RU214581U1

RU214581U1 - Burner

Info

Publication number: RU214581U1
Application number: RU2022115878U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Рюрикович Григорьев
Original assignee: Дмитрий Рюрикович Григорьев
Filing date: 2022-06-12
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Полезная модель относится к топливосжигающим установкам. Горелка содержит корпус основной горелки, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива, устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, имеются центральный и периферийный каналы для подачи воздуха, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок, расположенных в периферийном канале для подачи воздуха параллельно оси корпуса основной горелки. Газораздающие трубки на выходе снабжены удлиняющими газовыми трубками с выпускными соплами, которые заведены в топку, при этом часть сопел расположена на краю амбразуры, а часть сопел расположена за пределами воздушного потока, подаваемого из горелки. Сопла снабжены смесителями для смешения газообразного топлива и эжектируемых дымовых газов. Полезная модель позволяет снизить выбросы NOx. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

The utility model relates to fuel combustion plants. The burner contains a main burner body, in which a device for supplying gaseous fuel, a device for supplying liquid fuel, a pilot burner are installed, there are central and peripheral channels for supplying air, the device for supplying gaseous fuel is made in the form of gas-distributing tubes located in the peripheral channel for supplying air parallel to the axis of the main burner body. The gas-distributing tubes at the outlet are equipped with extension gas tubes with outlet nozzles, which are brought into the furnace, while some of the nozzles are located on the edge of the loophole, and some of the nozzles are located outside the air flow supplied from the burner. The nozzles are equipped with mixers for mixing gaseous fuel and ejected flue gases. The utility model makes it possible to reduce NOx emissions. 1 w.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к топливосжигающим установкам и может быть использована для снижения выбросов оксидов азота (NOx). The utility model relates to fuel combustion plants and can be used to reduce emissions of nitrogen oxides (NOx).

Известно горелочное устройство с пилотной горелкой (RU 2518759 C, МПК F23D 17/00, МПК F23С 1/08, МПК F23Q 9/00, опубликован 10.06.2014), которое, при обеспечении качества сжигания топлива и надежности контроля горения, не обеспечивает низкие выбросы NOx. Горелка, содержащая корпус основной горелки, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива, устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, имеются центральный и периферийный каналы для подачи воздуха, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок, расположенных в периферийном канале для подачи воздуха параллельно оси корпуса основной горелки.A burner device with a pilot burner is known (RU 2518759 C, IPC F23D 17/00, IPC F23C 1/08, IPC F23Q 9/00, published on 06/10/2014), which, while ensuring the quality of fuel combustion and the reliability of combustion control, does not provide low NOx emissions. A burner comprising a body of the main burner, in which a device for supplying gaseous fuel, a device for supplying liquid fuel, a pilot burner are installed, there are central and peripheral channels for supplying air, the device for supplying gaseous fuel is made in the form of gas-distributing tubes located in a peripheral channel for air supply parallel to the axis of the main burner body.

Недостатком горелки является низкая экологическая эффективность сжигания топлива из-за конструктивных недостатков горелки в способе организации процесса сжигания, при котором всё газообразное топливо подается в воздушную среду.The disadvantage of the burner is the low environmental efficiency of fuel combustion due to the design flaws of the burner in the way the combustion process is organized, in which all gaseous fuel is supplied to the air.

Одним из эффективных способов снижения выбросов NOx являются использование принудительной рециркуляции дымовых газов, что обеспечивает снижение температуры факела и снижение концентрации реагирующих веществ, определяющих образование NOx. При этом наиболее эффективным является способ подачи дымовых газов в каналы горелки (SU 1 101 622 A1, МПК F23D 17/00, опубликовано 07.07.1984). Этот способ реализован в горелке котла ТГМП-204, состоящей из двух каналов подачи воздуха (центрального и периферийного), снабжённых тангенциальными регистрам, по периферии расположен канал ввода дымовых газов рециркуляции, в центре грелки установлена мазутная форсунка. Газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора, газораздающей насадки в виде конуса с отверстиями и газоподводящей трубы. Внутренняя труба газового коллектора является направляющей трубой паромеханической форсунки (Сторожук Я.П. Испытания котла ТГМП-204 блока 800 МВТ после реконструкции ввода дымовых газов рециркуляции в топку / Я.П. Сторожук, Д.Р. Носулько // Теплоэнергетика. – 1984. – № .5 – С. 13-15). Эта горелка не смогла достичь хорошего результата по снижению выбросов NOx из-за конструктивных недостатков в способе организации процесса сжигания.One of the effective ways to reduce NOx emissions is the use of forced flue gas recirculation, which reduces the flame temperature and reduces the concentration of reactants that determine the formation of NOx. In this case, the most effective method is the supply of flue gases to the burner channels (SU 1 101 622 A1, IPC F23D 17/00, published on 07/07/1984). This method is implemented in the burner of the TGMP-204 boiler, which consists of two air supply channels (central and peripheral), equipped with tangential registers, a recirculation flue gas inlet channel is located along the periphery, and an oil burner is installed in the center of the heater. The gas part of the burner consists of an annular gas collector, a gas-distributing nozzle in the form of a cone with holes and a gas supply pipe. The inner pipe of the gas collector is the guide pipe of the steam-mechanical nozzle (Y.P. Storozhuk. Testing the TGMP-204 boiler of the 800 MW unit after the reconstruction of the recirculation flue gas inlet into the furnace / Ya.P. Storozhuk, D.R. Nosulko // Thermal power engineering. - 1984. - No. 5 - S. 13-15). This burner failed to achieve a good result in reducing NOx emissions due to design flaws in the way the combustion process is organized.

Для успешного подавления NOx необходимо, чтобы дымовые газы рециркуляции не балластировали в прикорневой области горелки, а достигали активной зоны горения, в которой происходит основное образование NOx. Основным недостатком такого способа организации горения остается необходимость наличия системы принудительной подачи дымовых газов рециркуляции с дымососом рециркуляции. Successful NOx suppression requires that the recirculation flue gases do not ballast in the root area of the burner, but reach the combustion core, where the main formation of NOx occurs. The main disadvantage of this method of organizing combustion remains the need for a system of forced recirculation of flue gases with a recirculation smoke exhauster.

Близким к полезной модели является способ снижения выбросов NOx, описанный в изобретениях: RU 2689654 C2 опубликовано 2019-05-28, SU 1588987A1 опубликовано 1990-08-03, SU 1695040A1 опубликовано 1991-11-30 , KR 101254928B1 опубликовано 2013-04-19, EP 0893651A1 опубликовано 1999-01-27, US 2012/0186265A1 опубликовано 2012-07-26, WO 01|07833A1 опубликовано 2001-02-01, US 2005/0239005A1 опубликовано 2005-10-27, US 4380429 опубликовано 1998-12-07, EP 2479491A1 опубликовано 2012-07-25, KR 20120070201A опубликовано 2012-06-29, KR 20120074868A опубликовано 2012-07-06, KR 20120082647A опубликовано 2012-07-24, KR 20130061167A опубликовано 2013-06-10, US 5350293 опубликовано 1994-09-27. В некоторых случаях эти изобретения разрабатывались с целью стабилизации режима горения за счет подсоса раскаленных продуктов горения из топки. В этих изобретениях рециркуляция дымовых газов организовывается самими горелками без дополнительных систем подачи дымовых газов, включающих систему дымоходов и дымосос рециркуляции. Дымовые газы эжектируются в зону горения, что обеспечивает сжигание разбавленного топлива и снижение образование NOx. Недостатком способа, используемого в этих изобретениях, является: сложность и дороговизна конструкции горелок, незначительное количество подсасываемых дымовых газов из топки. Дымовые газы эжектируются топливом или воздушным потоком в устье горелки внутри основного воздушного потока, горение происходит в среде воздуха, что в общей сложности снижает эффективность подавления NOx. Рассмотренные изобретения невозможно применить для действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок.Close to the utility model is a method for reducing NOx emissions described in the following inventions: RU 2689654 C2 published on 2019-05-28, SU 1588987A1 published on 1990-08-03, SU 1695040A1 published on 1991-11-30, KR 101254928B1 published on 2013-04-19 , EP 0893651A1 published 1999-01-27, US 2012/0186265A1 published 2012-07-26, WO 01 | 07, EP 2479491A1 Published 2012-07-25, KR 2012-06-29, KR 20120074868A published 2012-07-06, KR 2012-07-24, KR 20130061167A published 2013-06-10, US 5350293 Published 1994-09-27. In some cases, these inventions were developed in order to stabilize the combustion regime by sucking incandescent combustion products from the furnace. In these inventions, flue gas recirculation is organized by the burners themselves without additional flue gas supply systems, including a chimney system and a recirculation smoke exhauster. The flue gases are ejected into the combustion zone, which burns the diluted fuel and reduces the formation of NOx. The disadvantage of the method used in these inventions is: the complexity and high cost of the design of the burners, a small amount of sucked flue gases from the furnace. The flue gases are ejected by the fuel or air flow at the burner mouth inside the main air flow, combustion takes place in the air environment, which in total reduces the NOx suppression efficiency. The considered inventions cannot be applied to the existing burners installed in the combustion plant.

Более близкой к полезной модели является группа изобретений, в которых используют принцип внутритопочной рециркуляции за счет впрыска газообразного топлива не в воздушный поток, а за пределами воздушного потока, снаружи устья горелки: US 5542840A опубликовано 1996-08-06, US 6773256B2 опубликовано 2004-08-10, RU 2426030C2 опубликовано 2011-08-10, US 5275552A опубликовано 1994-01-04, US 20080096146A1 опубликовано 2008-04-24, US 6007325A опубликовано 1999-12-28, US 7670135В1 опубликовано 2010-03-02, US 9593847В1 опубликовано 2017-03-14, US 9593848А1 опубликовано 2015-12-10, US 20150285491A1 опубликовано 2015-10-08, US 6875008 В1 опубликовано 2005-04-05, KR 101213883B1 опубликовано 2012-12-18, WO2014162074A1 опубликовано 2014-10-09, US6773256 опубликовано 2004-08-10, WO2008104158A3 2008-09-04. В этих изобретениях запатентованы технические решения, при которых газообразное топливо и/или воздух разбавляются дымовыми газами перед тем, как они смешиваются и вступают в реакцию. Основным условием надежного сжигания газообразного топлива при применении этой технологии является поддержание температуры в топке топливосжигающей установки выше температуры воспламенения топлива и использование устойчивого стабилизатора пламени, при этом воспламенение и стабилизация горения обеспечивается специальными амбразурами или общей температурой топки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальной амбразуры из жаропрочного бетона и невозможность их применения для действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок. Closer to the utility model is a group of inventions that use the principle of intrafurnace recirculation due to the injection of gaseous fuel not into the air stream, but outside the air stream, outside the burner mouth: US 5542840A published 1996-08-06, US 6773256B2 published 2004-08 -10, RU 2426030C2 published 2011-08-10, US 5275552A published 1994-01-04, US 20080096146A1 published 2008-04-24, US 6007325A published 1999-12-28, US 7670135B1 published 2010-3918 published 2017-03-14, US 9593848A1 published 2015-12-10, US 20150285491A1 published 2015-10-08, US 6875008 B1 published 2005-04-05, KR 101213883B1 published 2012-12-1014, WO2014 published 2012-12-16 published 2014 09, US6773256 published 2004-08-10, WO2008104158A3 2008-09-04. In these inventions, technical solutions are patented in which gaseous fuel and/or air are diluted with flue gases before they are mixed and reacted. The main condition for reliable combustion of gaseous fuel when using this technology is to maintain the temperature in the furnace of a fuel combustion plant above the ignition temperature of the fuel and use a stable flame stabilizer, while ignition and combustion stabilization is provided by special loopholes or the overall temperature of the furnace. The disadvantages of these inventions are the complexity of the design, the need to use a special loophole made of heat-resistant concrete and the impossibility of their use for existing burners installed in a fuel-burning plant.

Так же близким к предлагаемой полезной модели является группа изобретений, в которых вся головка горелки (газораздающее устройство с воздушным каналом) выступает в топку: KR 101569455B1 опубликовано 2015-11-16, EP 1980788A1 опубликовано 2008-10-15, US 6071115А опубликовано 2000-06-06, KR 1020170138042 опубликовано 2017-12-14, KR 101822997B1 опубликовано 2018-02-01, JP 6595089B2 опубликовано 2019-10-23, KR 102115576B1 опубликовано 2020-05-27, KR 102143032B1 опубликовано 2020-08-11. В этой группе изобретений эжекция дымовых газов организована газовыми соплами с цилиндрическими насадками, расположенными в топке по наружному периметру воздушного канала горелки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальных жаропрочных сплавов части горелки, выступающей в топку, и невозможность их применения для снижения выбросов NOx на действующих, установленных в топливосжигающей установке горелок. Also close to the proposed utility model is a group of inventions in which the entire burner head (gas-distributing device with an air channel) protrudes into the furnace: KR 101569455B1 published 2015-11-16, EP 1980788A1 published 2008-10-15, US 6071115A published 2000- 06-06, KR 1020170138042 published 2017-12-14, KR 101822997B1 published 2018-02-01, JP 6595089B2 published 2019-10-23, KR 102115576B1 published 2020-05-10.27, KR 102115576B1 published 2020-05-10.20 In this group of inventions, flue gas ejection is organized by gas nozzles with cylindrical nozzles located in the furnace along the outer perimeter of the burner air channel. The disadvantages of these inventions are the complexity of the design, the need to use special heat-resistant alloys of the part of the burner protruding into the furnace, and the impossibility of using them to reduce NOx emissions on existing burners installed in the combustion plant.

Прототипом для полезной модели является горелочное устройство с пилотной горелкой (RU 2518759 C, МПК F23D 17/00, МПК F23С 1/08, МПК F23Q 9/00, опубликован 10.06.2014), которое, при обеспечении качество сжигания топлива и надежности контроля горения, не обеспечивает низкие выбросы NOx.The prototype for the utility model is a burner with a pilot burner (RU 2518759 C, IPC F23D 17/00, IPC F23C 1/08, IPC F23Q 9/00, published 06/10/2014), which, while ensuring the quality of fuel combustion and the reliability of combustion control , does not provide low NOx emissions.

Техническим результатом полезной модели является снижение выбросов NOx при сжигании газообразного топлива за счет малозатратного дополнения горелок без изменения элементов топки топливосжигающей установки. The technical result of the utility model is the reduction of NOx emissions during the combustion of gaseous fuels due to the low-cost addition of burners without changing the elements of the furnace of a fuel-burning plant.

Технический результат достигается за счет горелки, содержащей корпус основной горелки, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива, устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, имеются центральный и периферийный каналы для подачи воздуха, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок, расположенных в периферийном канале для подачи воздуха параллельно оси корпуса основной горелки. Газораздающие трубки на выходе снабжены удлиняющими газовыми трубками с выпускными соплами, которые заведены в топку, при этом часть сопел расположена на краю амбразуры, а часть сопел расположена за пределами воздушного потока, подаваемого из горелки. Сопла снабжены смесителями для смешения газообразного топлива и эжектируемых дымовых газов. The technical result is achieved due to the burner containing the body of the main burner, in which a device for supplying gaseous fuel, a device for supplying liquid fuel, a pilot burner are installed, there are central and peripheral channels for supplying air, the device for supplying gaseous fuel is made in the form of gas-distributing tubes, located in the peripheral channel for air supply parallel to the axis of the main burner body. The gas-distributing tubes at the outlet are equipped with extension gas tubes with outlet nozzles, which are brought into the furnace, while some of the nozzles are located on the edge of the loophole, and some of the nozzles are located outside the air flow supplied from the burner. The nozzles are equipped with mixers for mixing gaseous fuel and ejected flue gases.

Газораздающие трубки горелки удлиняют и выводят сопла в топку. В результате такого дополнения, в случае, когда сопла расположены на краю амбразуры, часть струи газообразного топлива находится в воздухе, часть струи находится в дымовых газах. При расположении сопел в топке за пределами воздушного потока, подаваемого из горелки, струи газообразного топлива полностью находится в дымовых газах. На газовых соплах могут быть установлены смесители для организации контролируемого качества эжекции. Струями газообразного топлива, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, газообразное топливо разбавляется дымовыми газами перед воспламенением. За счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов, путём эжекции дымовых газов непосредственно из топки струями газообразного топлива, происходит снижения температуры факела и концентрации реагирующих веществ, что приводит к снижению образования NOx. The gas-distributing tubes of the burner lengthen and lead the nozzles into the furnace. As a result of this addition, in the case when the nozzles are located at the edge of the embrasure, part of the jet of gaseous fuel is in the air, part of the jet is in the flue gases. When the nozzles are located in the furnace outside the air flow supplied from the burner, the jet of gaseous fuel is completely in the flue gases. Mixers can be installed on the gas nozzles to organize a controlled ejection quality. Flue gases are ejected by jets of gaseous fuel flowing from the nozzles, the gaseous fuel is diluted with flue gases before ignition. Due to the organization of intra-furnace flue gas recirculation, by ejecting flue gases directly from the furnace with gaseous fuel jets, the flame temperature and the concentration of reactants decrease, which leads to a decrease in NOx formation.

На фиг. 1 изображена горелка 1, у которой часть удлиняющих газовых трубок 2 выводят сопла 3 в топку за пределы воздушного потока, подаваемого из горелки, часть удлиняющих газовых трубок 6 выводят сопла в топку на край амбразуры. Диаметр 7, на котором устанавливаются сопла, определяется аэродинамическими характеристиками воздушного потока, давлением газообразного топлива и размером амбразуры.In FIG. 1 shows a burner 1, in which part of the extension gas tubes 2 leads the nozzles 3 into the furnace beyond the air flow supplied from the burner, part of the extension gas tubes 6 leads the nozzles into the furnace to the edge of the embrasure. The diameter 7, on which the nozzles are installed, is determined by the aerodynamic characteristics of the air flow, the pressure of the gaseous fuel and the size of the embrasure.

На фиг. 2 изображен продольный разрез горелки с удлиняющими газовыми трубками, для примера показаны только две удлиняющие газовые трубки, по одному варианту удлиняющие газовые трубки 2 выводят сопло 3 в топку за пределы воздушного потока, подаваемого из горелки и располагают по периметру амбразуры, по другому варианту удлиняющие газовые трубки 6 выводит сопла на край амбразуры. In FIG. 2 shows a longitudinal section of the burner with extension gas tubes, for example, only two extension gas tubes are shown, according to one option, extension gas tubes 2 lead nozzle 3 into the furnace beyond the air flow supplied from the burner and are located along the perimeter of the loophole, in another option, extension gas tubes tube 6 brings nozzles to the edge of the embrasure.

Горелка состоит из воздушного короба 8, внешней воздушной обечайки 9 и внутренней воздушной обечайки 10, которые формируют центральный и периферийный каналы для подачи воздуха, центральной трубы 11 для установки форсунки, которая формирует устройство для подачи жидкого топлива, пилотной горелки 12, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок 13, расположенных в периферийном канале для подачи воздуха параллельно оси корпуса основной горелки, аксиальный завихритель 14, тангенциальный завихритель 15. К газораздающим трубкам 13 присоединены удлиняющие газовые трубки 2 или 6, на конце удлиняющих газовых трубок установлены сопла 3, сопла 3 заведены в топку, удлиняющие газовые трубки 2 выводят сопла за пределы воздушного потока, подаваемого из горелки 16, удлиняющие газовые трубки 6 выводят сопла на край амбразуры. The burner consists of an air box 8, an outer air shell 9 and an inner air shell 10, which form the central and peripheral channels for air supply, the central pipe 11 for installing the nozzle, which forms a device for supplying liquid fuel, a pilot burner 12, a device for supplying gaseous fuel is made in the form of gas-distributing tubes 13, located in the peripheral channel for air supply parallel to the axis of the main burner body, axial swirler 14, tangential swirler 15. Extension gas tubes 2 or 6 are attached to the gas-distributing tubes 13, nozzles 3 are installed at the end of the extension gas tubes, nozzles 3 are brought into the furnace, extending gas tubes 2 take the nozzles out of the air flow supplied from the burner 16, extending gas tubes 6 take the nozzles to the edge of the embrasure.

Процесс горения в модернизированной горелка происходит следующим образом: при варианте, когда удлиняющие газовые трубки 2 выводят сопла 3 в топку за пределы воздушного потока, подаваемого из горелки 16, таким образом, что сопла 3 полностью находятся в дымовых газах, вытекающие из сопел 3 струи газообразного топлива 17 эжектирует дымовые газы 18, разбавляются ими, новое подготовленное топливо 19 достигает воздушный поток, подаваемого из горелки 16 и процесс горения происходит с меньшими температурами и концентрациями реагирующих веществ, что обеспечивает снижение образования NOx. На сопло газообразного топлива, может быть установлен смеситель 5, который обеспечивает смешение эжектируемых дымовых газов и газообразного топлива и формирование струи разбавленного топлива. При варианте, когда удлиняющие газовые трубки 6 выводят сопла 3 на край амбразуры в топку, газовые сопла 3 располагаются таким образом, что часть струи газообразного топлива 17 находится в воздухе, часть струи газообразного топлива находится в дымовых газах. Вытекающие из сопел 3 струи газообразного топлива 18 эжектируют дымовые газы 19, частично разбавляются дымовыми газами, и процесс горения происходит с меньшими температурами и концентрациями реагирующих веществ, что обеспечивает снижение образования NOx.The combustion process in the modernized burner occurs as follows: in the case when the extension gas tubes 2 lead the nozzles 3 into the furnace beyond the air flow supplied from the burner 16, so that the nozzles 3 are completely in the flue gases flowing from the nozzles 3 of the gaseous jet fuel 17 ejects flue gases 18, diluted by them, the new prepared fuel 19 reaches the air flow supplied from the burner 16 and the combustion process occurs with lower temperatures and concentrations of reactants, which reduces the formation of NOx. A mixer 5 can be installed on the gaseous fuel nozzle, which ensures the mixing of the ejected flue gases and gaseous fuel and the formation of a diluted fuel jet. When the extension gas tubes 6 lead the nozzles 3 to the edge of the loophole into the furnace, the gas nozzles 3 are located in such a way that part of the gaseous fuel jet 17 is in the air, and part of the gaseous fuel jet is in the flue gases. Gaseous fuel jets 18 flowing out of nozzles 3 eject flue gases 19, are partially diluted with flue gases, and the combustion process occurs at lower temperatures and concentrations of reactants, which reduces the formation of NOx.

Розжиг горелки происходит на пилотной горелке, в основной канал газообразное топливо подается после набора мощности топливосжигающей установки и разогрева топки до достаточных температур для стабильного воспламенения. The burner is ignited on the pilot burner, gaseous fuel is supplied to the main channel after the power of the combustion plant is set and the furnace is heated to sufficient temperatures for stable ignition.

Использование модернизированной горелки для снижения выбросов NOx обеспечивает, снижение содержания NOx в дымовых газах на 40-70% без снижения технико-экономических характеристик работы топливосжигающей установки и строительства внешней системы подачи дымовых газов. The use of a modernized burner to reduce NOx emissions provides a reduction in NOx content in flue gases by 40-70% without compromising the technical and economic performance of the combustion plant and building an external flue gas supply system.

Claims

1. A burner containing a main burner body, in which a device for supplying gaseous fuel, a device for supplying liquid fuel, a pilot burner are installed, there are central and peripheral channels for supplying air, the device for supplying gaseous fuel is made in the form of gas-distributing tubes located in the peripheral channel for supplying air parallel to the axis of the main burner body, characterized in that the gas-distributing tubes at the outlet are equipped with extension gas tubes with outlet nozzles that are inserted into the furnace, while some of the nozzles are located on the edge of the embrasure, and some of the nozzles are located outside the air flow supplied from the burner.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the nozzles are equipped with mixers for mixing gaseous fuel and ejected flue gases.