Горелки для пылевидного топлива

В большинстве систем пылеприготовления транспортирование топлива в топку осуществляется первичным воздухом, являющимся только частью общего количества воздуха, необходимого для процесса горения. Подача вторичного воздуха в топку и организация взаимодействия его с первичным осуществляется в горелке.

Горелки предназначены для ввода в топку и перемешивания топлива и воздуха, обеспечения устойчивого воспламенения и выгорания и смеси. Они должны отвечать следующим требованиям:

- герметичность соединения с топкой;

- ремонтопригодность;

- обеспечение устойчивого горения на сниженной нагрузке и при использовании резервного топлива (газа или мазута).

В зависимости от принципа организации процесса ввода пылевоздушной смеси пылеугольные горелки можно разделить на три типа: вихревые, прямоточные и плоскофакельные.

Принцип работы вихревой горелки (рис. 18) следующий.

Рис. 18. Схема работы вихревой горелки

Потоки первичного I и вторичного II воздуха вводят в топку через кольцевые концентрические каналы, в которых установлены завихрители. Направление крутки потоков одинаковое. Характерной особенностью такого течения является сопоставимость по величине всех трех составляющих скорости: аксиальной (продольной) , касательной (окружной) и радиальной . Наличие касательной составляющей скорости приводит к заметному расширению струи, образующей в пространстве параболическое тело вращения. В центральной внутренней части 1 струи образуется зона разрежения, величина которой определяется втулочным отношением и скоростью потоков на выходе из горелок. Под действием перепада давлений возникают обратные токи высокотемпературных продуктов сгорания (см. изменение скорости ), обеспечивающие стабилизацию воспламенения пылевоздушной смеси. При движении первичный I и вторичный II воздух перемешиваются, и процесс горения распространяется на внешнюю поверхность 2 струи.

В зависимости от конструкции завихрителей различают горелки улиточно-лопаточные, улиточно-улиточные, лопаточно-лопаточные, прямоточно-улиточные и прямоточно-лопаточные. В названии сначала указывают тип завихрителя по первичному воздуху.

Через вихревые горелки целесообразна подача всех видов топлива кроме фрезерного торфа. К недостаткам этих горелок следует отнести: повышенное гидравлическое сопротивление, конструктивную сложность, необходимость выполнения выходной части из жаростойких материалов во избежание ее выгорания, повышенную склонность к сепарации топлива, несколько больший (по сравнению с горелками других конструкций) выброс окислов азота в атмосферу.

В прямоточных горелках в отличие от вихревых потоки первичного I и вторичного II воздуха не закручиваются и имеют однонаправленное (спутное) движение (рис. 19). Касательная составляющая скорости отсутствует, а радиальная намного меньше продольной составляющей. Стабилизация воспламенения осуществляется благодаря эжекции продуктов сгорания 1 по периферии 2 струи. Нужная степень перемешивания воздуха достигается соответствующим соотношением скоростей первичного I и вторичного II воздуха.

Сопротивление прямоточных горелок меньше, чем вихревых, они проще в изготовлении, количество образующихся оксидов азота меньше.

Область применения прямоточных горелок – каменные и бурые угли. Горелки предварительного перемешивания, имеющие камеру смешения, применяют в основном для торфа и бурых углей ( %).

К недостаткам прямоточных горелок следует отнести более высокую дальнобойность и худшие условия перемешивания смеси по сравнению с вихревыми.

В плоскофакельных горелках (рис. 20) в результате соударения струй вторичного воздуха 2, ориентированных под углом друг к другу, происходит интенсификация перемешивания топлива и окислителя, увеличивается периметр струи, а следовательно, факела и уменьшается его дальнобойность. Стабилизация горения происходит так же, как и в прямоточных горелках при эжектировании горячих продуктов сгорания по поверхности струи. Отличительной конструктивной особенностью этих вариантов (рис. 20) является характер взаимного расположения каналов первичного 1 и вторичного 2 воздуха.

Рис. 19. Схема работы прямоточной горелки

Рис. 20. Плоскофакельные горелки: а, б – горелки конструкции НПО ЦКТИ; в – горелки конструкции МЭИ; I – подвод окислителя; II – подвод пылевоздушной смеси; 1 – пылевоздушная смесь; 2 – вторичный воздух; , − углы наклона каналов

В горелках конструкции НПО ЦКТИ (рис. 20, а, б) деформация потока происходит в основном в результате раздавливания струй первичного воздуха вторичным. В горелках конструкции МЭИ (рис. 20, в) вторичный воздух 2 как бы растягивает изнутри пылевоздушную смесь 1 по периферии. Углы наклона каналов первичного и вторичного воздуха для схемы рис. 20, а, б , ; для схемы рис. 19, в . Большие значения принимаются для малореакционных топлив. Место пересечения осей струй первичного воздуха в горелке должно обеспечиваться на расстоянии от устья .

Горелки МЭИ применимы для сжигания каменных и бурых углей, а горелки НПО ЦКТИ (кроме того) – для малореакционных (рис. 20, а) и высокореакционных (рис. 20, б) топлив.