1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29761
(51) F23D 1/00 (2006.01)
F23D 1/02 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0059.1
(22) 20.01.2014
(45) 15.04.2015, бюл. №4
(72) Шишкин Андрей Аркадьевич; Шишкин
Аркадий Александрович
(73) Акционерное общество "Казахский научно-
исследовательский институт энергетики им.
академика Ш.Ч. Чокина"
(56) US 8479668 В2, 28.01.2010г
(54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ
ВЫСОКОЗОЛЬНОГО ПЫЛЕУГОЛЬНОГО
ТОПЛИВА
(57) Предложен способ сжигания пылеугольного
преимущественно высокозольного топлива с
применением вихревой пылеугольной горелки с
проточным кольцевым сепаратором в канале
аэросмеси, повышающий эффективность сжигания
твердого топлива пылевым способом со снижением
образования оксидов азота NOx и повышением
полноты выгорания топлива. Применение способа
повышает также эксплуатационную надежность
топочного процесса при сжигании высокозольных
углей. Способ основан на совокупном
использовании технологических свойств
применяемой вихревой пылеугольной горелки и
разбавления потока аэросмеси
высокотемпературными газами рециркуляции,
отбираемыми из тракта дымовых газов
котлоагрегата.
(19)KZ(13)A4(11)29761
2. 29761
2
Основным источником загрязнения окружающей
среды токсичными выбросами оксидов азота (NOx)
являются мощные тепловые электростанции,
работающие на пылеугольном топливе. Существуют
два основных способа борьбы с выбросами оксидов
азота, наиболее предпочтительным и доступным из
которых является применение технологических
средств, среди которых широкое распространение
получили низкоэмиссионные вихревые
пылеугольные горелки.
Известно применение вихревой пылеугольной
горелки, описанной в патенте CN 1207511С, F23D
1/00, F23D 1/02, опубл. 22.06.2005, содержащей три
коаксиальных канала: аэросмеси, вторичного и
третичного воздуха. В обоих воздушных каналах
установлены аксиальные завихрители и
регулирующие шибера, а в канале аэросмеси
содержится сепарирующее устройство в виде
последовательно установленных колец в форме
усеченных конусных поверхностей. При
взаимодействии набегающего потока аэросмеси с
данными кольцевыми элементами твердые частицы
угольной пыли отклоняются в приосевую область
потока, что способствует снижению образованию
оксидов азота в активной зоне горения при
сжигании пылеугольного топлива.
Недостатком применения такого способа
является невысокая эффективность особенно при
сжигании пылевым способом высокозольного угля
из-за недостаточной полноты выхода летучих из
угольных частиц, что, в свою очередь обусловлено
небольшим объемом зоны рециркуляции топочных
газов, что задерживает прогрев частиц топлива,
снижает полноту выгорания топлива и повышает
выход оксидов азота.
Известно применение вихревой пылеугольной
горелки (Патент US 8479668 В2, F23D 1/02,
28.01.2010), содержащей коаксиальные каналы:
аэросмеси, вторичного и третичного воздуха. В
канате аэросмеси установлен аналогичный
описанному выше проточный кольцевой сепаратор с
последовательно размещенными в потоке
конусообразными кольцами, в канатах вторичного и
третичного воздуха имеются аксиальные
завихрители, а на входных участках каналов
предусмотрены регуляторы расхода воздуха в виде
шиберов. На выходном торцевом сечении каждого
из трех каналов имеются конусообразные насадки в
форме диффузоров.
При работе данной горелки сепаратором
осуществляется сепарация частиц топлива
преимущественно в приосевой области потока
аэросмеси. Конусные диффузорные насадки
усиливают создаваемое закрученными потоками
вторичного и третичного воздуха разрежение в
приосевой области. Это способствует еще большему
приближению высокотемпературной зоны
внутренней рециркуляции топочных газов к соплу и
тем самым ускорению прогрева угольных частиц с
более полным выходом из них летучих и, как
следствие этого - повышению полноты выгорания
топлива и снижению образования оксидов азота.
Однако использование в данном способе горелки
с конусообразными диффузорными насадками на
выходах каналов имеет и свой недостаток, в
частности, при использовании в качестве топлива
высокозольных углей, таких как Экибастузский
уголь.
Дело в том, что приближение зоны
высокотемпературных топочных газов к горелке с
конусообразными насадками при сжигании углей
повышенной зольности приводит к перегреву
данных насадков радиационным тепловым потоком.
Это приводит к их термической коррозии,
деформации и в целом - к снижение надежности
данного способа при сжигании высокозольных
углей, где радиационные тепловые потоки могут
быть особенно значительными.
Известен также способ подавления процесса
образования оксидов азота и повышения полноты
выгорания пылеугольного топлива использованием
топочных газов рециркуляции, отбираемых с
какого-либо из участков газохода котлоагрегата с
температурой порядка 500-600°С для разбавления
ими потока аэросмеси, подаваемого в горелку (см.,
например, Д.М. Хмалян. Теория топочных
процессов М. Энергоатомиздат, 1990г.).
Недостатком данного способа является
недостаточная его эффективность применительно к
сжиганию высокозольных углей, типа
Экибастузского угля.
Задачей предлагаемого технического решения
является дополнительное (более глубокое)
подавление процесса образования оксидов азота с
одновременным повышением эффективности
использования топливного ресурса и повышения
устойчивости и эксплуатационной надежности
топочного процесса, в том числе и при сжигании
низкореакционных высокозольных углей.
Технический результат, достигаемый изобретением,
заключается в снижении образования оксидов азота
при одновременном повышении полноты выгорания
коксового остатка угольных частиц. Еще одним
техническим результатом является ускорение
прогрева и воспламенения угольных частиц без
снижения эксплуатационной надежности
применения данного способа при сжигании
высокозольных углей пылевым способом.
Для реализации предлагаемого способа
используется вихревая пылеугольная горелка с
аналогичным описанным выше проточным
кольцевым сепаратором в канале аэросмеси с
конусообразными кольцевыми элементами,
обеспечивающими сепарацию твердых частиц
топлива в приосевой зоне канала и пониженную
концентрацию частиц в пристеночной области. При
этом диффузорные конусообразные насадки на
выходе канатов не применяются, а их
функциональную роль в части термической
подготовки пылеугольных частиц выполняют
высокотемпературные топочные газы
рециркуляции, отбираемые с какого-либо из
участков газохода котлоагрегата и вводимые в
поток аэросмеси до его поступления в горелку.
3. 29761
3
Технический результат в предлагаемом способе
сжигания пылеугольного топлива достигается
использованием описанных выше функциональных
возможностей известной пылеугольной горелки с
проточным сепаратором в центральном
прямоточном канале аэросмеси в совокупности с
разбавлением потока аэросмеси
высокотемпературными топочными газами
рециркуляции, отбираемыми с тракта дымовых
газов котлоагрегата при температуре порядка
500-600°С. Этим предлагаемый способ
обеспечивает создание условий для более глубокого
подавления процесса образования топливных
оксидов азота, с одновременным более быстрым
прогревом угольных частиц для полного выхода из
них летучих при пониженной концентрации
кислорода на начальном участке факела.
Существенно также, что при этом не требуется
приближение высокотемпературной зоны
внутренней рециркуляции на близкое расстояние к
горелке, чем дополнительно повышается
эксплуатационная надежность последней, а
следовательно и самого способа при сжигании
высокозольных углей типа Экибастузского угля.
Приведенная в ограничительной и
отличительной части формулы изобретения
совокупность признаков является новой, ранее не
применявшейся и существенной для достижения
цели, поскольку одновременно обеспечивает
повышение начальной температуры угольных
частиц на выходе из сопла горелки и значительное
снижение коэффициента избытка (1 в приосевой
зоне начального участка факела. При этом не
требуется приближение высокотемпературной зоны
внутренней рециркуляции топочных газов к устью
горелки. В соответствии с общепризнанным
представлением о механизме образования
топливных оксидов азота совокупность указанных
мер способствует созданию условий для более
глубокого подавления образования оксидов азота на
начальном участке пылеугольного факела. В данном
случае такие условия создаются термической
подготовкой угольных частиц и их концентрацией в
приосевой зоне потока с пониженным
коэффициентом избытка кислорода для ускорения
выхода из угольных частиц летучих и их полного
выгорания в условиях недостатка кислорода.
Последнее, как известно, способствует повышению
экологической чистоты топочного процесса и
эффективности использования энергетического
ресурса топлива. Кроме того при данном способе
использования описанного вихревого горелочного
устройства повышается его эксплуатационная
надежность, в частности, при сжигании
низкосортных высокозольных углей типа
Экибастузского угля.
Таким образом, отличительные признаки
формулы изобретения являются существенными и
служат для достижения технического результата.
На представленной Фиг. схематически
изображена область активного горения
пылеугольного топлива на начальном участке
факела при реализации предлагаемого способа с
применением вихревой пылеугольной горелки с
проточным сепаратором в центральном канале
аэросмеси в совокупности с разбавлением
аэросмеси дымовыми газами рециркуляции.
Используемая для реализации данного способа
пылеугольная горелка аналогична описанным выше
горелкам и содержит три канала: центральный
цилиндрический канал аэросмеси 1 и наружные
каналы вторичного 2 и третичного 3 воздуха. Канал
аэросмеси 1, расположенный внутри каналов 2 и 3,
является продолжением трубопровода аэросмеси 4.
В канале 1 размещен кольцевой проточный
сепаратор 5 в виде последовательно расположенных
соосно каналу 1 кольцевых элементов 6,
обеспечивающих повышение концентрации твердой
фазы (частиц) в приосевой зоне 7 потока и
снижение концентрации частиц в пристеночной
зоне 8 потока аэросмеси. Во вторичном 2 и
третичном 3 каналах предлагаемой пылеугольной
горелки установлены аксиальные завихрители 9 и
10. соответственно, а для регулировки расходов
воздуха на входе в каждый из канатов 2 и 3
установлены регулировочные шиберы,
соответственно 11 и 12. В области сопряжения
канала аэросмеси 1 с трубопроводом аэросмеси 4
имеется направляющий патрубок 13,
расположенный коаксиально (соосно) с каналом
аэросмеси 1. Таким образом, сама применяемая
горелка содержит все основные элементы,
содержащиеся в горелках аналога и прототипа. При
этом используемые в последней из рассмотренных
горелок конусообразные насадки на выходах
каналов 1, 2 и 3, в данном случае отсутствуют. В
предлагаемом способе ускорение прогрева
угольных частиц и снижение образования NOx
обеспечивается совместным использованием
функциональных возможностей применяемой
горелки и разбавлением потока аэросмеси
дымовыми газами рециркуляции, отбираемыми из
дымохода котлоагрегата (не показан), с помощью,
например, рециркуляционного дымососа 14, средств
контроля (15 и 16) расхода и температуры дымовых
газов и линии 17, обеспечивающей ввод дымовых
газов в канал аэросмеси.
Предлагаемый способ сжигания пылеугольного
топлива с применением данной горелки реализуется
следующим образом. Введением мазутной форсунки
(не показана) через направляющий патрубок 13 в
канал аэросмеси 1 (сквозь систему кольцевых
элементов 6 сепаратора 5) осуществляют розжиг и
предварительный прогрев топочного объема
котлоагрегата с использованием для этого, газа или
мазута. При достижении в топочном объеме
теплового режима достаточного для устойчивого
горения применяемого пылеугольного топлива в
канал аэросмеси 1 подают пылеугольное топливо в
виде аэросмеси, разлавленной дымовыми газами
рециркуляции. При этом, контролируемый по
расходу и температуре отбор высокотемпературных
газов рециркуляции производят при температуре
порядка 500-600°С с одного из участков газохода
котлоагрегата (не показан). Затем с помощью
теплоизолированной линии 17 дымовые газы вводят
4. 29761
4
в трубопровод аэросмеси 4, выравнивание
температуры и концентрации по сечению
обеспечивают с помощью, например,
выравнивающих сеток, установленных в
поперечном сечении трубопровода 4.
Количественное соотношение дымовых газов к
аэросмеси будет определяться режимными
параметрами аэросмеси (расход, температура,
концентрация пыли) и свойствами пылеугольного
топлива (зольность, процентное содержание
летучих, реакционная способность, тонина помола и
др.) и в каждом отдельном случае будет
устанавливаться опытным путем при наладке
топочного процесса. После устойчивого зажигания
пылеугольного факела регулировочными шиберами
11 и 12 оптимизируют расход вторичного и
третичного воздуха, чтобы общий суммарный
коэффициент избытка воздуха α, в зависимости от
режима сжигания топлива предпочтительно
находился в принятых в топочной практике
пределах от 1.05 до 1,15. При этом процесс
сжигания пылеугольного топлива по предлагаемому
способу определяется совокупностью характеристик
используемой горелки и ее режимных параметров,
таких как соотношение общего количества воздуха
и топлива, а также расчетных соотношений
расходов аэросмеси и дымовых газов рециркуляции.
В соответствии с предлагаемым способом
разбавлением аэросмеси дымовыми газами
осуществляют термическую подготовку угольных
частиц, а также обеспечивают их сепарацию
преимущественно в приосевой зоне 7 и снижение их
концентрации в пристеночной области 8 потока
эросмеси. Это ускоряет выход из угольных частиц
летучих и их полное выгорание на начальном
участке факела в условиях пониженного
содержания кислорода для обеспечения снижения в
данной области образования NOx и повышения
полноты выгорания коксового остатка на основном
участке факела. Кроме того, введение в аэросмесь
высокотемпературных топочных газов совместно с
сепарацией частиц в приосевой зоне дополнительно
создает кольцевую прослойку 18 обедненной
кислородом и угольными частицами среды между
начальной приосевой зоной активного горения 19 и
вторичным воздухом 20. Наличие кольцевой
прослойки 18 задерживает процесс смешения
потока аэросмеси 19 с вторичным 20, а затем и
третичным 21 воздухом на начальном участке
факела в зоне активного горения. Это
дополнительно способствует более глубокому
подавлению процесса образования топливных
оксидов азота в данной зоне и более полному
выгоранию коксового остатка частиц за пределами
зоны активного горения. Наконец, предлагаемый
способ имеет повышенную надежность его
использования при сжигании высокозольных углей
типа Экибастузского угля тем, что при сжигании
высокозольных углей в данном способе не
требуется дополнительное приближение
высокотемпературной области внутренней
рециркуляции к устью горелки, что устраняет
возможность ее перегрева, деформации и коррозии
ее элементов и, следовательно, сокращения срока
службы.
В Приложении в качестве примера приведен
оценочный расчет эффективности предлагаемого
способа сжигания высокозольного топлива
применительно к Экибастузскому углю с его
конкретными физическими характеристиками,
составом, а также другими необходимыми для
выполнения такого расчета исходными данными.
Результаты расчета показали, что для выбранного
топлива (сертифицированного Экибастузского угля
со средней зольностью 42,5% и содержанием
основных горючих элементов - С, Н, S и других
важных его составляющих) предлагаемый способ,
сочетающий использование горелки с проточным
сепаратором в совокупности с разбавлением
аэросмеси дымовыми газами при температуре
последних 500°С и объемном расходе 10% (к
расходу аэросмеси) обеспечивает необходимые
условия для более глубокого подавления процесса
образования токсичных выбросов NOx с
одновременным повышением полноты выгорания
топлива. Для примера был выбран Экибастузский
уголь, как имеющий наиболее важное значение для
энергетики Казахстана, применимость
предлагаемого способа этим топливом не
ограничивается. В соответствии с изменяющимися
характеристиками топлива и условиями его
сжигания, режимные условия применения данного
способа сжигания также могут меняться, оставаясь
при этом в рамках общего принципа, лежащего в
основе предлагаемого способа
Оценка эффективности предлагаемого способа
(на основе применения пылеугольной горелки с
проточным сепаратором в совокупности с вводом
дымовых газов рециркуляции в канал аэросмеси)
при сжигании Экибастузского угля
В соответствии с предлагаемым техническим
решением по способу повышения эффективности
снижения образования выбросов NOx
содновременным повышением полноты выгорания
пылеугольного топлива повышенной зольности с
использованием пылеугольной горелки с
сепарацией пыли в приосевой зоне потока
температуру частиц пылеугольного топлива
повышают, а коэффициент избытка воздуха в
аэросмеси снижают до поступления аэросмеси к
участку канала горелки, где происходит сепарация
потока аэросмеси с повышением концентрации
частиц преимущественно в приосевой зоне и,
наоборот, снижением их концентрации в
пристеночной части потока до выхода из канала
аэросмеси в топочный объем.
Ниже в качестве примера реализации данного
способа приведен расчет термической подготовки
частиц пылеугольного топлива и изменения
коэффициента избытка воздуха в приосевой зоне и
во внешней зоне потока аэросмеси на выходе из
сопла горелки при введении в канал аэросмеси
заданного объемного соотношения
высокотемпературных газов рециркуляции к
расходу аэросмеси при заданных исходных
параметрах потоков аэросмеси, топочных газов,
5. 29761
5
состава используемого топлива и др. В качестве
исходных данных примем в качестве топлива
Экибастузский высокозольный уголь со средней
зольностью 42,5%, содержание основных элементов
используемых в расчете [Тепловой расчет
котельных агрегатов. Второе изд. Под ред. Н.В.
Кузнецова и др. Изд. «Энергия», М., 1973г.]:
углерод - 42,5%; водород - 2,8%; сера - 0,4%;
кислород - 6,6%.
начальная температура аэросмеси -130°С.
начальный коэффициент избытка воздуха α в
аэросмеси α = 0,35.
начальная скорость потока аэросмеси на выходе
из сопла горелки =7,5 м/с.
параметры горелки, используемые в расчете:
диаметр канала аэросмеси D = 135 мм
температура и доля вводимых газов
рециркуляции - tII
= 550°С и 10% (по расходу)
[Разработка новой пылеугольной горелки для
повышения эффективности сжигания
Экибастузского угля на тепловых электростанциях
Казахстана». Научный отчет, АО КазНИИ
энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина», Алматы,
2014г.];
Определим расход аэросмеси в канале горелки:
а) При средней по сечению канала скорости
первичного воздуха 7.5 м/с и температуре
первичного воздуха tI
= 130°С,:
1) Расход первичного воздуха определим через
среднее значение скорости и площадь сечения
канала аэросмеси:
4
I
BV (0,135)2
-7,5=0,107 м3
/с, где 0,135 м-
диаметр канала аэросмеси.
2) При объемном соотношении вводимых в канал
аэросмеси газов рециркуляции равном 10% от
расхода аэросмеси, расход дымовых газов составит:
II
BV =0,1·0,107 = 0,0107 м3
/с.
3) Теоретическое количество воздуха для
полного сгорания 1 кг Экибастузского угля при
температуре воздуха в канале аэросмеси 130°С.
B
PPPP
OSHC
V
23,0100
8
3
8
0
8485,023,0100
6,64,08,285,42
3
8
=6,637 м3
/кг,
Где 0,8485 - плотность воздуха (в кг/м3
) при
130°С.
С учетом заданного коэффициента избытка
воздуха α=0,35 количество воздуха при данном
коэффициенте его избытка получим
0
V =0,35·6,637=2,323 м3
/кг
4) Расход твердой фазы (угольной пыли) при
этом составит
046,0
323/2
107,0
0
V
V
G
I
B
П
кг/с
5) Энтальпия потока первичной аэросмеси
I
Qa =(0,107·0,3157+0,046-0,3237)·130=6,327 ккал/с,
где 0,3237 ккал/кг-°С - теплоемкость частиц угля
при 130°С
6) Определим расход дымовых газов
рециркуляциис температурой 550°С Для этого
определим сначала их расход при 0°С:
4759,1
0107,0
130
15,273
1
1
0107,0
1
0 I
v
II
BII
t
V
V
0,0072 м3
/с, тогда расход при 550°С:
/см0222,0015.30072,0
)550
15,273
1
1(0072,0
3
550
II
CV
где
15,273
1
- коэффициент объемного
расширения воздуха.
7) Энтальпия вводимых в канал аэросмеси газов
рециркуляции:
II
BQ = 0,0222·0,3181·550 = 3,88 ккал/с
8) Энтальпия потока аэросмеси на выходе канала
(без учета потерь в окружающую среду)
III
QQQ ваa = 6,327+3,88 = 10,207 ккал/с
9) Температура аэросмеси на выходе из канала ta
найдем из уравнения теплового баланса, принимая
допущение о полном выравнивания температуры
воздуха и частиц пыли до выхода аэросмеси из
горелки:
])[( aa
aaa
t
ПП
t
B
II
t
I
t CGCVVQ ta=10,207 ккал/с.
Где
I
tV a
и
II
tV a
- расход первичного воздуха и
газов рециркуляции при температуре ta,
соответственно, м3
/с.
at
BC и at
ПC - теплоемкость воздуха ккал/м3
·°С и
частиц пыли при ta, соответственно.
Предварительно найдем общий расход воздуха при
температурах t =130°С и ta:
0797,0
130
15,273
1
1
0107,0107,00
a
V нм3
/с
,/cм00029,00797,0
)
15,273
1
1(0797,0
3
a
aa
a
t
tV t
Тогда выражение для расчета энтальпии потока
аэросмеси может быть представлено в виде:
Qa=[(0,0797+0,00029-ta)· at
BC +0,046· at
ПC ]-ta=
10,207 ккал/с, из которого температура ta может
быть определена параметрическим методом.
Задаваясь значениями t в пределах 130-200°С по
справочным данным [Тепловой расчет котельных
агрегатов. Второе изд. Под ред. Н.В. Кузнецова и
др. Изд. «Энергия», М., 1973г.] находим
соответствующие им значения at
BC и at
ПC и по
ранее определенной величине энтальпии Qa =10,207
ккал/с производим расчет нескольких значений Qa в
указанных выше пределах температур. По
полученным расчетным данным строим график
зависимости Qa от температуры ta по которому
определяем то значение температуры ta, которое
будет соответствовать найденному значению
6. 29761
6
энтальпии потока аэросмеси Qa=10,207 ккал/с на
выходе сопла. Результаты этих вычислений и
график для определения температуры ta на выходе
сопла горелки представлены в прилагаемой ниже
таблице и на графике:
Таблица 1
Результаты расчета зависимости энтальпии аэросмеси от температуры для заданных начальных условий
№ ta, °С at
BC ккал/
/м3
·°С
at
ПC ккал/
/кг·°С
I II I+II Qa
1 140 0,31128 0,3267 0,0374 0,0150 0,0524 7,336
2 144 0,31136 0.32817 0,0378 0,0150 0,0529 7,617
3 150 0,31140 0,33070 0,0384 0,0151 0,0536 8,042
4 155 0,31160 0,33260 0,0388 0,0152 0,0541 8,385
5 160 0,31160 0,33460 0,0393 0,0153 0,0547 8,751
6 165 0,31170 0,33670 0,0398 0,0155 0,0553 9,123
7 170 0,31180 0,33870 0.0402 0,0156 0,0558 9,483
8 175 0,31190 0,34060 0,0407 0,0157 0,0564 9,863
9 180 0,31200 0,34260 0,0412 0,0158 0,0569 10,24
10 185 0,31200 0,34430 0,0416 0,0158 0,0574 10,63
11 190 0,31210 0,34630 0,0421 0,0159 0,0580 11,02
12 195 0,31215 0,34840 0,0425 0,0160 0,0585 11,41
13 200 0,31220 0,35000 0,0430 0,0161 0,0591 11,82
По представленным в данной таблице расчетным
данным построен график зависимости энтальпии
потока аэросмеси на выходе из канала от
задаваемой температуры потока ta (прилагается).
Из графика для вычисленного значения
эктальпии Qa=10,207 ккал/с определяем
температуру потока на выходе канала аэросмеси
горелки. Данная температура для заданных
начальных условий расчета оказалась равной
ta=180°С.
Тогда общий объемный расход аэросмеси с
дымовыми газами при данной температуре составит
a
a
t
V =0,0797·(1+
15,273
1 ta)=0,0797+0,00029·ta, м3
/с
a
a
t
V =0,0797·(1+
15,273
1 180) = 0,0797 + 0,00029·180
=0,1319 м3
/с
Теоретическое количество воздуха, имеющего
температуру ta=180°C, для полного сгорания 1кг.
угля [Тепловой расчет котельных агрегатов. Второе
изд. Под ред. Н.В. Кузнецова и др. Изд. «Энергия»,
М., 1973г., Рабинович О.М. Котельные агрегаты.
Изд. «Машгиз», Ленинград 1963г., Михеев М.А.
Основы теплопередачи. Госэнергоиздат, М.,
1949г.]:
267,7
79034,023,0100
6,64,08,285,42
3
8
0
a
tV м3
/кг
)
15,273
1
1(0797,0 a
a
a
tVt
=0,0797+0,00029·ta, м3
/с
Где 0,775 кг/м3
- удельный вес воздуха при 180°С
То же для полного сгорания всего количества
угля:
0
atV =7,267·0, 317 кг/с=2,304 м3
/с
Действительный расчетный коэффициент
избытка воздуха при этом будет равен значению:
αд = 0
ta
ta
a
v
v
= 2,304/7,267 = 0,317 м3
/с ≈ 0,32
Расчетная среднерасходная скорость аэросмеси
на выходе из канала составит при этом:
Wa =
0159,0
1319,0 - 8,290 ≈ 8,3 м/с.
Принимая далее во внимание то обстоятельство,
что ввод топочных газов рециркуляции в аэросмесь
в предлагаемом способе осуществляется в
совокупности с преимущественной концентрацией
твердых угольных частиц в приосевой зоне канала
на выходе из горелки и далее - в приосевой зоне
начального участка факела, очевидно, что
коэффициент избытка воздуха в приосевой зоне
горения в данном случае окажется еще более
низким и будет зависеть от эффективности
используемого кольцевого проточного сепаратора.
Для оценки снижения данного коэффициента в
приосевой зоне канала разделим его мысленно на
две части - соответственно приосевую зону течения
и внешнюю зону течения с равными расходами
Vпр.=Vвн. При этом предположим, что
используемый сепаратор обеспечивает
концентрацию частиц Спр., повышенную вдвое по
сравнению с внешней зоной течения. Поскольку
концентрация кислорода в аэросмеси не подвержена
воздействию сепаратора и будет одинакова по всему
поперечному сечению канала в обоих
рассматриваемых зонах течения, очевидно, тогда
для полного сжигания угольных частицу в
приосевой зоне потребуется вдвое больше
кислорода, т.е., коэффициент избытка воздуха в
данном случае понизится вдвое и станет равным αпр
- αд/2, где αпр - полученный коэффициент избытка
воздуха, в приосевой зоне течения, αд - полученное
7. 29761
7
выше значение коэффициента избытка воздуха,
равное 0,32.
Таким образом, предлагаемый способ сжигания
высокозольных низкосортных углей, основанный на
разбавлении аэросмеси дымовыми газами
рециркуляции в совокупности с использованием
горелки, обеспечивающей преимущественную
концентрацию угольных частиц в приосевой
области канала аэросмеси, обеспечивает
значительное снижение коэффициента избытка
воздуха в приосевой области и при этом
одновременно существенно (в 1.3-1,4 раза)
повышается температура аэросмеси. Как известно,
это как раз и является необходимым условием для
снижения образования вредных токсичных
выбросов NOx с одновременным повышением
полноты использования энергетического ресурса
пылеугольного топлива [Д.М. Хзмалян-Теория
топочных процессов М. Энергоагомиздат, 1990г.].
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ сжигания высокозольного
пылеугольного топлива с применением вихревой
пылеугольной горелки, содержащей центральный
цилиндрический канал аэросмеси с проточным
кольцевым сепаратором и внешние кольцевые
каналы вторичного и третичного воздуха с
аксиальными завихрителями, включающий
введение в канал аэросмеси расчетного количества
пылеугольного топлива, а в воздушные каналы -
расчетных расходов вторичного и третичного
воздуха, отличающийся тем, что в канал аэросмеси
дополнительно к первичному воздуху вводят
высокотемпературные дымовые газы рециркуляции,
отбираемые из тракта дымовых газов котлоагрегата.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Сакалова
