Признаки горелки низкотоксичного сжигания для первой схемы.

1) Вихревые горелки: закручен хотя бы один поток, лучше, если все. Горелки содержат закрученный поток пылевидного топлива и два закрученных потока воздуха;

2) Факелы таких горелок должны иметь пониженную крутку за гранью обрыва факела. Это дает длинный факел, растянуть горение и уменьшить температуру горения. Закрученный факел на грани обрыва имеет преимущество: резко усиливается турбулентность, перемешивание на оси факела, что позволяет снизить потери с мех. недожегом в центральной, высокотемпературной зоне горения, при этом создать восстановительную атмосферу;

3) Такие длинные факелы должны располагаться встречно несоостно, так, чтобы было организовано взаимодействие периферийных зон встречных факелов, что резко увеличивает перемешивание воздуха и топлива на периферии факелов, где образуется мех. и хим. недожег;

4) Поскольку факел работает на грани или за гранью, то горелка должна иметь дополнительные специальные средства стабилизации горения – небольшие конусы или подпорные шайбы, за которыми образуется разряжение. Использование закручивающих лопаточных аппаратов с диагональным скосом, выходных лопаток создает разряжение, по оси подсасываются горячие газы из топки, нетрадиционные способы изменения структуры потока после завихрителей с изменением закрутки отдельных слоев потока;

5) Все потоки воздуха и пыли должны быть осесимметричными;

6) Все закрученные потоки или хотя бы воздушные должны иметь средства для регулирования и изменения интенсивности закрутки этих потоков и расхода воздуха по каналам.

Установка стабилизаторов горения в конусах, шайбах и др., а так же изменение закрутки потоков воздуха не предусмотрено отраслевыми стандартами РФ. Без применения этих двух способов невозможно воздействовать на турбулентность в отдельных зонах факела, что является единственным механизмом перемешивания газов в факеле.

В соответствии со схемой немецкой фирмы Deulche Babcoke, в центральной части факела идет сгорание угольной пыли с подавлением топливных оксидов азота, когда в процессе выхода летучих (пиролиза угольной пыли) в результате первичного быстрого его прогрева эти газы выделяются и воспламеняются. При этом их воспламенение и горение происходит с большим недостатком воздуха. Дефицит воздуха в этой зоне факела составляет 30 – 50 % (α = 0,5 – 0,7). Выделяющейся теплоты должно быть достаточно для разогрева и газификации, но одновременно при этом на периферии этой зоны необходимо достать дополнительную турбулизацию потока, т. к. в этой зоне практически останавливаются процессы перемешивания. Это значит, что появятся высокие потери с хим. и мех. недожегом, которые потом не устранить.

В лучших американских кампаниях сюда даже вводят такую кольцевую воздушную струю в ущерб появлению оксидов азота, главное, чтобы не было недожега. Далее происходит частичная газификация угольного остатка с дефицитом воздуха 10 – 20 %. Это согласуется с теорией Рослякова, что при таких избытках образуется меньшая концентрация оксидов азота: α = 0,8 – 0,9. Для этого в эту зону вводят дополнительное небольшое количество воздуха. Для лучшего его перемешивания с газами желательно, чтобы поток воздуха был хорошо закручен и первично имел высокую турбулизацию, чтобы эта доля перемешивалась с центральной и периферийной зоной.

Третья зона - зона полного догорания угольной пыли с превращением ее в продукты сгорания с сохранением глубокой восстановительной атмосферы. Это догорание идет с α = 0,9 (дефицит 10 %).

В периферийный поток добавляется воздух. Все три зоны подачи воздуха должны иметь жесткий контроль расходов. В этом случае мы дожигаем топливо только до хим. недожега, практически без мех. недожега, и далее продукты сгорания с продуктами недожега перемещаются выше по топке над горелками, где через сопла подается воздух. В этой зоне происходит частичное довосстановление оксидов азота, а дальше α становится больше единицы и происходит догорание оставшейся восстановительной атмосферы при высокой температуре, чтобы не было дополнительного образования оксидов азота. Это трудно сделать, для этого нужна очень тонкая система регулирования подачи воздуха в топочные газы и хорошее их перемешивание, что сделать трудно, учитывая их большой объем и высокую температуру, малый расход и массу вдуваемых воздушных струй. Эту проблему можно решить, увеличивая скорость воздушных потоков, но может не хватить напора дутьевого вентилятора, поэтому ряд специалистов допускает возможность установки малого напорного вентилятора, который берет воздух из напора дутьевого вентилятора или короба горячего воздуха.

По мнению лектора, эту температуру можно поддерживать на уровне 950 – 1000 ⁰С, т. к. ему лично уже в течении трех лет удается на опытных установках мощностью 3 – 8 МВт сжигать инертный газ с температурой факела не выше 850 - 900 ⁰С.

Как уже отмечалось, существенную роль в организации этих процессов играет турбулизация и всего горящего факела в целом. Для этого горелки имеют специальные решения: небольшие конуса (плохообтекаемые тела) на каждом из потоков, позволяющие повысить интенсивность перемешивания на 30 – 40 %. А на отдельных потоках в качестве завихрителей воздуха устанавливают аксиальные лопаточные аппараты с диагонально направленными кромками лопаток. Эти лопатки позволяют повысить турбулизацию потока на 10 – 20 %. Дополнительная турбулизация отдельных зон факела может дать разные интенсивные закрутки потока в отдельных каналах горелки, в одной части факела усиливать, в другой – ослаблять. Все эти приемы крайне важны, т. к. все процессы массообмена и основная часть процессов теплообмена при горении осуществляется турбулентностью.

Молекулярный перенос, теплопроводность и излучение играют не первостепенную роль. Весь этот процесс способствует повышению потерь с мех. и хим. недожегом. Сложность состоит в том, что эти процессы плохо изучены. До сих пор отсутствуют адекватные модели турбулентности и нет удобного математического аппарата, который точно описывает эти процессы Все достигается экспериментальным путем с привлечением опытных данных разных исследователей. Поэтому на всех лучших конструкциях горелок на крупных котлах с экологической и экономической безопасностью лопаточные закручивающие аппараты позволяют менять угол поворота лопаток. Имеются острые скошенные кромки, выходные конуса на воздушных потоках, а иногда вспомогательные устройства для повышения осесимметричности воздушного и пылевоздушного потока.

На самых эффективных конструкциях все потоки топлива контролируются по расходам и углу установок лопаток вторичного воздуха и все входит в автоматическую систему управления котельного агрегата. Это сложно, дорого, наукоемко (основано на научных работах 20 – 30 летнего периода). Однако только таким путем можно получить самое экономичное сжигание угля и газа и при этом снизить потери с мех. и хим. недожегом до предельного физического уровня. К сожалению, этот подход противоречит стандартам РФ на горелочные устройства котельных агрегатов. Например, в отечественных стандартах не предусмотрена установка горелок плохообтекаемых тел, поворотных лопаток, устройств для повышения осесимметричности и устройств расхода воздуха и закрутки отдельных потоков воздуха.

Пример1 Малотоксичная пылегазовая горелка фирмы Stork на базе конструкции Hitachi.

Центральный регистр - дополнительный стабилизатор горения. За ним поддерживается устойчивое разряжение в любых режимах. Меняя положение регистра может оптимизироваться глубокое подавление и предотвращать появление .

При сжигании без восстановителя атмосферы 300 мг ; 100 мг СО.

При нестехиометрическом сжигании = 200 мг/ и при недожоге =150 мг/ .

Опасность абразивного износа и изнашивания центрального регистра – происходит заедание тангенциальных лопаток.

Пример 2:Типовая пылеугольная горелка низкотоксичного сжигания

DRB – 4 z

Дефлектор - для выравнивания осесимметричности потока. Иногда оси делают импеллер (1). Поворотные лопатки - создают устойчивое разряжение по оси.

· 2007 П.В. Росляков «Методы защиты окружающей среды».