наконечник сопла для печи, работающей на пылевидном твердом топливе (варианты)

Формула изобретения

1. Наконечник (100) сопла для сопла (200) трубы для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе, который уменьшает выбросы NO_x, причем наконечник (100) сопла содержит:

кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем впускной конец (102) принимает поток топлива;

первую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем первая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют верхнюю камеру (260) для PA-PSF (первичного воздуха - пылевидного твердого топлива) для приема первой части потока топлива; и

разделитель (180) потока, расположенный в кожухе (120) для первичного воздуха, причем разделитель (180) потока содержит пару расходящихся поверхностей, который разделяет вторую часть входной струи (230) на верхнюю часть (350) струи PA-PSF и нижнюю часть (360) струи PA-PSF, причем верхняя часть (350) струи PA-PSF и первая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя верхнюю выходную струю (320) PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенная от нижней части (360) струи PA-PSF.

2. Наконечник (100) сопла по п.1, в котором

верхняя выходная струя (320) PA-PSF и нижняя часть (360) струи РА-PSF выходят из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенные и дискретные друг от друга, и

верхняя выходная струя (320) PA-PSF и нижняя часть (360) струи PA-PSF остаются отделенными и дискретными друг от друга на протяжении заранее установленного расстояния от выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха.

3. Наконечник (100) сопла по п.1, дополнительно содержащий срезающую перекладину (170) и/или плохообтекаемый элемент, расположенный на первой разделительной пластине (160).

4. Наконечник (100) сопла по п.1, дополнительно содержащий кожух (110) для вторичного воздуха, расположенный вокруг кожуха (120) для первичного воздуха.

5. Наконечник (100) сопла по п.1, в котором кожух (120) для первичного воздуха содержит:

боковую пластину (122);

верхнюю пластину (124); и

нижнюю пластину (126), причем верхняя пластина (124) и нижняя пластина (126) соединяются вместе с боковой пластиной (122).

6. Наконечник (100) сопла по п.1, дополнительно содержащий вторую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем вторая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют нижнюю камеру (280) для PA-PSF для приема второй части входной струи (230).

7. Наконечник (100) сопла по п.6, в котором между первой разделительной пластиной (160) и второй разделительной пластиной (160) расположен разделитель потока.

8. Наконечник (100) сопла по п.6, в котором нижняя часть (360) струи PA-PSF и третья часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя нижнюю выходную струю (330) PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенная от верхней выходной струи (320) PA-PSF.

9. Наконечник (100) сопла по п.6, в котором

первая часть входной струи (230) содержит в себе приблизительно 30% входной струи (230),

вторая часть входной струи (230) содержит в себе приблизительно 40% входной струи (230), и

третья часть входной струи (230) содержит в себе приблизительно 30% входной струи (230).

10. Наконечник (100) сопла по п.8, в котором верхняя выходная струя (320) PA-PSF и нижняя выходная струя (330) PA-PSF содержат в себе приблизительно 50% входной струи (230).

11. Наконечник (100) для сопла (200) трубы для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе, который уменьшает выбросы NO _x, причем наконечник (100) сопла содержит:

кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем впускной конец (102) принимает входную струю (230);

первую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем первая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют верхнюю камеру (260) для PA-PSF (первичного воздуха - пылевидного твердого топлива) для приема первой части входной струи (230); и

вторую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем вторая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют нижнюю камеру (280) для PA-PSF для приема второй части входной струи (230), причем первая разделительная пластина (160), вторая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют среднюю камеру (270) для РА-PSF для приема третьей части входной струи (230), расположенной между первой частью и второй частью входной струи (230), причем третья часть входной струи (230) содержит верхнюю часть (350) струи PA-PSF и нижнюю часть (360) струи PA-PSF, причем

верхняя часть (350) струи PA-PSF и первая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя верхнюю выходную струю (320) PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха, и

нижняя часть (360) струи PA-PSF и вторая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя нижнюю выходную струю (330) PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенная от верхней выходной струи (320) PA-PSF.

12. Наконечник (100) сопла по п.11, в котором

верхняя выходная струя (320) PA-PSF и нижняя выходная струя (330) PA-PSF выходят из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенные и дискретные друг от друга, и

верхняя выходная струя (320) PA-PSF и нижняя выходная струя (330) PA-PSF остаются отделенными и дискретными друг от друга на протяжении заранее установленного расстояния от выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха.

13. Наконечник (100) сопла по п.11, дополнительно содержащий срезающую перекладину (170) и плохообтекаемый элемент, расположенный на первой разделительной пластине (160) и/или второй разделительной пластине (160).

14. Наконечник (100) сопла по п.11, дополнительно содержащий отклоняющую заслонку (175) для воздуха, расположенную на первой разделительной пластине (160).

15. Наконечник (100) сопла по п.11, в котором первая разделительная пластина (160), по существу, разделяет выпускной конец (104) преимущественно примерно посередине; и

разделитель (180) потока имеет:

клиновидную форму, содержащую кромку (483) при вершине и основание (481), причем кромка (483) при вершине расположена ближе к впускному концу (102), а основание (481) расположено ближе к выпускному концу (104), причем разделитель (180) потока проходит только частично через выпускной конец (104), при этом разделитель (180) потока создает турбулентность во входной струе (230), которая рассеивает входную струю (230), когда входная струя (230) проходит мимо разделителя (180) потока и выходит из выпускного конца (104).

16. Наконечник (100) сопла по п.16, в котором первая разделительная пластина (160) расположена в, по существу, вертикальном направлении.

17. Наконечник (100) сопла по п.16, в котором первая разделительная пластина (160) расположена в, по существу, горизонтальном направлении.

18. Наконечник (100) сопла по п.16, в котором разделитель потока расположен между впускным концом (102) и выпускным концом (104), и его основание (481) является углубленным относительно выпускного конца (104).

19. Наконечник (100) сопла по п.11, дополнительно содержащий:

разделитель (180) потока, расположенный между разделительными пластинами (160) потока, причем разделитель (180) потока имеет клиновидную форму с кромкой (483) при вершине и основанием (481), причем кромка (483) при вершине расположена ближе к впускному концу (102), а основание (481) расположено ближе к выпускному концу (104), причем разделитель (180) потока проходит только частично через выпускной конец (104), при этом разделитель (180) потока создает турбулентность во входной струе (230), которая рассеивает входную струю (230), когда входная струя (230) проходит мимо разделителя (180) потока и выходит из выпускного конца (104).

20. Наконечник (100) для сопла трубы для пылеобразного твердого топлива печи, работающей на пылеобразном твердом топливе, который уменьшает выбросы NO _x, причем наконечник (100) сопла содержит:

кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем:

впускной конец (102) принимает частицы твердого топлива, взвешенные в струе воздушного потока, в виде потока топлива,

выпускной конец (104) преимущественно имеет форму поперечного сечения с множеством выступов (106), каждый отходящий от центрального участка;

разделитель (180) потока, расположенный в кожухе (120) для первичного воздуха, по существу, в центральном участке (108), причем разделитель (180) потока выполнен с возможностью отклонять твердые частицы потока топлива в каждый выступ (106) выпускного конца (104) и рассеивать данные частицы в выступах (106), обеспечивая горение потока топлива с уменьшенными выбросами NO_x .

21. Наконечник (100) сопла по п.20, дополнительно содержащий:

разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха для удерживания разделителя (180) потока.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится вообще к системам сжигания топлива для использования с печами, работающими на пылевидном твердом топливе, и более конкретно, к наконечнику сопла для пылевидного твердого топлива с низкими выбросами NO_x, обеспечивающему отдельные и дискретные струи воздуха/пылевидного топлива для использования в таких системах сжигания топлива.

Уровень техники

Пылевидное твердое топливо успешно сжигается во взвешенном состоянии в печах методами сжигания в топке с угловым тангенциальным расположением горелок в течение длительного времени. Метод сжигания в топке с угловым расположением горелок имеет много преимуществ, к числу которых относятся хорошее смешивание пылевидного твердого топлива и воздуха, устойчивые параметры пламени и длительное время пребывания дымовых газов в печах.

Системы для подачи пылевидного твердого топлива (например, угля) в парогенератор обычно включают в себя множество сопловых узлов, через которые пылевидное твердое топливо подается, используя воздух, в топочную камеру парогенератора. Сопловые узлы обычно размещаются в поддувалах, которые могут находиться рядом с углами парогенератора. Каждый сопловой узел включает в себя наконечник сопла, который выступает в топочную камеру. Каждый наконечник сопла выпускает один поток или струю пылевидного угля и воздуха в топочную камеру. После выхода из наконечника сопла, одна струя пылевидного угля/воздуха рассеивается в топочной камере.

Наконечники сопел обычно выполнены с возможностью наклоняться вверх и вниз, чтобы регулировать расположение пламени в топочной камере. Языки пламени, создаваемые в каждом сопле для пылевидного твердого топлива, стабилизируются посредством общих процессов переноса тепла и массы. Таким образом, одна вращающаяся оболочка пламени (например, "огненный шар"), расположенная в центре печи, обеспечивает постепенное, но тщательное и равномерное смешивание пылевидного твердого топлива и воздуха по всей печи.

В последнее время все больше внимания уделяется минимизации загрязнения воздуха. В связи с этим, со ссылкой в частности на проблему контроля выбросов NO_x, известно, что во время сжигания органического топлива окиси азота образуются в основном посредством двух отдельных механизмов, которые определяют как термическая NO_x и топливная NO_x. Термическая NO_x образуется в результате термического связывания молекулярного азота и кислорода в воздухе для горения. Интенсивность образования термической NO_x очень чувствительна к локальной температуре пламени и несколько менее чувствительна к локальной концентрации кислорода. Практически вся термическая NO_x образуется в зоне пламени, которая находится при самой высокой температуре. Затем в результате термического охлаждения дымовых газов концентрация термической NO_x "застывает" на уровне, преобладающем в высокотемпературной зоне. Таким образом, концентрация термической NO_x в топочных газах находится в пределах между характеристикой равновесного уровня максимальной температуры пламени и равновесным уровнем при температуре топочного газа.

С другой стороны, топливная NO_x образуется в результате окисления органически связанного азота в некоторых органических топливах, таких как уголь и тяжелая нефть. На интенсивность образования топливной NO_x в значительной степени влияет интенсивность смешивания органического топлива с потоком воздуха вообще, и локальная концентрация кислорода в частности. Однако концентрация NO_x в топочных газах, обусловленная азотом топлива, обычно составляет лишь долю, например, приблизительно 20-60%, от уровня, который образуется в результате полного окисления всего азота в органическом топливе. Таким образом, из вышеописанного теперь должно быть совершенно очевидно, что общее образование NO_x зависит не только от локальных уровней кислорода, но и от максимальных температур пламени.

Хотя наконечники сопел для пылевидного твердого топлива в соответствии с существующим уровнем техники используются для решения поставленных перед ними задач, тем не менее, в существующем уровне техники явно существует необходимость в дополнительном усовершенствовании таких наконечников сопел для пылевидного твердого топлива, особенно в стремлении добиться уменьшенного загрязнения воздуха, например, уменьшенных выбросов NO_x. Более конкретно, в существующем уровне техники имеется необходимость в новом и усовершенствованном наконечнике сопла для пылевидного твердого топлива с низкими выбросами NO _x для использования в системах сжигания в топке с угловым тангенциальным расположением горелок, который мог бы обеспечить более высокую гибкость в контроле нежелательных выбросов, таких как окиси азота.

В соответствии с аспектами, проиллюстрированными в данном документе, создан наконечник сопла для сопла трубы для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе. Данный наконечник сопла включает в себя: кожух для первичного воздуха, содержащий впускной конец и выпуск, причем впускной конец принимает поток топлива; и разделитель потока, в кожухе для первичного воздуха, причем разделитель потока рассеивает поток топлива из выпускного конца, чтобы обеспечить струю потока топлива, которая уменьшает выбросы NO_x в печи, работающей на пылевидном твердом топливе.

Таким образом заявляется наконечник (100) сопла для сопла (200) трубы для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе, который уменьшает выбросы NO_x, причем наконечник (100) сопла содержит: кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем впускной конец (102) принимает поток топлива; первую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем первая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют верхнюю камеру (260) для PA-PSF (первичного воздуха - пылевидного твердого топлива) для приема первой части потока топлива; и разделитель (180) потока, расположенный в кожухе (120) для первичного воздуха, причем разделитель (180) потока содержит пару расходящихся поверхностей, который разделяет вторую часть входной струи (230) на верхнюю часть 350 струи PA-PSF и нижнюю часть 360 струи PA-PSF, причем верхняя часть 350 струи PA-PSF и первая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя верхнюю выходную струю 320 PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенная от нижней части 360 струи PA-PSF.

Предпочтительно верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя часть 360 струи PA-PSF выходят из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенные и дискретные друг от друга, и верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя часть 360 струи PA-PSF остаются отделенными и дискретными друг от друга на протяжении заранее установленного расстояния от выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха.

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит, срезающую перекладину (170) и/или плохообтекаемый элемент, расположенный на первой разделительной пластине (160).

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит кожух (110) для вторичного воздуха, расположенный вокруг кожуха (120) для первичного воздуха.

Предпочтительно кожух (120) для первичного воздуха содержит:

боковую пластину (122);

верхнюю пластину (124); и

нижнюю пластину (126), причем верхняя пластина (124) и нижняя пластина (126) соединяются вместе с боковой пластиной (122).

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит вторую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем вторая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют нижнюю камеру 280 для PA-PSF для приема второй части входной струи (230).

Пердпочтительно между первой разделительной пластиной (160) и второй разделительной пластиной (160) расположен разделитель потока.

Предпочтительно нижняя часть 360 струи PA-PSF и третья часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя нижнюю выходную струю 330 PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенная от верхней выходной струи 320 PA-PSF.

Предпочтительно первая часть входной струи (230) содержит в себе приблизительно 30% входной струи (230), вторая часть входной струи (230) содержит в себе приблизительно 40% входной струи (230), и третья часть входной струи (230) содержит в себе приблизительно 30% входной струи (230).

Предпочтительно верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF содержат в себе приблизительно 50% входной струи (230).

Кроме того, заявляется наконечник (100) для сопла (200) трубы для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе, который уменьшает выбросы NO_x, причем наконечник (100) сопла содержит: кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем впускной конец (102) принимает входную струю (230); первую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем первая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют верхнюю камеру (260) для PA-PSF (первичного воздуха - пылевидного твердого топлива) для приема первой части входной струи (230); и вторую разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха, причем вторая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют нижнюю камеру 280 для PA-PSF для приема второй части входной струи (230), причем первая разделительная пластина (160), вторая разделительная пластина (160) и кожух (120) для первичного воздуха образуют среднюю камеру 270 для PA-PSF для приема третьей части входной струи (230), расположенной между первой частью и второй частью входной струи (230), причем третья часть входной струи (230) содержит верхнюю часть 350 струи PA-PSF и нижнюю часть 360 струи PA-PSF, причем верхняя часть 350 струи PA-PSF и первая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя верхнюю выходную струю 320 PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха, и нижняя часть 360 струи PA-PSF и вторая часть входной струи (230) объединяются в выпускном конце (104) кожуха (120) для первичного воздуха, образуя нижнюю выходную струю 330 PA-PSF, которая выходит из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенная от верхней выходной струи 320 PA-PSF.

Предпочтительно верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF выходят из выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха отделенные и дискретные друг от друга, и верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF остаются отделенными и дискретными друг от друга на протяжении заранее установленного расстояния от выпускного конца (104) кожуха (120) для первичного воздуха.

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит срезающую перекладину (170) и плохообтекаемый элемент расположенный на первой разделительной пластине (160) и/или второй разделительной пластине (160).

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит отклоняющую заслонку (175) для воздуха, расположенную на первой разделительной пластине (160).

Предпочтительно первая разделительная пластина (160) по существу разделяет выпускной конец (104) преимущественно примерно посередине; и разделитель (180) потока имеет:

клиновидную форму, содержащую кромку (483) при вершине и основание (481), причем кромка (483) при вершине расположена ближе к впускному концу (102), а основание (481) расположено ближе к выпускному концу (104), причем разделитель (180) потока проходит только частично через выпускной конец (104), при этом разделитель (180) потока создает турбулентность во входной струе (230), которая рассеивает входную струю (230), когда входная струя (230) проходит мимо разделителя (180) потока и выходит из выпускного конца (104).

Предпочтительно первая разделительная пластина (160) расположена в, по существу, вертикальном направлении.

Предпочтительно первая разделительная пластина (160) расположена в, по существу, горизонтальном направлении.

Предпочтительно разделитель потока расположен между впускным концом (102) и выпускным концом (104), и его основание (481) является углубленным относительно выпускного конца (104).

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит разделитель (180) потока, расположенный между разделительными пластинами (160) потока, причем разделитель (180) потока имеет клиновидную форму с кромкой (483) при вершине и основанием (481), причем кромка (483) при вершине расположена ближе к впускному концу (102), а основание (481) расположено ближе к выпускному концу (104), причем разделитель (180) потока проходит только частично через выпускной конец (104), при этом разделитель (180) потока создает турбулентность во входной струе (230), которая рассеивает входную струю (230), когда входная струя (230) проходит мимо разделителя (180) потока и выходит из выпусканого конца (104).

Также заявляется наконечник (100) для сопла трубы для пылеобразного твердого топлива печи, работающей на пылеобразном твердом топливе, который уменьшает выбросы NO_x, причем наконечник (100) сопла содержит: кожух (120) для первичного воздуха, содержащий впускной конец (102) и выпускной конец (104), причем: впускной конец (102) принимает частицы твердого топлива взвешенные в струе воздушного потока в виде потока топлива, выпускной конец (104) преимущественно имеет форму поперечного сечения с множеством выступов (106), каждый отходящий от центрального участка; разделитель (180) потока, расположенный в кожухе (120) для первичного воздуха, по существу, в центральном участке (108), причем разделитель (180) потока выполнен с возможностью отклонять твердые частицы потока топлива в каждый выступ (106) выпускного конца (104) и рассеивать данные частицы в выступах (106), обеспечивая горение потока топлива с уменьшенными выбросами NOx.

Предпочтительно наконечник (100) сопла дополнительно содержит разделительную пластину (160), расположенную в кожухе (120) для первичного воздуха для удерживания разделителя (180) потока.

Вышеописанные и другие признаки представлены в качестве примера посредством приведенных ниже чертежей и подробного описания.

Краткое описание чертежей

Ниже будут рассмотрены чертежи, которые представляют собой примерные варианты осуществления и в которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями:

Фиг.1 представляет собой перспективный вид спереди с вырезом наконечника сопла;

Фиг.2 представляет собой перспективный вид сзади с вырезом наконечника сопла, показанного на фиг.1;

Фиг.3 представляет собой вид сбоку с местным разрезом, изображающий наконечник сопла, показанный на фиг.1 и 2, соединенный с трубой для пылевидного твердого топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе; и

Фиг.4 представляет собой фотоснимок испытания с использованием водяного стола, который иллюстрирует отдельные воздушно-топливные струи, выходящие из наконечника сопла, показанного на фиг.1-3; и

Фиг.5 представляет собой вид сбоку с местным разрезом, изображающий наконечник сопла в соответствии с альтернативным примерным вариантом осуществления.

Фиг.6 представляет собой вид в плане со стороны выпуска альтернативного варианта осуществления наконечника сопла в соответствии с настоящим изобретением, использующего отклоняющие заслонки для воздуха.

Фиг.7 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.6.

Фиг.8 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.6 и 7.

Фиг.9 представляет собой вид в плане со стороны выпуска альтернативного варианта осуществления наконечника сопла в соответствии с настоящим изобретением, использующего центральный плохообтекаемый элемент.

Фиг.10 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.9.

Фиг.11 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.9 и 10.

Фиг.12 представляет собой вид в плане со стороны выпуска альтернативного варианта осуществления наконечника сопла в соответствии с настоящим изобретением, использующего углубленный центральный плохообтекаемый элемент.

Фиг.13 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.12.

Фиг.14 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.12 и 13.

Фиг.15 представляет собой вид в плане со стороны выпуска X-образного наконечника сопла, являющегося альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.16 представляет собой перспективный вид в плане наконечника сопла, показанного на фиг.15.

Фиг.17 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.15 и 16.

Фиг.18 представляет собой вид в плане со стороны выпуска наконечника сопла, использующего разделитель потока с диффузорными блоками.

Фиг.19 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.18.

Фиг.20 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.18 и 19.

Фиг.21 представляет собой вид в плане со стороны выпуска круглого наконечника сопла для угля.

Фиг.22 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.21.

Фиг.23 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.21 и 22.

Фиг.24 представляет собой вид в плане со стороны выпуска круглого наконечника сопла для угля, содержащего углубленный завихритель.

Фиг.25 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.24.

Фиг.26 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.24 и 25.

Подробное описание

На всех чертежах элементы с одинаковыми ссылочными позициями выполняют одинаковые или очень схожие функции при одинаковой или очень похожей конструкции. Поэтому описание со ссылкой на один чертеж будет относиться к элементу с такой же ссылочной позицией на всех других чертежах.

В данном документе описан наконечник сопла для пылевидного твердого топлива с низкими выбросами NO_x, и более конкретно, наконечник сопла для пылевидного твердого топлива, который обеспечивает отдельные и дискретные струи воздуха/пылевидного топлива для использования в системе сжигания топлива печи, работающей на пылевидном твердом топливе. По сравнению с соплом, обеспечивающим одну струю воздуха/пылевидного топлива, уменьшена проницаемость отдельных и дискретных струй воздуха/пылевидного топлива, и увеличена площадь их поверхности. В результате, выбросы NO_x печи, работающей на пылевидном твердом топливе, существенно уменьшены и/или эффективно минимизированы, как будет более подробно описано в данном документе со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Ссылаясь на фиг.1 и 2, наконечник 100 сопла, содержащий впускной конец 102 и выпускной конец 104, включает в себя кожух 110 для вторичного воздуха (SA) и кожух 120 для первичного воздуха (PA), заключенный в нем. Кожух 120 для PA включает в себя боковые пластины 122 кожуха для PA, верхнюю пластину 124 кожуха для PA и нижнюю пластину 126 кожуха для PA.

Кожух 110 для SA поддерживается опорами 130, расположенными между кожухом 110 для SA и кожухом 120 для PA. Кроме того, канал 135 для SA по существу окружает кожух 110 для PA. Более конкретно, канал 135 для SA включает в себя пространства, образованные между опорами 130 и верхней пластиной 124 кожуха для PA, опорами и нижней пластиной 126 кожуха для PA, и пространства, образованные между опорами 130 и боковыми пластинами 122 кожуха для PA.

Канал 150 для первичного воздуха-пылевидного твердого топлива (PA-PSF) выполнен в пространстве, образованном в пределах боковых пластин 122 кожуха для PA, верхней пластины 124 кожуха для PA и нижней пластины 126 кожуха для PA. В канале 150 для PA-PSF образованы разделительные пластины 160. Как показано на фиг.1, разделительные пластины 160 расположены в канале 150 для PS-PSF и продолжаются по существу параллельно соответствующим поверхностям, образующим верхнюю пластину 124 кожуха для PA и нижнюю пластину 126 кожуха для PA, соответственно.

В примерном варианте осуществления, таком как проиллюстрированный на фиг.1, разделительные пластины 160 выполнены с возможностью изгиба. Более конкретно, участки разделительных пластин 160, расположенные ближе всего к выпускному концу 104 наконечника сопла, сгибаются наружу, например, в сторону от центрального внутреннего участка канала 150 для PA-PSF. Более конкретно, участок верхней разделительной пластины 160 сгибается по направлению к верхней пластине 124 кожуха для PA, а участок нижней разделительной пластины 160 сгибается по направлению к нижней пластине 126 кожуха для PA, как показано на фиг.1. Однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим. Например, каждая из разделительных пластин 160 может быть выполнена по существу неизогнутой, например, прямолинейной или, в качестве альтернативы, разделительные пластины 160 могут быть выполнены с возможностью иметь последовательность дискретных угловых, например, не плавно искривленных, сгибов.

Ссылаясь также на фиг.1, разделительные пластины 160 включают в себя срезающие перекладины 170. В примерном варианте осуществления, верхняя разделительная пластина 160 включает в себя первую срезающую перекладину 170, расположенную рядом с выпускным концом 104, и на участке верхней разделительной пластины 160, который сгибается по направлению к верхней пластине 124 кожуха для PA, а нижняя разделительная пластина 160 включает в себя вторую срезающую перекладину 170, расположенную рядом с выпускным концом 104 и на участке нижней разделительной пластины 160, который сгибается по направлению к нижней пластине 126 кожуха для PA. Кроме того, первая срезающая перекладина 170 расположена на поверхности верхней разделительной пластины 160, которая обращена к верхней пластине 124 кожуха для PA, а вторая срезающая перекладина 179 расположена на поверхности нижней разделительной пластины 160, которая обращена к нижней пластине 126 кожуха для PA. Необходимо отметить, что альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены вышеупомянутым описанием, например, срезающие перекладины 170 могут быть расположены в других участках на разделительных пластинах 160, отличающихся от показанных на фиг.1. Например, в альтернативном примерном варианте осуществления, срезающие перекладины 170 могут быть расположены на других, например, противоположных, поверхностях верхней разделительной пластины 160 и/или нижней разделительной пластины 160.

Разделитель 180 потока расположен в канале 150 для PA-PSF между разделительными пластинами 160. В примерном варианте осуществления, разделитель 180 потока расположен приблизительно посредине между концами согнутых участков разделительных пластин 160 (более подробно описанных выше). Кроме того, разделитель 180 потока продолжается между боковыми пластинами 122 кожуха для PA, как показано на фиг.1, однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим. Например, разделитель 180 потока может не продолжаться полностью между боковыми пластинами 122 кожуха для PA, например, может иметь длину меньше, чем расстояние, измеренное между боковыми пластинами 122 кожуха для PA. Кроме того, разделитель 180 потока может быть расположен в другом участке канала 150 для PA-PSF, например, не приблизительно посредине между концами согнутых участков разделительных пластин 160 в альтернативных примерных вариантах осуществления. Например, в одном примерном варианте осуществления, разделитель 180 потока может продолжаться из одной боковой пластины 122 кожуха для PA до приблизительно середины кожуха для РА. Кроме того, положение разделителя 180 потока между краями разделительных пластин 160 можно регулировать на основе заранее установленных требований струй PF-PSF, более подробно описанных ниже. Например, в альтернативном примерном варианте осуществления, разделитель 180 потока может быть расположен ближе к одной разделительной пластине, чем к другой.

В примерном варианте осуществления, разделитель 180 потока имеет по существу треугольную клиновидную форму в поперечном сечении, как показано на фиг.1, однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим. Вернее разделитель 180 потока может иметь другие формы, например, такие как прямоугольная, трапецеидальная, пятиугольная и другие многоугольные формы, или любую другую форму, пригодную для его оперативных задач, например, чтобы способствовать разделению струи воздуха/пылевидного топлива на отдельные и дискретные струи, которые не соединяются снова до тех пор, пока не перемещаются на заданное расстояние в печь, как будет более подробно описано ниже со ссылкой на фиг.3. Кроме того, разделитель 180 потока в соответствии с примерным вариантом осуществления может включать в себя одну или более срезающих перекладин 170, расположенных на нем. Срезающие перекладины 170 могут быть также расположены на дополнительных поверхностях, например, таких как боковые пластины 122 кожуха для PA, верхняя пластина 124 кожуха для PA и/или нижняя пластина 126 кожуха для PA, однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим.

Ссылаясь на фиг.2, боковые пластины кожуха 110 для SA и боковые пластины 122 кожуха для PA каждая содержит отверстие 190, выполненное через нее. Отверстия 190 выровнены вдоль общей оси, которая служит в качестве оси 191 поворота (лучше всего показанной на фиг.3), позволяя наконечнику 100 сопла наклоняться вверх и вниз во время работы.

Ссылаясь на фиг.3, наконечник 100 сопла установлен на сопле 200 трубы 210 для пылевидного твердого топлива, установленном в трубопроводе 220 для подачи пылевидного твердого топлива-воздуха. Более конкретно, сопло 200 трубы для пылевидного твердого топлива прикреплено к отверстию 190 на впускном конце 102 (фиг.1) наконечника 100 сопла. Труба 210 для пылевидного твердого топлива подает поток 230 топлива, например, входную струю 230 PSF-PA, в канал 150 для PA-PSF через впускной конец 102 наконечника сопла, при этом вторичный воздух 240 подается в канал 135 для SA наконечника 100 сопла, как показано на фиг.3. Уплотнительные пластины 250, прикрепленные к соплу 200 трубы для пылевидного твердого топлива, образуют кольцевой уплотнительный кожух (не изображенный), который предотвращает выход входной струи 230 PA-PSF из канала 135 для SA и/или выход струи 240 SA из канала 150 для PA-P3F. В альтернативном примерном варианте осуществления уплотнительные пластины 250 могут не использоваться.

Канал 150 для PA-PSF наконечника 100 сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления разделен на три (3) камеры. Более конкретно, канал 150 для PA-PSF разделен на верхнюю камеру 260 для PA-PSF, среднюю камеру 270 для PA-PSF и нижнюю камеру 280 для PA-PSF. Более конкретно, верхняя камера 260 для PA-PSF образована верхней пластиной 124 кожуха для PA и верхней (ссылаясь на фиг.3) разделительной пластиной 160, средняя камера 270 для PA-PSF образована верхней разделительной пластиной 160 и нижней (ссылаясь на фиг.3) разделительной пластиной 160, и нижняя камера 280 для PA-PSF образована нижней разделительной пластиной 160 и нижней пластиной 126 кожуха для PA. Таким образом, как более подробно описано выше и проиллюстрировано на фиг.3, разделитель 180 потока расположен в средней камере 270 для струи PA-PSF, а срезающие перекладины 170 расположены на соответствующих разделительных пластинах 160 в верхней камере 260 для струи PA-PSF и нижней камере 280 для струи PA-PSF, однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим. Например, срезающие перекладины 170, или дополнительная срезающая перекладина 170, могут быть расположены в средней камере 270 для струи PA-PSF, а разделитель потока, или дополнительные разделители 180 потока, могут быть расположены в любой или во всех из верхней камеры 260 для струи PA-PSF, средней камеры 270 для струи PA-PSF и/или нижней камеры 280 для струи PA-PSF.

Работа наконечника 100 сопла будет более подробно описана ниже со ссылкой на фиг.3. Во время работы печи, работающей на пылевидном твердом топливе (не изображенной), содержащей наконечник 100 сопла, входная струя 230 PA-PSF поступает в канал 150 для PA-PSF наконечника 100 сопла по трубе 210 для пылевидного твердого топлива через сопло 200 трубы для пылевидного твердого топлива.

Внутри наконечника 100 сопла и, более конкретно, внутри канала 150 для PA-PSF наконечника 100 сопла, входная струя 230 PA-PSF разделяется на три (3) отдельные струи, например, верхнюю струю 290 PA-PSF, среднюю струю 300 PA-PSF и нижнюю струю 310 PA-PSF, как показано на фиг.3. Три (3) отдельные струи образуются на основе геометрии, более подробно описанной выше, наконечника 100 сопла. Более конкретно, разделение входной струи 230 PA-PSF на три (3) отдельные струи основано на физических размерах каждой из верхней 260 камеры для PA-PSF, средней 270 камеры для PA-PSF и нижней 280 камеры для PA-PSF. Данные физические размеры основаны, например, на заданной форме и размещении разделительных пластин 160 и разделителя 180 потока в канале 150 для PA-PSF, но не ограничены этим. В результате оптимальное разделение входной струи 230 для PA-PSF на три (3) отдельные струи, например, верхнюю струю 290 PA-PSF, среднюю струю 300 PA-PSF и нижнюю струю 310 PA-PSF, получается на основе требуемых и реальных рабочих условий и характеристик печи, работающей на пылевидном твердом топливе (не показанной), как будет более подробно описано ниже.

После прохождения канала 150 для PA-PSF, верхняя струя 290 PA-PSF, средняя струя 300 PA-PSF и нижняя струя 310 PA-PSF выходят из наконечника 100 сопла в выпускном конце 104 наконечника сопла в печь, работающую на пылевидном твердом топливе (не показанную). Выходя из наконечника 100 сопла, верхняя струя 290 PA-PSF, средняя струя 300 PA-PSF и нижняя струя 310 PA-PSF образуют две (2) отдельные, например, дискретные, струи, а именно, верхнюю выходную струю 320 PA-PSF и нижнюю выходную струю 330 PA-PSF, как показано на фиг.3. Элементы в канале 150 для PA-PSF, например, разделительные пластины 160, срезающие перекладины 170 и разделитель 180 потока, а также конструкция вышеупомянутых элементов, более подробно описанные выше, определяют образование верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF. В частности, разделитель 180 потока вынуждает верхнюю струю 290 PA-PSF, среднюю струю 300 PA-PSF и нижнюю струю 310 PA-PSF объединяться таким образом, что верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF выходят из наконечника 100 сопла в виде отдельных, дискретных струй, например, так что верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF не смешиваются друг с другом после того как они выходят из наконечника 100 сопла и входят в печь, работающую на пылевидном твердом топливе (не показанную). Более конкретно, верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF остаются отдельными и дискретными на протяжении заданного расстояния после выхода из наконечника 100 сопла, как показано на фиг.4. В примерном варианте осуществления, верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF остаются отдельными и дискретными на протяжении расстояния от наконечника сопла, равного от приблизительно 2 до приблизительно 8 диаметров верхней выходной струи 320 PA-PSF и/или нижней выходной струи 330 PA-PSF, после чего верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF начинают рассеиваться и смешиваться с газами в печи, однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим. Кроме того, после частичного рассеивания верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF, их части, например, периферия верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF, могут рециркулировать обратно по направлению к центральному разделителю 180 потока, тем самым усиливая воспламенение и стабильность пламени верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF. В результате выбросы NO_x из печи, работающей на пылевидном твердом топливе, использующей наконечник 100 сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления, существенно уменьшаются по сравнению с выбросами NO_x из печи, работающей на пылевидном твердом топливе, использующей наконечник 100 сопла в соответствии с известным уровнем техники. Более конкретно, результаты испытаний показали, что, например, в соответствии с одним примерным вариантом осуществления, получены уменьшения в выбросах NO_x в пределах от приблизительно 20% до приблизительно 30% благодаря реализации наконечника 100 сопла (при других параметрах, влияющих на выбросы NO_x, на эквивалентных уровнях). В зависимости от типа сжигаемого угля, дополнительные испытания показали, что наконечник сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления уменьшает выбросы NO _x на от приблизительно 36% до приблизительно 50% по сравнению с другими известными наконечниками сопла в соответствии с известным уровнем техники.

Таким образом, как можно видеть на фиг.3, разделитель 180 потока разделяет среднюю струю 300 PA-PSF на верхнюю часть 350 и нижнюю часть 360. Таким образом, при выходе из наконечника 100 сопла, верхняя часть 350 струи 300 PA-PSF объединяется с верхней струей 290 PA-PSF, образуя верхнюю выходную струю 320 PA-PSF. Аналогичным образом, нижняя часть 360 струи 300 PA-PSF объединяется с нижней струей 310 PA-PSF, образуя нижнюю выходную струю 330 PA-PSF.

Физические размеры, форма и расположение разделительных пластин 160 и разделителя 180 потока в канале 150 для PA-PSF, которые обеспечивают оптимальное разделение входной струи 230 PA-PSF на три (3) отдельные струи (как описано выше), дополнительно обеспечивают оптимальное образование каждой из верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF в соответствии с требуемыми и/или реальными рабочими условиями и характеристиками печи, работающей на пылевидном твердом топливе (не показанной). Например, исходное расстояние разделения между верхней выходной струей 320 PA-PSF и нижней выходной струей 330 PA-PSF, их размеры (например, диаметры), и расстояние, которое верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF проходят после выхода из наконечника 100 сопла перед рассеиванием, определяются исходя из физических размеров, формы и расположения разделительных пластин 160 и разделителя 180 потока в канале 150 для PA-PSF.

Согнутые участки 340 на верхней пластине 124 кожуха для PA и нижней пластине 126 кожуха для PA около выпускного конца 104 наконечника сопла дополнительно предотвращают смешивание верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF после выхода из наконечника 100 сопла. В примерном варианте осуществления, согнутые участки 340, сгибаются наружу, например, в сторону от верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF, выходящих из наконечника 100 сопла.

В примерном варианте осуществления, входная струя 230 PA-PSF поровну разделяется разделительными пластинами 160 в канале 150 для PA-PSF, так что верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF каждая содержит в себе приблизительно 50% общего потока через наконечник 100 сопла, например, каждая содержит в себе приблизительно 50% входной струи 230 PA-PSF, однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим. Кроме того, доли струйного потока в верхней камере 260 для PA-PSF, в средней камере 270 для PA-PSF и в нижней камере 280 для PA-PSF могут быть по существу разделенными поровну, например, каждая содержит приблизительно 1/3 общего потока через наконечник 100 сопла. Однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим, например, доли струйного потока в верхней камере 260 для PA-PSF, в средней камере 270 для PA-PSF и в нижней камере 280 для PA-PSF могут составлять приблизительно 30%, приблизительно 40% и приблизительно 30%, соответственно.

Как более подробно описано выше, верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF являются отдельными и дискретными и выходят в топочную камеру печи, работающей на пылевидном твердом топливе (не показанную) через выпускной конец 104 наконечника 100 сопла в виде отдельных и дискретных струй. Кроме того, верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF остаются отдельными и дискретными в топочной камере. Более конкретно, верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF не смешиваются до тех пор, пока они не перемещаются на заданное расстояние после выхода из наконечника 100 сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления, как лучше всего показано на фиг.4 и более подробно описано выше со ссылкой на фиг.3.

В альтернативном примерном варианте осуществления, разделитель 180 потока не используется, как показано на фиг.5. Необходимо отметить, что одинаковые ссылочные позиции на фиг.5 обозначают одинаковые или подобные элементы, как показано на фиг.3, и повторное подробное описание их не приводится. Ссылаясь на фиг.5, средняя струя 300 PA-PSF рассеивается, в результате чего ее верхняя часть 350 объединяется с верхней струей 290 PA-PSF, образуя верхнюю выходную струю 320 PA-PSF, а ее нижняя часть 360 объединяется с нижней струей 310 PA-PSF, образуя нижнюю выходную струю 330 PA-PSF.

В результате разделения входной струи 230 PA-PSF на отдельные струи, например, на верхнюю выходную струю 320 PA-PSF и нижнюю выходную струю 330 PA-PSF, по существу между верхней выходной струей 320 PA-PSF и нижней выходной струей 330 PA-PSF образуется зона низкого давления относительно давлений других зон, по существу примыкающих к (или даже внутри) каждой из верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF. Таким образом, зона низкого давления по существу между верхней выходной струей 320 PA-PSF и нижней выходной струей 330 PA-PSF обеспечивает канал низкого сопротивления, позволяя пламени горения воспламенять топливо (например, частицы угля), находящееся во внутренней части выходной струи топлива, тем самым поглощая кислород в ней. В результате, количество кислорода в зоне низкого давления эффективно уменьшается, в результате чего уменьшается количество кислорода, доступное для образования NO _x, таким образом значительно уменьшаются выбросы NO _x из котла для пылевидного твердого топлива, содержащего наконечник сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления. Более конкретно, компьютерное моделирование динамики текучих сред и испытания горения наконечника сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления показывают, что концентрация частиц угля по направлению к наружной части угольного потока является предпочтительной для уменьшения выбросов NO_x при минимизации уровней несгоревшего углерода. Необходимо понимать, что данный вариант осуществления, показанный и описанный выше в данном документе на фиг.1-3, содержащий разделитель 180 потока, обеспечивает подобную зону низкого давления, расположенную в наружной поверхности разделителя потока.

Разделение входной струи 230 PA-PSF на отдельные и дискретные струи, например, на верхнюю выходную струю 320 PA-PSF и нижнюю выходную струю 330 PA-PSF, приводит к образованию на участке по существу между верхней выходной струей 320 PA-PSF и нижней выходной струей 330 PA-PSF зоны низкого давления относительно давлений других зон, по существу примыкающих к (или даже внутри) каждой из верхней выходной струи 320 PA-PSF и нижней выходной струи 330 PA-PSF. Таким образом, зона низкого давления по существу между верхней выходной струей 320 PA-PSF и нижней выходной струей 330 PA-PSF приводит к тому, что пламя горения перемещается к зоне низкого давления, таким образом поглощая кислород в ней. В результате кислород в зоне низкого давления эффективно уменьшается, приводя к уменьшению количества кислорода, доступного для образования NO_x, таким образом значительно уменьшаются выбросы NO_x из котла для пылевидного твердого топлива, содержащего наконечник сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Кроме того, разделение входной струи 230 PA-PSF на отдельные и дискретные струи, например, на верхнюю выходную струю 320 PA-PSF и нижнюю выходную струю 330 PA-PSF, также приводит к тому, что каждая из отдельных и дискретных струй имеет уменьшенный диаметр относительно диаметра верхней выходной струи 320 PA-PSF. Более конкретно, если принять площадь А поверхности поперечного сечения входной струи 230 PA-PSF, имеющей диаметр D, тогда верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF каждая имеет диаметр D₁=D/ 2 (при условии, если суммарная площадь поверхности поперечного сечения участка верхней выходной струи 320 PA-PSF и участка нижней выходной струи 330 PA-PSF равна А). Таким образом, проницаемость струи для отдельных и дискретных струй (по сравнению с одной струей, имеющей эквивалентную площадь) уменьшается, а рассеивание струи увеличивается, поскольку проницаемость струи прямо пропорциональна диаметру струи, а рассеивание струи обратно пропорционально диаметру струи.

Кроме того, суммарный смачиваемый периметр Р_т двух отдельных и дискретных струй, имеющих диаметр D₁, значительно увеличивается или эффективно улучшается по сравнению со смачиваемым периметром одной струи, например, входной струи 230 PA-PSF, имеющей площадь А поперечного сечения. Более конкретно, верхняя выходная струя 320 PA-PSF и нижняя выходная струя 330 PA-PSF, каждая имеющая диаметр D₁=D/ 2, объединяются, обеспечивая результирующий суммарный смачиваемый периметр Р_т=2(2* *(D₁/2))= 2*P. В результате, дополнительно увеличивается рассеивание струи, например, отрыв струи. Увеличенный суммарный смачиваемый периметр отдельных и дискретных струй позволяет контролируемым количествам воздуха, доступного в ближнем поле горения в топочной камере, смешиваться с пылевидным твердым топливом, тем самым улучшая раннюю стабилизацию пламени и удаление летучих веществ. Увеличенный суммарный смачиваемый периметр также обеспечивает более эффективное смешивание и рециркуляцию горячих продуктов горения на большей площади струи топлива, что также приводит к улучшенной ранней стабилизации пламени и раннему удалению летучих веществ топлива и/или азота, связанного в топливе, в зоне с ограниченным содержанием кислорода и избытком топлива ближнего поля зоны, расположенной ниже по потоку от наконечника 100 сопла.

Таким образом, наконечник 100 сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления, описанным в данном документе, обеспечивает, по меньшей мере, преимущества уменьшенной проницаемости струи первичного воздуха/пылевидного топлива и увеличенной площади поверхности, смачиваемой площади и рассеивания струи первичного воздуха/пылевидного топлива, тем самым улучшая раннее воспламенение, раннюю стабилизацию пламени, удаление летучих веществ топлива и раннее высвобождение связанного азота. В результате выбросы NO_x из котла для пылевидного твердого топлива, содержащего наконечник сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, значительно уменьшаются или эффективно сокращаются. Вышеупомянутые преимущества очевидны при реализации наконечника сопла в соответствии с примерным вариантом осуществления в котле, выполненном с уменьшенной стехиометрией в зоне основной горелки (MBZ), например, в условиях ступенчатого сжигания, в которых желательно инициировать горение ближе к наконечнику сопла (по сравнению с котлами с высокой стехиометрией в MBZ), однако альтернативные примерные варианты осуществления не ограничены этим.

Фиг.6 представляет собой вид в плане со стороны выпуска альтернативного варианта осуществления наконечника сопла в соответствии с настоящим изобретением, использующего отклоняющие заслонки для воздуха. Данный вариант осуществления подобен варианту осуществления, показанному на фиг.5, за исключением того, что разделительные пластины 160 не расходятся, срезающие перекладины 170 не используются, и добавлены отклоняющие заслонки 175 для воздуха, как показано.

Фиг.7 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.6. Здесь показаны разделительные пластины 160, а также отклоняющие заслонки 175 для воздуха.

Фиг.8 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.6 и 7. В этом и во всех приведенных ниже имитационных моделированиях создана компьютерная модель, использующая применимые условия, чтобы прогнозировать, каким образом будут концентрироваться частицы после того, как они прошли через сопло. Данные имитационные моделирования важны для проектирования сопла с низкими выбросами NO_x .

Для участков, показанных белым цветом, данные имитационного моделирования не были получены. В данном случае это был воздух, проходящий через сопло 135 для вторичного воздуха.

Фиг.9 представляет собой вид в плане со стороны выпуска альтернативного варианта осуществления наконечника сопла в соответствии с настоящим изобретением, использующего центральный плохообтекаемый элемент.Фиг.10 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.9. Данный вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг.9 и 10.

Разделительная пластина 160 расположена по центру выпускного конца 104 как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном направлении. Здесь разделитель 180 потока имеет клиновидную форму, включающую в себя основание 483 и кромку 481 при вершине. Разделитель 180 потока расположен в центре относительно вертикального и горизонтального направлений. Он также расположен в задней части сопла 100 на одном уровне с выпускным концом 104. Данный вариант осуществления также включает в себя отклоняющие заслонки 175 для воздуха.

Фиг.11 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.9 и 10. Оно представляет собой схему распределения частиц вниз по потоку от сопла. Поскольку разделитель 180 потока содержит полое основание 181, частицы могут рециркулировать в разделитель 180 потока.

Фиг.12 представляет собой вид в плане со стороны выпуска альтернативного варианта осуществления наконечника сопла в соответствии с настоящим изобретением, использующего углубленный центральный плохообтекаемый элемент. Фиг.13 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.12. Элементы данного варианта осуществления будут описаны со ссылкой на фиг.12 и 13.

Данный вариант осуществления включает в себя множество разделительных пластин 160, ориентированных как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Разделитель 180 потока закрыт плоским основанием 481. Разделитель 180 потока смещен, или углублен внутрь в сторону от выпускного конца 104 по сравнению с разделителем потока, показанным на фиг.9 и 10.

Фиг.14 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.12 и 13. Кромка 483 при вершине разделителя потока рассекает встречный поток частиц и разделяет данный поток на поток выше и ниже разделителя 180 потока. Непосредственно ниже по потоку от основания 481 разделителя 180 потока находится турбулентная зона.

Фиг.15 представляет собой вид в плане со стороны выпуска X-образного наконечника сопла, являющегося альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.16 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.15. Данный вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг.15 и 16.

Выпускной 104 имеет обычную Х-образную форму, причем выпускной конец 104 продолжается наружу из центрального участка 108 в 4 выпускных выступа 106 выпускного конца 104. Хотя здесь показаны 4 выступа, данное изобретение предполагает любое количество выступов, расходящихся из центрального участка 108.

Разделитель 180 потока расположен на разделительной пластине 160, ориентированной горизонтально через сопло 100, разделяющей приблизительно пополам выпускной конец 104 на верхнюю половину и нижнюю половину.

Разделитель 180 потока содержит переднюю часть 181 и заднюю часть 182, причем обе части расположены под углом к центру разделителя потока, как вдоль его длины, так и вдоль ширины. Передняя часть 181 имеет форму 4-гранной пирамиды, включающей в себя переднюю вершину 183 и основание (не показанное).

Задняя часть 182 также выполнена в форме 4-гранной пирамиды, включающей в себя вершину 184 и основание (не показанное). В данном варианте осуществления, основания пирамид совмещены, а вершины направлены в сторону друг от друга.

Каждая грань передней части 181 разделителя 180 потока выполнена с возможностью отклонения падающего потока к ближайшему к ней выпускному выступу 105. Это эффективно разделяет поток на 4 элемента, по одному на каждый выпускной выступ 106.

Фиг.17 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.15 и 16. На данном чертеже можно видеть форму поперечного сечения разделителя 180 потока. Здесь передняя часть 181 имеет треугольную форму поперечного сечения. Задняя часть 182 также имеет форму поперечного сечения. Вершина 183 передней части 181 видна как вершина 184 задней части 182.

В альтернативном варианте осуществления, для разделителя 180 потока используется только передняя часть 181. Она может содержать плоское основание или быть полой.

Фиг.18 представляет собой вид в плане со стороны выпуска наконечника сопла, использующего разделитель потока с диффузорными блоками. Фиг.19 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.18. Данные варианты осуществления являются предметом патента США 6,439,136 B1, выданного 27 августа 2002 г. на имя Jeffry S. Mann и Ronald H. Novak, таким образом включенного в данный документ посредством ссылки, как если бы он был описан в его полном объеме. Полное описание данного варианта осуществления представлено в данной заявке.

Здесь разделитель 180 потока использует несколько диффузорных блоков, расположенных рядом друг с другом на противоположных сторонах разделительной пластины 160.

Фиг.20 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.18 и 19. Данный чертеж показывает форму поперечного сечения сопла. В поперечном сечении можно видеть диффузорные блоки 186, прикрепленные к разделительным пластинам 160.

Фиг.21 представляет собой вид в плане со стороны выпуска круглого наконечника сопла для угля. Фиг.22 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.21. Данный наконечник сопла, и соответствующие варианты осуществления, являются предметом находящейся на рассмотрении заявки на патент США № 11/279,123, зарегистрированной 10 апреля 2006 г. под названием "Сопло для пылевидного твердого топлива" заявителей Oliver G. Bigg, младший, Kevin E. Connolly, Kevin A. Greco, Philip H. Lafave и Galen H. Richard ("Устройство круглого наконечника сопла"), таким образом включенной в данный документ посредством ссылки, как если бы она была описана в своем полном объеме. Полное описание данного варианта осуществления представлено в данной заявке.

Круглый выпуск 408 размещает ротор 470 на втулке 480 ротора. Кольцевой воздушный канал 435 окружает круглый выпуск 408.

Фиг.23 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.21 и 22. Данный чертеж изображает конструкцию в разрезе. Втулка 480 ротора смешивает частицы, когда они проходят через ротор и выходят из выпуска 404.

Фиг.24 представляет собой вид в плане со стороны выпуска круглого наконечника сопла для угля, содержащего углубленный плохообтекаемый элемент. Фиг.25 представляет собой перспективный вид сзади наконечника сопла, показанного на фиг.24. Данный наконечник сопла подобен упомянутому выше устройству круглого наконечника сопла.

Данные чертежи изображают конструкцию, подобную конструкции, показанной на фиг.21-22, за исключением того, что ротор 470 является заглубленным в сопле.

Фиг.26 представляет собой компьютерное моделирование, изображающее прогнозируемую концентрацию потока частиц для наконечника сопла, показанного на фиг.24 и 25. Данный чертеж изображает конструкцию в разрезе. В данном виде видна втулка 480 ротора и выпуска 408.

Хотя изобретение описано со ссылкой на различные примерные варианты осуществления, для специалистов в данной области техники должно быть понятно, что могут быть выполнены различные изменения и замены элементов их эквивалентами без отхода от объема данного изобретения. Кроме того, множество модификаций может быть выполнено для приспособления конкретной ситуации или материала к идеям настоящего изобретения без отхода от его основного объема. Таким образом, необходимо отметить, что изобретение не ограничено конкретным вариантом осуществления, описанным в качестве предпочтительного вида, предполагаемого для осуществления данного изобретения, и что изобретение включает в себя все варианты осуществления, находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.