способ растопки котлоагрегата с вихревой горелкой и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ растопки котлоагрегата путем подачи потоков аэросмеси и вторичного воздуха через вихревую горелку, отличающийся тем, что часть потока аэросмеси разогревают в плазменной струе для частичной термоподготовки и газификации аэросмеси, а оставшуюся часть холодного потока аэросмеси смешивают с горячей аэросмесью на выходе из торца трубы аэросмеси и в эту смесь подают закрученный поток вторичного воздуха.

2. Установка для растопки котлоагрегата, содержащая вихревую горелку с трубой, размещенной внутри трубы аэросмеси, трубу вторичного воздуха и плазмотрон, отличающаяся тем, что плазмотрон размещен вблизи выходного торца внутренней трубы, в которой имеются два отверстия, перекрываемые шиберами, для ввода внутрь трубы части аэросмеси, а торец внутренней трубы аэросмеси заглублен относительно торца трубы вторичного воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки котла и стабилизации горения пылеугольного факела на энергетических и водогрейных котлах с вихревыми горелками.

Известны конструкции вихревых пылеугольных горелок, в которых потоки аэросмеси и вторичного воздуха подвергаются закручиванию в тангенциальном направлении с целью улучшения процесса перемешивания. В зависимости от характеристик применяемого угля, параметров и конструкции котлоагрегата вихревые горелки могут выполняться двухулиточными с улиточными завихрителями пылевоздушной смеси и вторичного воздуха, либо с улиточным завихрителем пылевоздушной смеси и лопаточным аксиальным завихрителем вторичного воздуха, либо с прямоточным каналом пылевоздушной смеси с рассекателем на выходе и улиточным завихрителем вторичного воздуха. Но независимо от способа закручивания потоков аэросмеси и вторичного воздуха каждая конструкция горелки включает мазутную форсунку для первоначального розжига котлоагрегата. Кроме первоначального розжига, мазутная форсунка может применяться в случае необходимости для подсветки (поддержания горения пылеугольного факела).

К недостаткам использования таких конструкций вихревых горелок следует отнести то, что для розжига котлоагрегата и подсветки пылеугольного факела применяется топочный мазут. В зависимости от мощности котлоагрегата расход мазута на одну растопку составляет от 3 до 100 тонн и более (Бузников Е.Ф., Роддатис К. Ф. , Берзиньп Э.Я. Производственные и отопительные котельные. Москва, Энергоатомиздат, 1984, с. 248). Помимо экономических вопросов, использование мазута, особенно совместное его сжигание с углем, влечет за собой ряд технических и экологических проблем. К ним следует отнести высокотемпературную коррозию поверхностей нагрева, рост мехнедожога топлива, увеличение выбросов оксидов азота, серы, пятиокисиванадия (см. Сакипов З.Б., Мессерле В.Е., Ирбаев Ш.Ш. Электротермохимическая подготовка углей к сжиганию. Алма-Ата, Наука, 1993, с. 259).

Известно устройство для безмазутной растопки пылеугольного котла, в котором для розжига котлоагрегата и подсветки пылеугольного факела применяется плазменная термохимическая подготовка топлива (см. Жуков М.Ф. и др. Низкотемпературная плазма. Т 16, Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. Новосибирск: Наука, 1995). Для этого осуществляется смешение части потока аэросмеси с низкотемпературной плазмой. Поток низкотемпературной плазмы генерируется струйным плазмотроном, размещенным на торце вихревой двухулиточной горелки. Плазмотрон крепится к фланцу внутренней трубы аэросмеси, внутри которой ранее размещалась мазутная форсунка. Конструкция внутренней трубы аэросмеси изменена. Ее длина укорочена по сравнению со стандартной, в стенке имеется отверстие для ввода части потока аэросмеси внутрь трубы. Отверстие перекрывается регулирующим шибером.

Для защиты от воздействия высоких температур внутренняя поверхность трубы футерована огнеупорным материалом (шамото-бетон, карборунд). Выходной участок трубы аэросмеси также футерован огнеупорным материалом.

Устройство работает следующим образом. В процессе растопки включается плазмотрон, производится подача аэросмеси и вторичного воздуха. Через отверстие в стенке внутренней трубы аэросмеси часть потока аэросмеси поступает в зону горения плазменной струи и подвергается термохимической подготовке. Далее продукты термохимической подготовки смешиваются с основным потоком аэросмеси. Смешение происходит внутри трубы аэросмеси. Основной поток воспламеняется, вытекает в топочное пространство, где при смешении с вторичным закрученным потоком воздуха происходит его интенсивное горение.

Недостатком описанного устройства является то, что в результате нарушения геометрии пылеугольной горелки процесс горения смеси начинается не в топочном пространстве на выходе горелки, а практически внутри нее и ядро пылеугольного факела смещается к фронту котла. При этом происходит зашлаковывание горелки, нарушается равномерность горения пылеугольной смеси по объему котла, появляется температурный перекос, что вызывает нарушение нормальной работы котлоагрегата.

Технический результат предлагаемого изобретения - исключение использования мазута для розжига и стабилизации горения пылеугольного факела на котлах с вихревыми горелками с одновременным повышением эффективности топливоиспользования при условии сохранения геометрии основной пылеугольной горелки, чем достигается равномерность температурного поля в топке в рабочих режимах котлоагрегата.

Технический результат достигается тем, что в способе растопки котлоагрегата применяется вихревая горелка, включающая улитку вторичного воздуха, улитку аэросмеси и коаксиально расположенные трубы вторичного воздуха, аэросмеси и внутреннюю трубу аэросмеси, которой согласно изобретению внутренняя труба аэросмеси незначительно укорочена, в ее стенке имеются перекрываемые регулирующими шиберами два отверстия для ввода вовнутрь трубы части аэросмеси для термоподготовки, при этом отверстия смещены к выходному торцу трубы, внутри нее расположено устройство для свободного перемещения плазмотрона, который в процессе растопки устанавливается перед отверстиями таким образом, чтобы поступающая через отверстия аэросмесь максимально подвергалась воздействию плазменной струи. Часть внутренней трубы аэросмеси в месте, где происходит термохимическая подготовка, изнутри футерована огнеупорным материалом.

Существенными отличительными признаками заявляемого способа растопки в отличие от прототипа является сохранение геометрии основной пылеугольной горелки с целью обеспечения нормальных параметров работы котлоагрегата, место и способ размещения плазмотрона.

Применение плазменной системы дает возможность производить эффективную термохимическую подготовку пылеугольного топлива к сжиганию до его вытекания в топочный объем, что в свою очередь позволило отказаться от использования для растопки и стабилизации горения пылеугольного факела мазута. Конструкция является оптимальной и обеспечивает необходимую степень термохимической подготовки топлива. Так при уменьшении длины внутренней трубы аэросмеси существенно нарушается нормальная работа котлоагрегата в номинальном режиме, происходит зашлаковывание горелки. При увеличении же длины внутренней трубы аэросмеси ухудшаются условия смешения основного потока аэросмеси и аэросмеси, прошедшей термохимическую подготовку, в результате чего снижается эффективность термохимической подготовки. Незначительные изменения геометрических размеров горелки не вносят нарушений в работу котлоагрегата, так как размещение зоны взаимодействия части потока аэросмеси с плазменной струей ближе к торцу внутренней трубы аэросмеси не вызывает смешение ядра пылеугольного факела к фронту котла, не происходит зашлаковывание горелки, в отличие от прототипа. Причем после проведения растопки отверстия во внутренней трубе аэросмеси закрываются регулирующими шиберами, что делает предлагаемую конструкцию горелки тождественной стандартной вихревой горелке.

В отличие от прототипа, наличие во внутренней трубе аэросмеси двух вместо одного отверстий, перекрываемых шиберами, обеспечивает более равномерную регулируемую подачу части аэросмеси в зону горения плазменной струи, где она нагревается и газифицируется.

Таким образом, именно благодаря наличию вышеуказанных существенных признаков при работе заявляемой вихревой горелки исключается использование мазута для растопки и подсветки пылеугольного факела, повышается эффективность топливоиспользования. Сохранение геометрических параметров горелки позволяет обеспечить нормальную работу котлоагрегата.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "Новизна".

При изучении других известных технических решений признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, не были выявлены. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где схематически изображен продольный разрез вихревой горелки.

Предлагаемая вихревая горелка содержит улитку 1 вторичного воздуха, улитку 2 аэросмеси и коаксиально расположенные трубу 3 вторичного воздуха, трубу 4 аэросмеси и внутреннюю трубу аэросмеси 5. В стенке внутренней трубы аэросмеси 5 имеются два отверстия, перекрываемых шиберами 7, расположенных напротив зоны горения плазменной струи и предназначенных для ввода части аэросмеси во внутрь трубы аэросмеси 5, внутри нее расположено устройство для свободного перемещения плазмотрона 6, который в процессе растопки устанавливается перед отверстиями.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Включают плазмотрон 6 и через улитки 1 и 2 производят подачу закрученных потоков вторичного воздуха и аэросмеси. Поток аэросмеси разделяется на две части. Одна часть через отверстия, перекрываемые шиберами 7, поступает во внутреннюю трубу аэросмеси 5, где при взаимодействии с плазмой происходит ее нагрев, газификация и воспламенение. При выходе из внутренней трубы аэросмеси 5 аэросмесь, прошедшая термохимическую подготовку, смешивается на выходе трубы 4 с основным потоком аэросмеси, который обтекает внутреннюю трубу аэросмеси 5 снаружи. В результате весь закрученный поток аэросмеси нагревается до температуры самовоспламенения и после этого поступает в топочное пространство, где при смешении с вторичным закрученным потоком воздуха, поступающим через трубу 3, происходит его интенсивное горение. После достижения номинальных параметров работы котлоагрегата плазменная система отключается, отверстия во внутренней трубе аэросмеси 5 полностью закрываются, дальнейшая работа котлоагрегата происходит как при использовании стандартных вихревых горелок.

Использование предлагаемого изобретения позволяет отказаться от применения мазута для растопки и подсветки пылеугольного факела на энергетических и водогрейных котлах с вихревыми горелками. Снижаются затраты производства, значительно улучшаются экологические показатели. Кроме того, плазменная система надежна, проста в эксплуатации, обладает малой инерционностью, легко согласуется с системой автоматизации работы котла. Минимальные изменения в конструкции горелки не вносят нарушений в работу котлоагрегата, что подтверждено промышленными испытаниями.