Горелки двухстадийного сжигания

Сжигание больших количеств топлива в горелке с малой длиной факела и широкими пределами стабилизации пламени, а также необходимость использования одного и того же горелочного устройства для сжигания двух, а иногда и трёх видов топлива делают весьма привлекательным применение вихревых горелок в энергетических и промышленных котлах. Вместе с тем применение закрутки воздушного потока обычно повышает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания в связи с более высокой интенсивностью выгорания и более высокими температурами в корне факела. При наличии закрутки воздуха положение температур в вихревом потоке смещается в сторону устья горелки по сравнению с прямоточным. Однако осуществить полный переход от вихревого факела к прямоточному в котельных установках часто не представляется возможным в связи с ограниченностью размеров топочных камер и свободной площади стен и необходимостью обеспечить достаточно высокий уровень температур при сжигании в одном и том же горелочном устройстве не только газа, но также мазута и твёрдого топлива.

По данным ВТИ применение прямоточных горелок вместо вихревых позволяет на 16–18 % снизить выбросы оксидов азота. Исследования проведённые сотрудниками лаборатории «Термическая подготовка КАУ» КГТУ, на котлах Красноярской ТЭЦ-1, хорошо подтверждают вышесказанное /1/. Сигал и его сотрудники разработали вихревые горелочные устройства с комбинированным подводом воздуха, в которых снижение выброса оксидов азота, регулирование температуры, размеров и параметров вихревого факела осуществляются изменением доли воздуха, подаваемого прямым (незакрученным) потоком по оси вихревой горелки /2/.

Институтом газа (Украина) были разработаны газомазутные горелки двухстадийного горения ГДС-50 (рис. 1.1). Были разработаны два варианта: с использованием существующей газовой камеры и с полной заменой горелки. Горелки двухстадийного горения по своим габаритным размерам аналогичны заводским. Поэтому при их установке нет необходимости в реконструкции горелочных амбразур и трактов подвода воздуха и газа и переоборудование котлов осуществляется при минимальных затратах. В горелке дутьевой воздух в закрученный поток первичного воздуха радиальными струями из газовой камеры, смешивается с ним и сгорает на выходе из амбразуры, образуя первичную зону горения с недостатком окислителя.

Рис. 5.1. Горелка двухстадийного сжигания газа с заводской газовой камерой: 1 – колено воздуховода; 2 – патрубок для мазутной форсунки; 3 – лопаточный закручивающий аппарат; 4 – осевая труба для подачивторичного воздуха; 5 – газовая камера; 6 – глазок; 7 – патрубок для охлаждения ЗУ (запально-сигнальное устройство).

разделяется на первичный и вторичный. Первичный воздух приобретает вращательное движение в результате прохождения через аксиальный лопаточный аппарат; вторичный поступает по оси горелки прямым потоком через центральную осевую трубу в топочную камеру.

На некотором расстоянии от среза горелки струя вторичного воздуха инжектирует продукты неполного сгорания, образовавшиеся на первой стадии горения. При контакте с осевым потоком воздуха эти продукты окисляются, образуя вторую реакционную зону. Соотношение расхода вторичного и первичного воздуха определяется соотношением коэффициента аэродинамического сопротивления трактов вторичного и первичного воздуха и их проходными сечениями. В горелках двухстадийного сжигания, установленных на котлах ПТВМ-50, соотношение вторичного и первичного воздуха находится в диапазоне 0,2–0,4.