.

16. Устройство по любому из пп. 10 15, отличающееся тем, что держатель пламени содержит направляющую муфту, установленную у конца канала вторичного воздуха под углом 15 25^o относительно центральной оси устройства.

17. Устройство по любому из пп. 10 16, отличающееся тем, что держатель пламени содержит зубчатый фланец, выступающий в топливоподводящую трубу.

18. Устройство по любому из пп. 10 17, отличающееся тем, что содержит горловину Вентури внутри топливоподводящей трубы.

19. Устройство по любому из пп. 10 18, отличающееся тем, что содержит концентратор топлива, расположенный вдоль центральной оси топливоподводящей трубы и имеющий утолщение, образующее угол 5 60^o на ведущей стороне потока топлива и угол 5 30^o на выходной стороне потока топлива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа для сжигания пылевидного топлива в котле с тангенциальной топкой и создания восстановительных условий для восстановления окислов азота.

Изобретение также касается устройства для осуществления данного способа.

В настоящее время уменьшение вредных выбросов отработанных газов электростанций стало одной из основных целей при разработке современных технологий и устройств для сжигания. Выбросы, например, окислов серы и твердых веществ, можно в значительной степени контролировать с помощью современных технологий, но выбросы окислов азота все еще представляют проблему, которая полностью не решена. Хорошо известно, что окислы азота, образующиеся в процессе сжигания, являются одной из основных причин загрязнения воздуха, поэтому были осуществлены определенные фундаментальные усовершенствования в горелках или усовершенствования всей системы сжигания. Особая проблема, которая возникает при сжигании пылевидного топлива, состоит в том, что органически связанный азот (содержание азота в угле и торфе составляет, например, 1-2 мас. %) в процессе сжигания высвобождается в газовую фазу, образуя большие выбросы окислов азота.

Во время первой стадии сжигания угля, то есть пиролиза, большая часть топливного азота высвобождается в газовую фазу и образуются газообразные соединения, такие как, HCN и NH₃. По окончании пиролиза меньшие объемы топливного азота содержатся в оставшихся после пиролиза твердых частицах в виде так называемого "обугленного азота". При высоком содержании кислорода в этом процессе большая часть NH₃ и NCH окисляется до окиси азота. При достаточно низкой концентрации кислорода эти соединения имеют тенденцию восстанавливаться до молекулярного. Известно также, что HCN и NH₃ могут восстанавливать уже образовавшиеся окислы азота в молекулярный N₂ в условиях низкого содержания кислорода и высокой температуры.

Другой факт состоит в том, что некоторые химические радикалы, особенно радикалы CH₁, являющиеся промежуточными продуктами горения, могут восстанавливать окислы азота, и, как следствие, вновь образуются NH₃ и HCN, которые могут дальше восстанавливать окислы азота. Чем выше температура и чем ниже содержание кислорода, тем надежнее должны протекать эти восстановительные реакции. Следовательно, чтобы подавить образование окислов азота при сжигании угля или другого пылевидного топлива, техническая проблема заключается в создании атмосферы, имеющей низкую концентрацию кислорода и высокую температуру.

В общем, процесс сжигания, называемый двухступенчатым cжиганием, относится к этой низкокислородной области для восстановления выделяющихся окислов азота. В этом процессе в зоне горелки сжигательной топки образуется зона с дефицитом воздуха, и количество воздуха, восполняющее указанный выше дефицит, подается через так называемое послевоздушное отверстие, расположенное за горелками, чтобы осуществить полное сжигание, за счет чего сжигание во всей топке улучшается, уменьшая таким образом количество выбросов окислов азота. Однако при подобном двухступенчатом сжигании в воздуходефицитной зоне горелки образуются полусожженные частицы угля (обугленный материал), и требуется большое свободное пространство в топке для полного сжигания этого обугленного материала с воздухом, поступающим через послевоздушное отверстие. Следовательно, несмотря на то, что описанный выше процесс сжигания (двухступенчатое сжигание) довольно эффективен для снижения выделения окислов азота при сжигании, он обладает рядом недостатков, таких, как несгоревший углерод и нестабильные условия пламени.

Поэтому была разработана новая конструкция горелки с низким выделением окислов азота, в которой воздуходефицитная зона образуется очень близко к наконечнику горелки и двухступенчатое сжигание осуществляется с помощью одной горелки. Эта ступенчатая технология сжигания одной горелкой в совокупности с разделением на стадии во всей топке (технология подачи воздуха над пламенем, далее по тексту OFA) очень эффективна для снижения выделения окислов азота. В патенте США 4545307 раскрыта горелка такого типа с низким выделением окислов азота. Горелка, описанная в упомянутом патенте, предназначена для установки перпендикулярно в стене топки. Эти горелки снабжены держателем пламени на открытом конце топливоподводящей трубы, что способствует быстрому воспламенению пылевидного топлива, следовательно, можно допустить образование высокотемпературной восстановительной зоны вблизи горелки. Кроме уменьшения выделения окислов азота, держатель пламени эффективен также для уменьшения количества несгоревшего углерода. В горелках этого типа пылевидное топливо подается с воздухом-носителем, составляющим 20-20% от всего воздуха для сжигания, проходящего через угольную трубу и вдуваемого через инжекционное отверстие и держатель пламени в сжигательную топку. На наружной части горелки поток вторичного воздуха, имеющий завихренное движение, придаваемое ему воздушными крыльчатками, пропускается через регулирующий клапан для вторичноного воздуха. Далее в наружной части поток третичного воздуха пропускается через регулирующий клапан для третичного воздуха и он тоже имеет завихренное движение, придаваемое ему радиальной вихревой форсункой. Для снижения концентрации окислов азота необходимо, чтобы зона первичного сжигания была отделена от вторичного и третичного воздушных потоков возле горловины, чтобы образовать удовлетворительную восстановительную атмосферу и, с другой стороны, усилить перемешивание несгоревшего углерода и третичного воздуха за пламенем.

Эти современные горелки с низким выделением окислов азота предназначены для установки перпендикулярно в стене топки (в котлах с пристенной топкой), и их пламя направлено перпендикулярно к центру топки. В котлах с пристенной топкой содержится несколько отдельных горелок, установленных друг за другом, и все горелки имеют собственное отдельное пламя. Стабилизация пламени всех горелок и разделение на стадии осуществляются отдельно при использовании горелок с высокозаниженным движением воздуха для сжигания. В горелках известного типа (например согласно патенту США 4545307) ступенчатое сжигание в воздуходефицитных зонах происходит отдельно в каждом пламени, вблизи горелки образуется восстановительная зона и количества окислов азота и несгоревшего углерода снижаются.

В котлах с тангенциальной топкой горелки расположены перпендикулярно в каждом углу и их пламя и воздух для сжигания направлены к противоположному углу, чтобы образовать вихрь в центре топки. В котлах с тангенциальной топкой топливо и воздух для сжигания вдуваются в котел аксиально и окончательное перемешивание происходит в центральном вихре (огненном шаре). Центральный вихрь компенсирует отсутствие завихрения воздуха для сжигания и обеспечивает стабилизацию пламени. Тангенциальная струйная горелка известного типа содержит, как правило, топливную трубу, канал для вторичного воздуха и иногда промежуточный воздушный канал для охлаждения материалов между топливной трубой и каналом для вторичного воздуха. Обычно при использовании струйных горелок расстояние между точкой воспламенения и горловиной горелки составляет 2-3 м и сжигание топлива происходит в основном в центральном вихре. Перед точкой воспламенения параллельные потоки топлива и воздуха для сжигания перемешиваются, вызывая сжигание в окислительной атмосфере и образуя выделения окислов азота. При двухступенчатом сжигании воздуходефицитная восстановительная зона не образуется вплоть до центрального вихря и не происходит разделения на ступени в потоке топлива между горловиной горелки и центральным вихрем. Разделение на ступени касается только пламени центрального вихря и такого глубокого разделения на ступени, как в современных пристенных горелках с низким выделением окислов азота, при использовании струйных горелок не достигается.

Выделение окислов азота в существующих котлах с тангенциальной топкой может быть снижено за счет модификации конструктивного выполнения котла и горелок и установки системы подачи воздуха над пламенем (OFA) вместо установки совершенно новых горелок с низким выделением окислов азота. Обычно это означает, что сжигание задерживается и, как следствие, возрастает количество несгоревшего углерода, и можно достичь только умеренного восстановления окислов азота. В патенте США 5020454 описана система сжигания для котлов с тангенциальной топкой. Эта система содержит воздушную камеру и первую группу топливных форсунок, установленных в воздушной камере для вдувания совокупного топлива из этой группы форсунок в топку, чтобы создать в ней первую зону с богатым содержанием топлива, вторая группа топливных форсунок установлена в воздушной камере для вдувания топлива из этой группы форсунок в топку, чтобы создать вторую зону с богатым содержанием топлива, и смещенное воздушное сопло установлено в воздушной камере для вдувания смещенного воздуха в топку и к стенам топки. Эта система также содержит два набора сопел для воздуха над пламенем. В такой системе в топке образуются зоны с богатым содержанием топлива и ступенчатое сжигание происходит во всей топке. Выделение окислов азота при этом уменьшается, но система обладает рядом недостатков. Она очень сложна, и топка требует довольно серьезных модификаций. Невозможно достичь глубокого разделения на ступени, так как воздух для сжигания быстро перемешивается с топливом и поэтому трудно поддерживать восстановительные условия в зоне пламени. В таких модифицированных котлах разделение на ступени происходит в основном вихре, а не в зоне первичного сжигания, так как воспламенение задерживается.

Так как требования к контролю за выделением окислов азота в котлах с тангенциальной топкой также возрастают, существует необходимость в усовершенствованных способах сжигания и горелках, которые можно было бы внедрить в существующих котлах с тангенциальной топкой.

Задача изобретения заключается в создании совершенно нового типа горелки и способа сжигания для уменьшения выделения окислов азота в котлах с тангенциальной топкой.

Другая задача изобретения состоит в разработке нового способа уменьшения проблем шлакообразования в котлах с тангенциальной топкой, уменьшения количества несгоревшего углерода и улучшения стабильности пламени.

В основу изобретения положено управление воздушным и топливным потоками в горелках котла с тангенциальной топкой, за счет которого воздуходефицитная смесь первичного воздуха и топлива подается через держатель пламени в зону сжигания, и по меньшей мере один поток воздуха для сжигания направляется вокруг потока первичного топлива в центральный вихрь, так что воздух для сжигания по существу не смешивается с топливом до центрального вихря, и воздуходефицитная восстановительная зона образуется вблизи выпускного отверстия горелки.

Согласно одному варианту изобретения поток вторичного воздуха для сжигания подается вокруг пламени, образованного топливом, чтобы образовать разделительную зону воздуха вокруг пламени, и поток третичного воздуха для сжигания направляется к водяным экранам и горизонтально от пламени.

Горелка согласно изобретению ниже именуется как горелка NR-JET.

Более конкретно, способ согласно изобретению отличается признаками, раскрытыми в отличительной части п. 1 формулы изобретения.

Кроме того, устройство согласно изобретению отличается признаками, раскрытыми в отличительной части п. 10 формулы изобретения.

Изобретение обладает существенными преимуществами.

Основная задача и преимущество изобретения заключается в значительном уменьшении выделения окислов азота в отработанных газах. За счет изобретения выделения окислов азота в котлах с тангенциальной топкой могут быть снижены по меньшей мере до уровня их выделения в современных котлах с пристенной топкой. Разделение на ступени происходит и в отдельной зоне первичного сжигания перед горелкой, и затем в основном вихре с воздухом над пламенем. При использовании этого нового способа сжигания можно достичь более глубокого разделения сжигания на ступени, чем в обычных котлах с тангенциальной топкой.

Проблема образования шлака, свойственная котлам с тангенциальной топкой, исключается за счет направления воздуха к водяным экранам и создания таким образом окислительной атмосферы вблизи стен. Количество несгоревшего углерода уменьшается благодаря быстрому воспламенению топлива и в то же время улучшается стабильность пламени. Конструктивное выполнение горелки NR-JET относительно просто. Согласно изобретению, основное применение горелки NR-JET - это модернизация старых котлов с тангенциальной топкой. Если оборудовать старый котел такими горелками, выделение окислов азота заметно снизится, а также повысится эффективность сжигания.

Согласно изобретению создан совершенно новый тип горелки с низким выделением окислов азота для котлов с тангенциальной топкой, а именно горелка NR-JET, в которой использованы некоторые упомянутые выше принципы, применяемые в горелках с низким выделением окислов азота для пристенного сжигания. В котле, оборудованном горелками NR-JET, разделение на ступени происходит и в зоне первичного сжигания перед горелкой. и в основном вихре с OFA. В горелке NR-JET пылевидное топливо вдувается в топку с воздухом-носителем, количество которого составляет 20-30% от общего количества воздуха для сжигания в cжигательной топке. Вокруг топливной трубы имеется концентрически расположенный канал для вторичного воздуха, через который вторичный воздух вдувается в топку. В верхней и нижней частях горелки имеются каналы для третичного воздуха и соответствующие инжекционные отверстия. Поток топлива отделен от потоков третичного воздуха с помощью разделителей, чтобы создать хорошую восстановительную атмосферу в зоне первичного сжигания. Кроме разделителей, оба инжекционных отверстия для третичного воздуха снабжены направленными наружу направляющими муфтами, которые направляют струи третичного воздуха по вертикали в сторону от зоны первичного сжигания. Третичный воздух также может быть направлен по горизонтали от центра топки к водяным экранам. Таким образом, кислород удерживается на водяных экранах и улучшается поглощение нижнего тепла топки. Это также исключает тенденцию к образованию шлака в нижней топке и увеличению температуры на выходе из топки за счет больших объемов воздуха, подаваемого над пламенем.

На фиг. 1 показаны вид спереди и поперечное сечение традиционной струйной горелки для котлов с тангенциальной топкой; на фиг. 2 - то же, один из вариантов; на фиг. 3 - то же, второй вариант; на фиг. 4 - то же, третий вариант; на фиг. 5 - четвертый вариант; на фиг. 6 - принцип направления струи третичного воздуха горизонтально к направлению водяного экрана. Изображенные углы являются только иллюстративным примером.

Существует три варианта этой горелки, а именно: NR-JET 1, NR-JET 2 и NR-JET 3. Все горелки марки NR-JET работают на одном и том же принципе, но необходимость в конструктивном изменении вызвана недостатком пространства в существующих котлах /горловинах горелок. Горелка NR-JET 3 имеет самые лучшие характеристики сжигания и самое низкое выделение окислов азота, но горловина этой горелки имеет самый большой диаметр, что ограничивает ее применение.

Предпочтительное конструктивное выполнение горелки, использованной для осуществления изобретения изображено на фиг.2-5. На фиг. 1-4 показана также форма пламени и разные зоны сжигания для иллюстрации процесса сжигания.

На этих фигурах 1о обозначает зону улетучивания, I - зону первичной рециркуляции, II - восстановительную зону, III - зону энергичного турбулентного сжигания, IV - третичную зону рециркуляции, V- зону торможения, VI - зону вторичной рециркуляции и VII - основной вихрь.

Традиционная струйная горелка состоит из прямоугольной трубы 1 для распыленного угля и инжекционного отверстия 2 в этой трубе. Вокруг топливной трубы 1 имеется канал 3 для верхнего вторичного воздуха, содержащий отверстие 4 для вдувания верхнего вторичного воздуха, и канал 5 для нижнего вторичного воздуха с отверстием 6 для вдувания нижнего вторичного воздуха. Как видно из фиг.1, восстановительная зона очень маленькая.

На фиг. 2 изображена горелка NR-JET 1, выполненная согласно изобретению. Эта горелка содержит прямоугольную трубу 1 для распыленного угля и инжекционное отверстие 2 в выпускном конце этой топливной трубы. Вокруг топливной трубы концентрически размещен канал 7 для вторичного воздуха, образующий проход для вторичного воздуха вокруг внешней периферии трубы 1 для пылевидного топлива и инжекционное отверстие 8 для канала 7. Горелка NR-JET 1 также снабжена держателем пламени 9, который включает в себя фланец 9a, расположенный внутри угольной трубы 1, и направляющую муфту 9b в канале 7 для вторичного воздуха. Фланец 9a имеет такую же прямоугольную форму как и поперечное сечение инжекционного отверстия 2 топливной трубы 1 и проходит перпендикулярно центральной оси топливной трубы 1. Поперечное сечение фланца 9a может представлять собой сплошное кольцо, но в данном конструктивном выполнении фланец 9a снабжен зубьями, которые выступают в топливную трубу 1. Канал 7 для вторичного воздуха окружает концевую часть угольной трубы 1 и наружная направляющая муфта 9b держателя пламени 9 для вторичного воздуха выступает в канал 7. Кроме того, внешняя часть канала 7 для вторичного воздуха в горелке NR-JET 1 снабжена расположенной под углом направляющей муфтой 10. Вертикальный наружный угол ₂ этой расположенной под углом муфты обычно составляет 5-40^o относительно центральной оси горелки.

Держателем пламени 9 является кольцо, окружающее внутреннюю стенку топливной трубы 1, и оно выполнено из износо- и термостойкого материала, например керамики или жаропрочной стали, или покрыто таким материалом. В данном конструктивном выполнении держатель пламени 9 представляет собой прямоугольный или цилиндрический с полыми обводами элемент, содержащий отверстие, через которое поток распыленного угля пропускается в его центральную часть, и расположенный в конце топливной трубы 1 с отверстием Внутренняя сторона держателя пламени, фланец 9a, проходит почти перпендикулярно осевому направлению топливной трубы 1, а ее направляющая муфта 9b для вторичного воздуха образована либо параллельно осевому направлению трубы для распыленного топлива к сжигательной топке, либо под таким углом, что диаметр направляющей муфты увеличен в радиальном направлении канала 7 для вторичного воздуха. Кроме того, для усиления воспламеняемости на выходе из инжекционного отверстия топливной трубы 1 и для создания надежного высокотемпературного восстановительного пламени на выходе фланец 9a образует зазубренный фартук, выступающий на внутренней периферийной поверхности топливной трубы 1 на выходе из ее инжекционного отверстия 2 по направлению к центру топливной трубы 1 для обеспечения эффективности изобретения. Этот фартук может представлять собой сплошное кольцо, но в данном варианте конструктивного выполнения оно зубчатое, т.е. в нем имеются вырезанные части. Предпочтительно, внутренний диаметр или размер d₁ этого кольца 9a держателя пламени 9 и внутренний диаметр d₂ топливной трубы 1 выбираются таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношение 0,7(d₁/d₂)0,98, и наиболее предпочтительно, d₁/d₂ должно составлять приблизительно 0,9. Отношение d₁/d₂ не ограничено приведенным выше интервалом, но если d₁/d₂ слишком мало, держатель пламени будет чрезмерно выступать в топливную трубу 1, увеличивая расход потока пылевидного топлива, проходящего через инжекционное отверстие, и, следовательно, увеличивая падение давления внутри топливоподводящей трубы.

Угол ₁, образованный между расположенной под углом направляющей муфтой 9 для вторичного воздуха и центральной осью топливной трубы, как правило, составляет 15-25^o, чтобы обеспечить достаточный эффект поддержания пламени и эффективно отделить центральное восстановительное пламя от основного окислительного пламени и воздуха для сжигания.

Горелка NR-JET 2 содержит прямоугольную трубу 1 для угля, снабженную инжекционным отверстием 2. Вокруг топливной трубы концентрически размещен канал 7 для вторичного воздуха, образующий проход для вторичного воздуха вокруг внешней периферии трубы 1 для угля, и инжекционное отверстие 8 канала 7. В верхней и нижней частях горелки имеются канал 11 для верхнего третичного воздуха и канал 13 для нижнего третичного воздуха, снабженные инжекционными отверстиями 12 и 14 соответственно. Между каналом 11 для третичного воздуха и каналом 7 для вторичного воздуха имеется верхний разделитель 16, а между каналом 13 для нижнего третичного воздуха и каналом 7 для вторичного воздуха имеется нижний разделитель 15. Основная функция этих разделителей - разделять потоки вторичного и третичного воздуха, чтобы защитить образование восстановительной зоны II впереди горелки. Высота (d₃) разделителей 15 и 16 обычно составляет 30 - 350 мм. Держатель пламени 9 выполнен аналогично держателю пламени, использованному в горелке NR-JET 1.

Оба канала 11 и 13 для верхнего и нижнего третичного воздуха также снабжены направляющими муфтами 17 и 18, имеющими вертикальный угол ₃. Как правило, ₃ составляет 4 -40^o. Для достижения удовлетворительного воронкообразного эффекта для третичного воздуха в инфекционных отверстиях 12 и 14 длины этих муфт должны быть подобраны таким образом, чтобы длина l муфты и высота прохода h₁ для третичного воздуха соотносились как l/h₁2 (фиг. 3). Можно укоротить эти муфты за счет использования промежуточных направляющих муфт 17a и 18a, не теряя при этом воронкообразный эффект, но в этом случае муфты должны быть выполнены таким образом, чтобы отношение длины l муфт к высоте h₂ канала, образованной между промежуточной направляющей муфтой и стенкой воздушного канала, составляло l/h₂ 2.

Тангенциальная струйная горелка NR-JET 3, в основном, аналогична горелке NR-JET 2, за исключением того, что предусмотрены воздушные крыльчатки 19 в проходе канала 7 для вторичного воздуха. Эти осевые воздушные крыльчатки 19 придают потоку вторичного воздуха тангенциальную компоненту скорости, улучшая турбулентное горение возле горловины горелки. Как правило, количество воздушных крыльчаток 19 составляет 8-15, и они расположены под углом 40-50^o к осевому направлению, так что число завихрения составляет 0,5 - 1,0, Другое отличие между NR-JET 2 и NR-JET 3 заключается в форме топливной трубы и воздушных каналов. Топливная труба 1, отверстие 2 для вдувания топлива, канал 7 для вторичного воздуха и отверстие 8 для вдувания вторичного воздуха имеют цилиндрическую форму и снабжены держателем пламени 9, который содержит направляющую муфту 9b для вторичного воздуха и зазубренный фланец 9a. Держатель пламени 9, разделители 15 и 16, каналы 11 и 13 для третичного воздуха и их инжекционные отверстия 12 и 14 имеют цилиндрическую форму.

Количество первичного воздуха зависит в основном от производственных условий и составляет, как правило, 20 - 30%. Оптимальная скорость первичного воздуха 15-25 м/c. Согласно изобретению, цель использования вторичного воздуха заключается в том, чтобы препятствовать распространению потока, состоящего из угля и первичного воздуха. Вторичный воздух пропускается вокруг восстановительного пламени 11 с большой скоростью, и он образует разделительную зону (оболочку), уменьшая количество частиц угля, притягиваемых к стенам котельной топки, и снижая шлакообразование в котле. Кроме того, количество первичного и вторичного воздуха должно обеспечить сжигание летучего материала топлива. Следовательно, количество вторичного воздуха определяется концентрацией летучих веществ в угле или другом топливе, и, как правило, составляет менее 30%. Для достижения достаточного обволакивающего эффекта и соответствующего смешивания вторичного воздуха и смеси первичного воздуха с топливом скорость вторичного воздуха должна быть достаточно высокой, около 30 - 80 м/c. Остальная часть воздуха для сжигания вдувается через отверстия для вдувания третичного воздуха, и соотношение между массовыми потоками вторичного и третичного воздуха составляет 1:2 - 1:5. Скорость третичного воздуха в отверстии для вдувания третичного воздуха составляет 30 - 80 м/c. Если содержание летучих веществ в топливе низкое, количество первичного воздуха может быть достаточным для сжигания этих летучих веществ в восстановительном пламени. В этом случае необходимо исключить смешивание вторичное воздуха с восстановительным пламенем. В данном варианте поток вторичного воздуха аналогичен потоку третичного воздуха, и не используется отдельных потоков вторичного воздуха как в горелках NR-JET 2 и 3. При этом канал для воздуха для сжигания может окружать канал для смеси первичного воздуха с топливом или он может быть выполнен в виде двух каналов над и под топливной трубой.

Еще один важный факт касается стабилизации пламени и перемешивания: при использовании завихряющих горелок третичный воздух имеет число завихрения, которое обеспечивает удовлетворительное перемешивание за пламенем и стабилизацию. В тангенциальной горелке NR-JET третичный воздух имеет только осевой момент импульса, но в этом случае центральный вихрь компенсирует отсутствие завихрения и обеспечивает перемешивание и стабилизацию пламени.

В традиционной струйной горелке (осевые потоки, отсутствие завихрения, фиг. 1) точка воспламенения находится далеко от топливной трубы, зона улетучивания 10 большая, пламя нестабильное и восстановительная зона II отсутствует или очень маленькая, что ведет к высокому выделению окислов азота. Действительная стабилизация пламени в котлах с тангенциальной топкой при использовании традиционных струйных горелок происходит в зоне основного вихря VII. Зона турбулентного (окислительного) горения III образуется на внешнем граничном слое потока первичного воздуха и в основном вихре.

Горелка NR-JET 1 снабжена держателем пламени 9, который усиливает образование зоны первичной рециркуляции 1, улучшающей воспламенение и стабильность пламени. Вторичный воздух проходит вокруг первичного воздуха и топлива с большой скоростью, и это препятствует распространению топливного потока. Проход 8 для вторичного воздуха выполнен таким образом, чтобы отводить часть вторичного воздуха (фланец 9a + муфта 9b), ₂ от первичного воздуха и топлива. В результате этого восстановительная зона II больше и расположена ближе к горловине горелки, чем в традиционной струйной горелке.

Так же как и горелка NR-JET 1, горелка NR-JET 2 снабжена держателем пламени 9, который усиливает образование зоны первичной рециркуляции 1, улучшающая воспламенение и стабильность пламени. Воспламенение и стабильность пламени в горелке NR-JET 2 улучшены по сравнению с горелкой NR-JET 1 благодаря наличию зоны третичной рециркуляции IV. Это является следствием образования зоны пониженного давления между потоками вторичного и третичного воздуха, причем горячие дымовые газы из основного вихря рециркулируют назад, в зону сжигания. Кроме того, меньшее количество вторичного воздуха примешивается в зоне улетучивания, что исключает эффект разбавления и улучшает воспламенение и стабильность пламени по сравнению с горелкой NR-JET 1. Благодаря этим эффектам улетучивание происходит быстрее и зона улетучивания меньше. Перед обоими разделителями образуется зона торможения V, которая препятствует примешиванию третичного воздуха к зоне восстановления II, так что это не нарушает образование восстановительных условий. Длина разделителей (d₃) определяет горизонтальную длину зоны торможения V, при этом чем больше d₃, тем эффективнее зона торможения и снижение количества окислов азота. Кроме разделителей, примешиванию третичного воздуха к восстановительной зоне II препятствуют также направляющие муфты 17 и 18 для третичного воздуха, так как эти муфты отводят третичный воздух от зоны первичного сжигания. Отверстие для вдувания верхнего третичного воздуха направлено вверх, а отверстие для нижнего воздуха - соответственно вниз от зоны первичного сжигания, чтобы исключить смешивание с пламенем до центрального вихря (огненного шара), в котором происходит окончательное окисление топлива.

Помимо направления отверстий 12 и 14 для вдувания третичного воздуха вверх и вниз, они еще выполнены таким образом, чтобы направлять третичный воздух от центра топки и в направлении к водяным экранам 23 топки (фиг.6). За счет этого кислород удерживается вдали от центра топки и вблизи водяных экранов 23, чтобы предотвратить образование там восстановительной атмосферы. Снижается также шлакообразование в нижней топке и увеличивается поглощение тепла в ней. Угол ₇ между потоком 26 третичного воздуха и экраном 23 предпочтительно составляет 5-45^o, и соответственно установлены направляющие муфты в проходах для третичного воздуха. На фиг. 6 показан также поток топлива 25 от угла топки к центральному вихрю 24, где происходит окончательное сжигание топлива.

Благодаря наличию разделителей и разделению вторичного и третичного воздуха, восстановительная зона II в горелке NR-JET 2 больше, чем в традиционной струйной горелке и в горелке NR-JET 1.

Горелка NR-JET 3 выполнена аналогично горелке NR-JET 2, но топливная труба 1, канал 7 для вторичного воздуха и отверстие 8 для вдувания вторичного воздуха имеют круглую форму. За счет такой формы можно снабдить канал 7 для вторичного воздуха осевой вихревой форсункой. Число завихрения составляет 0,5 - 1,0. За счет завихрения вторичного воздуха между струями первичного и вторичного воздуха образуется зона рециркуляции вторичного воздуха VI, образуя место наивысшей интенсивности, и теплопередача в зону первичного сжигания усиливается. Это улучшает стабилизацию пламени, улетучивание происходит более быстро, и образуется восстановительная зона большего размера. При таком конструктивном выполнении можно достичь минимального количества несгоревшего углерода (благодаря быстрому воспламенению) и минимальных выделений окислов азота (за счет увеличения зоны восстановления).

При использовании горелок типа NR-JET 1, 2 и 3 можно применять внутри топливной трубы 1 трубку Вентури 20 и элемент 22 для концентрации пылевидного топлива (P.F. концентратор). Топливная труба такого типа изображена на фиг. 5. Трубка Вентури 20 расположена на некотором расстоянии от выпускного конца топливной трубы 1, а концентратор проходит через горловину трубки Вентури. Размеры концентратора 22 начинают увеличиваться одновременно с увеличением внутреннего диаметра топливной трубы 1 за трубкой Вентури 20. Размеры концентратора 22 начинают уменьшаться возле выхода трубы 1, и концентратор 22 заканчивается вблизи держателя пламени 9. Благодаря трубке Вентури 20 можно достичь более равномерного распределения частиц топлива перед концентратором 22. Для улучшения воспламенения при повышении концентрации пылевидного топлива вокруг держателя пламени наиболее эффективна стабилизация пламени. При двухфазном потоке, состоящем из газа и частиц, если его путь расширен, возникает неоднородная концентрация из-за разницы импульсов газа и частиц, поэтому используется концентратор P.F. Концентратор топлива устанавливается вдоль центральной оси топливной трубы и имеет утолщение, образующее угол величиной 5-60^o (₅) на ведущей стороне топливного потока и угол 5-30^o (₆) на выпускной стороне топливного потока.