Комбинированная вихревая горелка

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАНТСПЛОЭНСЗГСТИКИ, И комбинированным вихревым горелкам И МОЖЕТ бЫТЬ ИСПОЛЬЗОВЗНО ДЛЯ СОВМЕСТНОГО сжигания различных ВИДОВ топлива В топках КОТЛОВ металлургического производства.Изобретение относится К области теплоэнергетики,и комбинированным вихревым горелкам и может быть использовано для совместного сжигания различных видов топлива в топках котлов металлургического производства.Известна комбинированная горелка, содержащая центральную трубу, и коаксиально размещенные вокруг нее кольцевые каналы аэропыли, вторичного воздуха, доменного и высококалорийного природного газа (1). Расположение каналов воздуха между калорийными угольной пылью и газом значительно интенсифицирует их горение и способствует интенсивному горению калорийного коксового газа и низкокалорийного доменного газа. Однако достигнутая интенсивность горения обуславливает, в свою очередь, высокий уровень образования окислов азота из-за интенсивного выделения молекулярного азота из угольной пыжи и реагирования его с кислородом воздуха вследствие высокой температура горения. При этом более 3/4 составляют топливные окислы азота, так как термические окислы азота интенсивно образуютсяЦель изобретения - снижение токсичности продуктов сгорания и повышение эксплуатационной надежности.Комбинированная вихревая горелка содержит центральнуютрубу и коаксиально размещенные вокруг нее кольцевые каналы аэропыли, вторичного воздуха, доменного и высококалорийного природного газа, канал природного газа размещен непосредственно вокруг центральной трубы,снабженной на выходе диффузором, имеющим на боковой поверхности радиально расположенныеЬ - щирина КОЛЬЦСВОГО канала ПрИрОДНОГО газапри более высокой температуре.Другим недостатком этой горелки является то, что высокие температуры продуктов сгорания приводят к повышению температуры перегретого пара и резкому ухудшению температурных условий работы пароперегревателя. Кроме того, вследствие приближения зоны воспламенения к газовыпускным соплам при минимальном расходе газов в процессе эксплуатации происходит обгорание сопл.Целью изобретения является снижение токсичности продуктов сгорания и повышение эксплуатационной надежности комбинированной вихревой горелки.Поставленная цель достигается тем, что в комбинированной вихревой горелке, содержащей центральную трубу и коаксиально размещенные вокруг нее кольцевые каналы аэропыли, вторичного воздуха, доменного и высококалорийного природного газа, канал природного газа размещен непосредственно вокруг центральной трубы,снабженной на выходе диффузором, имеющим на боковой поверхности радиально расположенныеКОЛЬЦСВОГО канала ПРИрОДНОГО газаВ - угол раскрытия диффузора. На фигуре показана схема поперечного разреза предлагаемой горелки.Горелка содержит центральную трубу 1, каналы высококалорийного природного газа 2, аэросмеси 3,вторичного воздуха 4 и доменного газа 5. Центральная труба снабжена диффузором 6 с ребрами 7.Комбинированная вихревая горелка работает следующим образом.Крутка аэросмеси 3 обеспечивает рециркуляцию горячих продуктов сгорания к корню факела,подогрев поступающей свежей аэросмеси 3 до температуры выхода летучих веществ угольной пыли,термическое разложение азотсодержащих компонентов угольной пыли, воспламенение и горение летучих веществ. При этом происходит выход активных атомов азота и их интенсивное окисление с кислородом первичного воздуха внутри аэросмеси 3 и кислородом вторичного воздуха 4 на внешней поверхности аэросмеси 3 на границе со вторичным воздухом 4.Горение угольной пыли в аэросмеси 3 и образование окислов азота интенсифицируется турбулентной диффузией кислорода из закрученного потока вторичного воздуха 4 на внешней границе аэросмеси 3 и вторичного воздуха 4.Из-за такая мощной внутренней (а аэросмеси 3) и внешней (на границе аэросмеси 3) стабилизации пламени на небольшом расстоянии (равном одномуполутора диаметру амбразуры горелки) от горелки образуется ядро факела, где происходит сгорание от 0,65 до 0,85 доли угольной пыли. В результате возникает мощный факел, который обеспечивает полное сжигание внешнего закрученного потока низкокалорийного доменного раза 5 и внутреннего закрученного потока высококалорийного природного газа 2.Описанная интенсивность горения обеспечивается принятой последовательностью расположения каналов в предлагаемом изобретении. Однако при этом будет происходить и интенсивное образование окислов азота, так как достигаемая высокая температура в первую очередь, интенсифицирует разложение азотсодержащих компонентов и выделение активных атомов азота, реагирующих с кислородом и образующих окиси азота.Известно,что концентрация образующихся топливных окислов азота пропорциональна примерно квадрату концентрации кислорода и температуре горения лишь в степени 0,3. Поэтому с целью глубокого подавления образования окислов азота в изобретении центральная труба 1 канала высококалорийного природного газа 2 снабжается диффузором 6. Диффузор 6 направляет высококалорийный природный газ 2 в аэросмесь 3. Высококалорийный природный газ 2 под угломграницы со вторичным воздухом, уменьшает концентрацию кислорода как путем разбавления аэросмеси 3, так и путем реагирования с кислородом аэросмеси 3. В результате, значительно уменьшается доля кислорода, реагирующего с атомарным азотом,и происходит глубокое подавление образования окиси азота. При этом интенсивность горения факела поддерживается относительной интенсивностью горения высококалорийного природного газа 2 по сравнению со случаем отсутствия диффузора 6. Это компенсирует некоторое ухудшение горения угольной пыли в активной зоне за счет уменьшения концентрации кислорода, так как высококалорийный природный газ 2 более реакционный, чем угольное топливо.С целью повышения эксплуатационной надежности диффузора 6, он выполнен ребристым 7. Оребрение 7 диффузора 6 способствует его охлаждению потоком высококалорийного природного газа 2. При высотеканала калорийного газа 2 и количестве их отвечающем шагу, равному Ь/2 на меньшем периметре диффузора 6, обеспечивается снижение температуры диффузора 6 на 150 С. Одновременно происходит подогрев калорийного газа 2, способствующий интенсификации его реагирования с кислородом воздуха аэросмеси 3. В этих же целях можно ребра 7 на диффузоре 6 установить с определенным направлением крутки калорийного газа 2.диффузора 6, число иугол (относительно оси горелки на схеме не показан) установки ребер 7, температура диффузора 6 с ребрами 7 рассчитываются из условий эффективности и надежности работы комбинированной вихревой горелки.Цель изобретения достигается тем, что пропорционально квадрату кислорода, израсходованного на горение высококалорийного природного газа 2,направляемого вдоль образующей диффузора 6 в аэросмесь 3, уменьшается концентрация вредныхОКИСЛОВ азота. ЕСЛИ ПрИ ЭТОМ ЗНЗЧСНИЗ угла Вобразующей диффузора 6 будет более 45 , то это приведет к недопустимому тепловому напряжению устья горелки, а снижение расхода калорийного газа уменьшит эффект подавления образования окисловпроникновение высококалорийного природного газа 2 в аэросмесь произойдет за активной зоной образования окислов азота подавления его резко снижается. Поэтому эффективное значениеВысота ребер 7 как 11 Ь с о 5 В размещение со стороны канала, высококалорийного природного газа 2 с шагом, равным 11 /2 на меньшемохлаждение диффузора 6 И эксплуатационную надежность комбинированной вихревой горелки. ПриЬ с о 5 В конструктивно нереальна, а размещение ребер 7 внутри диффузора 6 приведет к радиационному увеличению его температуры и тем самым уменьшит эксплуатационную надежность горелки. Уменьшение щага ребер 7 (менее 11/2) усложняет технологию изготовления ребристого диффузора (6 и 7) и повышает гидравлическое сопротивление горелки,Формула изобретения.Комбинированная вихревая горелка, содержащая центральную трубу и коаксиально размещенныеэтом высота ребер 7 Ь более 11НАЛО рий ны гмвокруг нее кольцевые каналы аэропыли, вторичного воздуха, доменного и высококалорийного газа,отличающаяся тем, что, с целью снижения токсичности продуктов сгорания и повышения эксплуатационной надежности, канал природного газа размещен непосредственно вокруг центральной трубы, снабженной на выходе диффузором, имеющим на боковой поверхности радиально расположенные ребра с высотойЬЬсо 55, где Ь - Ширина кольцевого канала природного газаСоставитель М.3 убков Верстка МП КРИЦ - А.Н. Шанин, А.В.Шевченко Ответственный за выпуск ЭЗ. Фаизова