Uso: en el sector energético, en particular, en hornos de calderas que queman combustibles sólidos, líquidos y gaseosos atomizados. La esencia de la invención: un quemador de flujo directo contiene boquillas de ranura vertical 1 de la mezcla de aire y combustible y boquillas externas e internas 2 y 3 de aire secundario ubicadas a un lado de las mismas, la última de las cuales está instalada paralela a la boquilla. 1 de la mezcla aire-combustible. Las boquillas internas y externas 2 y 3 a la salida del quemador se instalan divergiendo en el plano horizontal en un ángulo igual a al menos 30 o, entre las boquillas indicadas 2 y 3 hay una pared 4 con un ancho no menor que el ancho total de la boquilla 1 de la mezcla aire-combustible y la boquilla interna 2 del aire secundario. 2 s. y 1z. p.-mosca, 6 enfermos.
La invención se refiere a la energía y puede utilizarse principalmente en hornos tangenciales de calderas que queman combustible sólido, líquido y gaseoso atomizado. Se conocen quemadores de carbón pulverizado de flujo directo que contienen dos canales ranurados paralelos dirigidos tangencialmente a los convencionales. circulo central, uno de los cuales, generalmente ubicado en la cámara de combustión en el lado del núcleo de la antorcha, sirve para suministrar la mezcla de aire y combustible, y el segundo, ubicado en el lado de la pared lateral cercana de la cámara de combustión, sirve para suministrar aire secundario. La desventaja de este diseño es alto nivel concentración de O 2 en la sección inicial de la antorcha, lo que conduce a la formación de mayores concentraciones de óxidos de nitrógeno (NO x). Se conoce un quemador de carbón pulverizado de flujo directo que contiene un tubo de suministro de polvo, así como una caja de aire dividida en canales de aire primario y secundario por un tabique longitudinal equipado en el extremo trasero con una compuerta de lengüeta, en la que se suministra el combustible pulverizado en alta concentración a través de una tubería de suministro de polvo ubicada en el canal de aire primario. La desventaja de un quemador de este tipo es el alto nivel de NOx, ya que todo el aire se suministra a la zona donde los volátiles escapan y encienden el combustible. También se conoce un quemador de esquina de carbón pulverizado, que consta de boquillas dispuestas por pares de la mezcla primaria de combustible y aire y boquillas de aire secundario dirigidas tangencialmente al círculo central, y boquillas de aire secundario, con respecto a la dirección de rotación del soplete en el horno, se instalan detrás de las boquillas de mezcla de aire. rasgo distintivo dicho quemador es la ubicación de las boquillas de mezcla de aire y combustible y las boquillas de aire secundario en proyección sobre un plano horizontal de tal manera que sus ejes longitudinales converjan en la cámara de combustión en un ángulo agudo de no más de 45 o. La desventaja de un quemador de este tipo es la rápida mezcla del aire secundario con la mezcla de aire y combustible, por lo que ya en las secciones del quemador más cercanas a la boca del quemador, donde se encuentra la mayor parte de las sustancias volátiles que contienen nitrógeno. Aún no ha tenido tiempo de separarse del carbón, la concentración de oxígeno (O2) aumenta, lo que conduce a la formación de altas concentraciones de óxidos de nitrógeno. Actualmente, numerosos estudios nacionales y extranjeros han demostrado que durante la combustión del carbón pulverizado, la mayor parte de NO x se forma en la zona de liberación y combustión de volátiles. Por tanto, para reducir los NOx es necesario crear una zona con falta de oxígeno en el tramo inicial del chorro del quemador, de varios calibres de longitud, retrasando la mezcla del aire secundario en el chorro de aire-combustible. Al mismo tiempo, la estabilidad de la ignición del combustible también aumenta, ya que la adición posterior de aire secundario contribuye a un calentamiento más rápido de la mezcla de aire y combustible en la sección inicial y acelera la liberación y combustión de sustancias volátiles. El objetivo de la invención es reducir la formación de óxidos de nitrógeno y aumentar la estabilidad de ignición de la mezcla de aire y combustible. Para lograr este objetivo, el quemador de flujo directo propuesto contiene una boquilla de ranura vertical de la mezcla de aire y combustible y boquillas de aire secundario externas e internas ubicadas en un lado del mismo, la última de las cuales está instalada paralela a la boquilla del quemador de combustible. mezcla de aire. Las boquillas internas y externas a la salida del quemador se instalan en un plano horizontal, divergiendo en un ángulo de al menos 30 grados. Entre estas boquillas hay una partición con un ancho no menor que el ancho total de la boquilla de mezcla de aire y combustible y la boquilla de aire secundario interna. Cuando se quema combustible líquido, gaseoso o polvo de carbón, suministrado predominantemente en una alta concentración (30,80 kg de combustible/kg de aire), el quemador propuesto contiene boquillas ranuradas verticales de la mezcla de aire y combustible con un dispositivo dosificador de combustible en el extremo y en el exterior. y boquillas internas de aire secundario instaladas a la salida del quemador, divergiendo en el plano horizontal en un ángulo de al menos 30 o. Entre las boquillas de aire secundario hay una partición con un ancho no menor que el ancho total de la boquilla de aire secundario, mientras que las boquillas de mezcla de aire y combustible están instaladas en las boquillas internas de aire secundario. El diseño propuesto de boquillas de aire secundario con ejes longitudinales divergentes y un espacio (pared) sin flujo entre ellos permite, como lo demuestran los estudios de banco (modelo) realizados en Sibtekhenergo, retrasar la mezcla del chorro externo de aire secundario al chorro del quemador principal en el área de 5-6 calibres del quemador. En este caso, el calibre se toma como ancho total de las toberas paralelas de la mezcla de aire y combustible y del aire secundario interno. Con ángulos de divergencia más pequeños (en comparación con los propuestos) de los ejes longitudinales de las boquillas de aire secundario y el tamaño de la pared entre ellas, los chorros de mezcla de aire y combustible y aire secundario que fluyen desde el quemador, bajo la influencia del vacío. creado por los chorros, cercanos entre ellos cerca de la boca del quemador. Como resultado, el efecto de reducir las concentraciones de oxígeno y, por tanto, de óxidos de nitrógeno, resulta insignificante. La presencia de un espacio (pared) sin flujo entre las boquillas de aire secundario promueve la succión hacia el espacio entre chorros (abajo y arriba) de gases de combustión de alta temperatura, intensificando el calentamiento y la ignición del chorro de aire-combustible. Además, la entrada de estos gases reduce la concentración de oxígeno en el lugar de ignición y esto, a su vez, ayuda a reducir la formación de NOx. Con un ancho de pared menor que el propuesto, los gases aspirados no alcanzan la altura del centro del quemador y el efecto de calentamiento y estabilización del encendido es insignificante. La relación entre las secciones de salida de las boquillas de aire secundario interna y externa se toma de la condición bajo la cual el caudal de aire total en la mezcla de aire y combustible y el aire secundario que pasa a través de la boquilla interna proporcionarían un exceso de aire en la salida del quemador. (g) en el rango de 0,6-0,8. En g< 0,6 резко возрастают химический и механический недожог и образуются токсичные составляющие СО, канцерогены и др. При г >0,8, el efecto de reducir la formación de NOx debido al suministro escalonado de oxidante (aire) se vuelve significativamente menor. El rango propuesto de r 0,6-0,8 se adopta a partir de las condiciones de combustión de varios combustibles con diferentes contenidos de volátiles y nitrógeno. Para optimizar los modos de NOx para un combustible específico, se instalan válvulas de control en los canales de aire secundarios, lo que permite que el aire se redistribuya entre las boquillas internas y externas. En la figura. La Figura 1 muestra una sección horizontal a lo largo del eje del quemador; La figura 2 muestra la ubicación de los quemadores a lo largo de la sección transversal de la cámara de combustión; en la Fig. 3, instalación de los quemadores a lo largo de la altura de la cámara de combustión (vista desde la cámara de combustión); La figura 4 es una sección horizontal a lo largo del eje del quemador con suministros de aire secundarios separados; La Fig. 5 es una sección horizontal a lo largo del eje del quemador para esquemas de suministro de polvo de carbón con altas concentraciones o para quemar combustibles líquidos y gaseosos; La Figura 6 es una vista a lo largo de la flecha B en la Figura 5. El quemador contiene una boquilla 1 para suministrar una mezcla de aire y combustible, una boquilla interna 2 y una boquilla externa 3 para suministrar aire secundario. Las boquillas 1 y 2 están situadas paralelas entre sí, y la boquilla 3 está en un ángulo divergente igual a 30° o más. En la sección de salida del quemador, las boquillas 2 y 3 están separadas por una partición 4, cuyo ancho C no es menor que el ancho total B de las boquillas 1 y 2. Las dimensiones y relación de las secciones de flujo de las boquillas 2 y 3 se seleccionan de la condición en la que hay un exceso de aire a la salida de las boquillas 1 y 2 sería de 0,6-0,8. Para redistribuir el aire secundario entre las boquillas 2 y 3, se instala una válvula de control 5 en el canal común. Es posible diseñar el quemador (ver Fig. 4) con suministros de aire secundario separados para las boquillas internas 2 y externas 3 con la instalación. de válvulas de control individuales 5 en cada canal después de las cajas de suministro de aire 6. B cámara de combustión 7, el quemador se instala de tal manera que los ejes longitudinales de las boquillas 1 y 2 se dirigen tangencialmente al círculo condicional 8 en el centro de la cámara de combustión. En este caso, la boquilla 1 está ubicada en el lado del flujo de gases de combustión entrantes 9 de la antorcha giratoria, que tiene la dirección de giro que muestra la flecha 10. A lo largo de la altura de la cámara de combustión, los quemadores se pueden instalar en uno o más niveles (ver Fig. 3). En el caso de utilizar esquemas para transportar polvo de carbón con alta concentración (PVC), por ejemplo, a través de una tubería de polvo con un diámetro de 70-100 mm o cuando se quema gas y combustible líquido, el quemador propuesto se puede fabricar sin boquilla 1. (ver Fig. 5, 6). En este caso, para suministrar polvo o fueloil y gas, se instala una tubería 14 en la boquilla 2, en cuyo extremo (a la salida del quemador) hay un dispositivo dosificador de combustible 15. Como tal sirve un divisor-estabilizador. un dispositivo para polvo de carbón, una boquilla para combustible líquido y una boquilla para distribución de gas. El quemador propuesto funciona de la siguiente manera. La mezcla de combustible y aire (carbón) preparada para la combustión se introduce en el horno a través de la boquilla 1 a velocidad constante a la salida del quemador (14-20 m/s). El aire secundario se suministra al quemador a través de uno común o dos tubos separados 6, después de lo cual la mayor parte del aire pasa a través de la boquilla 2 y el resto se descarga a la cámara de combustión a través de la boquilla 3. La redistribución del flujo de aire secundario entre las boquillas 2 y 3 se lleva a cabo utilizando válvulas de control 5. La velocidad del flujo de aire secundario hacia el horno es de 30-50 m/s. En el caso de transportar polvo de carbón a través de una tubería de alta concentración o cuando se quema fueloil o gas, el combustible se puede suministrar a través de la boquilla 2 y rociar usando un dispositivo dispensador de combustible 15. Cuando la mezcla de aire y combustible 11 ingresa al horno desde el En el lado del flujo entrante de la antorcha encendida, el combustible se calienta rápidamente y se enciende. El calentamiento rápido del chorro de aire-combustible en el quemador propuesto se produce debido a la mezcla de gases de combustión calientes que fluyen desde ambos. afuera(corriente 9), y a través del espacio entre corrientes en la zona 12 (ver Fig. 2). Cuando se calienta combustible pulverizado, se liberan sustancias volátiles en forma de componentes gaseosos, que también incluyen compuestos que contienen nitrógeno. Al inicio del proceso de combustión, los compuestos que contienen nitrógeno se descomponen con la formación de nitrógeno activo, que posteriormente participa en las reacciones de formación y descomposición de NOx. norte + o 2 no + o,
norte + no norte 2 + o
El rendimiento final de óxidos de nitrógeno del combustible está determinado por el equilibrio dinámico de formación y descomposición de NO. Teniendo en cuenta que las constantes de velocidad de reacción tanto para la formación (K 1) como para la descomposición (K 2) dependen de la temperatura, se puede suponer, y esto ha sido demostrado mediante muchos experimentos, que la temperatura tiene un efecto significativamente menor en el rendimiento final de combustible. NOx que la concentración de oxígeno. Dado que en el diseño de quemador propuesto, el encendido y la combustión del combustible en la sección inicial de la antorcha se produce con falta de oxígeno, la formación de óxidos de nitrógeno en dicho sistema se ralentiza. Posteriormente, cuando la mayor parte de los volátiles se ha liberado y se ha quemado con oxidación incompleta a cierta distancia (sección 1-1 a una distancia de 5-6 calibres del quemador), se mezcla aire con el chorro del quemador con el chorro 13 que fluye desde la boquilla exterior 3, que contribuye a la postcombustión de volátiles y combustión económica coque Además del efecto principal, el suministro de parte del aire a través de la boquilla 3 desde el lado de la pared cercana del horno permite crear un ambiente de gas oxidante cerca de las pantallas y reducir la intensidad de la escoria y la corrosión a alta temperatura. Actualmente, las plantas de calderas de Barnaul y Podolsk, junto con Sibtekhenergo, han desarrollado proyectos para la reconstrucción de las calderas P-57, E-500, PK-10 y otras, en los que, para reducir las emisiones de NO x, el quemador propuesto es utilizado como dispositivo quemador.
FÓRMULA DE LA INVENCIÓN
1. Quemador de flujo directo con bajo rendimiento de óxidos de nitrógeno, principalmente para hornos tangenciales de calderas de vapor y agua caliente, que contienen boquillas de mezcla de aire y combustible con ranuras verticales y boquillas de aire secundario externas e internas ubicadas en un lado de las mismas, la última de las cuales está instalada en paralelo a la boquilla de la mezcla de aire y combustible, caracterizado porque las boquillas interna y externa a la salida del quemador están instaladas divergiendo en el plano horizontal en un ángulo de al menos 30 o, entre estas boquillas hay una pared con una ancho no menor que el ancho total de la boquilla de mezcla de aire y combustible y la boquilla de aire secundario interna. 2. Un método para quemar combustible suministrando por separado un flujo de mezcla de polvo y aire, flujos externos e internos de aire secundario a la zona de combustión, caracterizado porque el caudal de aire total en la mezcla de polvo y aire y el aire interno es un valor que asegura un coeficiente de exceso de aire al inicio de la zona de combustión en el rango de 0,6 - 0,8. 3. Quemador de flujo directo con bajo rendimiento de óxidos de nitrógeno, principalmente para hornos tangenciales de calderas de vapor y agua caliente, que contiene boquillas ranuradas verticales de la mezcla aire-combustible con un dispositivo dosificador de combustible en el extremo, aire secundario externo e interno. boquillas, caracterizadas porque las boquillas de aire secundario internas y externas que se encuentran a la salida del quemador están instaladas divergiendo en el plano horizontal en un ángulo de al menos 30 o, entre estas boquillas hay una partición con un ancho no menor que el ancho total de la boquilla de mezcla de aire-combustible y la boquilla de aire secundario interna, mientras que las boquillas de mezcla de aire-combustible están instaladas en las boquillas de aire secundario internas.La unidad de conexión entre los quemadores y el horno se puede realizar de dos formas constructivas:
1. Conexión rígida a pantallas mediante cajas adaptadoras.
2. Instalación de una junta especial entre los quemadores y el hogar.
En la primera opción, con el alargamiento térmico de las pantallas, los quemadores se mueven junto con
a ellos. El movimiento de los quemadores se compensa mediante compensadores de expansión térmica instalados a lo largo de las líneas de suministro de combustible y aire. Para las calderas de carbón pulverizado, la solución es posible en sistemas de preparación de polvo con tolvas industriales, cuando los conductos de polvo tienen una longitud considerable. En este caso, es necesario tomar medidas especiales para evitar la transferencia de la carga en voladizo de los quemadores a las rejillas.
para calderas estructura suspendida con los molinos situados cerca (esquemas con inyección directa), los conductos de polvo son cortos. Aquí no es adecuada una conexión rígida de los quemadores a la cámara de combustión. En este caso, los quemadores se instalan en un marco estacionario y el sello permite que las rejillas de la cámara de combustión se muevan en relación con los quemadores estacionarios, al tiempo que garantiza la estanqueidad (sin succión de aire hacia la cámara de combustión) de la unidad de conexión.
En la figura. 1.5 presenta algunas opciones de diseño para calderas con conexión rígida de quemadores con rejillas e instalación de sellos.
2. Disposición de los quemadores y características térmicas de los hornos.
2.1 Aerodinámica de los hornos de carbón pulverizado.
La ubicación de los quemadores en la cámara de combustión se denomina disposición. Dependiendo de la orientación espacial entre sí, los quemadores se pueden colocar en uno de los siguientes patrones: frontal, contrapuesto, tangencial o contradesplazado. Número de niveles de quemadores , V caso general es igual a 1-4. Cada uno de los esquemas de diseño tiene su propio patrón aerodinámico del flujo de productos de combustión en el volumen de combustión. La elección correcta de la disposición del quemador, teniendo en cuenta las propiedades del combustible y el método de eliminación de escoria, determina en gran medida la eficiencia y fiabilidad de la caldera, su maniobrabilidad y su comportamiento medioambiental.
a) Disposición frontal de los quemadores
En este esquema, los quemadores se colocan en una pared, generalmente frontal, de la caldera en uno o varios niveles (Fig. 2.1 a). Esta disposición de quemador proporciona baja
longitud de las tuberías de polvo, costes reducidos para el transporte neumático de polvo. Los tramos entre calderas adyacentes no están bloqueados por el equipo del molino y
conductos de polvo. No existen restricciones en cuanto a la distancia entre los pozos de radiación y convección. Este esquema es especialmente exitoso para sistemas individuales preparación de polvo con inyección directa y secado de combustible con aire caliente.
Debido al largo recorrido, los productos de combustión que contiene llegan a la boca de las troneras suficientemente enfriados. La presencia de ventosas en la parte inferior del hogar sólo puede
empeorar la situación.
b) Disposición de quemadores espalda con espalda
El deseo de eliminar el efecto dinámico del flujo en la pantalla llevó a la aparición de una disposición de mostrador, en la que los quemadores están ubicados uno contra otro en las paredes opuestas del horno en uno o varios niveles.
La aerodinámica del horno con disposición contraria (Fig. 2.1 b) depende en gran medida del diseño de los quemadores.
Para quemadores de flujo directo buen relleno cámara de combustión se logra sólo con estrictamente la misma cantidad inicial de movimiento de los flujos que fluyen desde los quemadores.
Exceder el impulso total de uno de los complejos de chorro en solo un 3-5% conduce a
A 
alteración de la estabilidad y simetría del patrón de flujo con la formación de flujos ascendentes y descendentes, respectivamente, en las paredes del horno, cuyos quemadores tienen impulsos más bajos y más altos 
. La inestabilidad es extremadamente difícil de eliminar en condiciones de funcionamiento, ya que esto requiere un control preciso de los caudales de aire primario y secundario para los quemadores individuales.
La reducción de la velocidad se consigue aumentando la tronera de los quemadores. La consecuencia de esto es una violación de la simetría del patrón de flujo en el plano horizontal; puede surgir un flujo de gas bastante potente, orientado hacia la pared del horno por analogía con la disposición frontal.
En estos quemadores, debido al alcance reducido y mayor área de dispersión del flujo pulsante 
- la imagen aerodinámica es más estable y menos sensible a las irregularidades iniciales de los caudales de los distintos quemadores.
Cabe señalar que para obtener el campo de temperatura más uniforme en todo el ancho a la salida del horno, es necesario esforzarse para que el número de quemadores en el nivel sea múltiplo de 4. De lo contrario, se producirán picos y caídas. con una diferencia de temperatura de hasta 120° son posibles.
c) Disposición tangencial del quemador
Un rasgo característico de la disposición tangencial de los quemadores es la orientación de los ejes de este último tangente a un círculo condicional con un diámetro d en , ubicado en el centro de la cámara de combustión (media cámara de combustión).
Los quemadores de flujo directo están ubicados en uno o varios niveles en las esquinas de la cámara de combustión.
(medio horno) o en todo su perímetro. En este último caso, el número de quemadores en un nivel puede ser 6 u 8 (Figura 2.2)
En la figura 2.3 se presenta un patrón de flujo característico en un horno tangencial en forma de campos de componentes de velocidad axial y tangencial. Debido al momento centrífugo se produce la rotación del flujo. Un aumento en el número de niveles de quemadores conduce a mejor llenado cajas de fuego Esto se explica por el hecho de que a medida que aumenta el número de niveles de quemadores, el flujo turbulento de cada nivel posterior, contando desde abajo, se mueve alrededor del anterior, aumentando el radio del vórtice.
La altura relativa de los quemadores afecta a la aerodinámica. Para valores grandes de h/b o ∑h/b, el flujo se “pega” a la pared, independientemente del valor d en. Con h/b=8 y 
desplazamiento de la ubicación del máximo U τ a un círculo con un radio cercano a 
, se observó en el rango cd y = 0,08-0,32. Este fenómeno se explica por la pérdida de estabilidad del flujo debido a una disminución de la rigidez aerodinámica del chorro bajo la influencia de la presión inicial ∆Р, formada como resultado de la desviación de las trayectorias del chorro.
El análisis de varios esquemas aerodinámicos muestra que se pueden obtener buenos resultados en esquemas con quemadores ubicados alrededor del perímetro de la cámara de combustión. La razón es la menor sensibilidad de la aerodinámica al apagar no solo un quemador individual, sino también un bloque de quemadores en altura. En otros esquemas, la estabilización del patrón de flujo aerodinámico es más difícil de lograr. Así, en esquemas con inyección directa en 
> 2 y el número de quemadores en
vórtice igual a 4, el número de molinos debe ser múltiplo del número de quemadores y del número de niveles. En este caso, es recomendable suministrar combustible al nivel desde un molino. Se debe seguir el mismo esquema en los sistemas de preparación de polvo con tolva de polvo cuando se alimenta polvo al horno utilizando un agente secante usado.
La disposición tangencial se utiliza en combinación con quemadores de flujo directo del tipo
GPO y GPChv. Para calderas D<320 т/ч допускается использование горелок ГПЦпф.
d) Disposición de quemadores espalda con espalda
Las medidas para reducir el alcance de las antorchas de los quemadores de flujo directo minimizando al mismo tiempo el impacto dinámico del flujo en las pantallas se reflejan en
r 
Cámaras de combustión con contrachorros (VSS) desarrolladas por MPEI. Los quemadores están instalados.
paredes opuestas de la cámara de combustión con un desplazamiento entre sí en la cantidad
medio paso entre quemadores. El número de niveles de quemadores es 1-2. Dependiendo del paso entre los quemadores, en principio, es posible tener tres modos en la cámara de combustión: frontal, de transición y de penetración. El patrón de flujo en un horno con VSS está determinado por el valor del parámetro 
. cuandow<0,05 наблюдается
фронтальный, при 0,05
El análisis del patrón de flujo muestra que el régimen de transición es el más aceptable para hornos con TCS. En primer lugar, en este caso se aprovecha activamente el volumen del embudo frío y, en segundo lugar, se eliminan los ataques del soplete a las paredes. Para combustibles con escoria se recomienda tomar W=0,085-0,98, para combustibles sin escoria - 0,06-0,86. También se debe tomar el valor W=0,06-0,085 cuando se queman combustibles de baja calidad; esto aumentará el estrés térmico de la zona de combustión activa.
Esto lo permite la disposición de los quemadores en un patrón contrapuesto.
Reducir el alcance de la antorcha de flujo directo, hasta eliminar por completo el impacto de la antorcha contra la pared del horno;
Aumentar la insensibilidad del sistema a la distribución desigual de reactivos sobre
quemadores;
Intensificar la transferencia de masa entre chorros;
Asegurar la estabilización del proceso de combustión debido al suministro estable de productos de combustión a la raíz del soplete;
Consigue un buen llenado de la cámara de combustión con caudales ascendentes.
Esta disposición se utiliza en combinación con quemadores ranurados de flujo directo con suministro de combustible periférico y suministro de aire secundario central. En este caso, el diseño del quemador debe cumplir la condición h/b>1,5-2. El suministro periférico de combustible permite tener una mayor concentración de polvo en las capas exteriores de la antorcha, directamente en contacto con los gases de combustión. Al mismo tiempo, el suministro central de aire secundario garantiza el mantenimiento de una mayor concentración efectiva de oxígeno en la zona de combustión activa, lo que contribuye a una mejor combustión del combustible.
Una característica específica de la aerodinámica de los hogares con VSS es el efecto de borde asociado con la desviación de los chorros de los quemadores exteriores hacia las paredes libres de su ubicación. La presencia de un impacto dinámico de la antorcha sobre la pantalla puede provocar su escoriación. Para combatir este fenómeno, existen una serie de medidas: aumentar la pared S 1, instalar los quemadores exteriores a la mitad de la potencia térmica, suministrar los residuos (si los hay) ya sea a través de los quemadores exteriores o mediante boquillas en las paredes laterales del horno.
Hasta hace poco, todas las disposiciones de quemadores descritas anteriormente se utilizaban únicamente en sistemas de preparación de polvo con molinos de tambor de bolas (BDM), lo que permitía utilizar quemadores y tuberías de polvo con una resistencia significativa. La situación era diferente en los hornos con molinos de martillos equipados con separadores de eje (por gravedad), donde se utilizaban ventanas abiertas (troneras) para
Liberación de polvo en aerosol de la mina. A tasas bajas de liberación de polvo en aerosol (alrededor de 4-6 m/s) el aire secundario se suministraba a través de boquillas situadas debajo y encima de la tronera, a velocidades del orden de 20-40 m/seg. Velocidades insignificantes del polvo del aire en la propia mina (1,5-2,5 m/s) y a la salida del hogar proporcionaron una baja resistencia del sistema, que se superó debido a la pequeña presión desarrollada por el molino de martillos y el vacío en el hogar. Como resultado, se mantuvo un pequeño vacío en el eje y, en consecuencia, en el molino, suficiente para evitar que el polvo fuera expulsado a través del alimentador de carbón crudo y en los lugares por donde el eje del molino pasa a través de la carcasa. Este esquema es muy simple y se usa en calderas de baja potencia cuando se quema lignito y frestorf y ahora se usa con algunas mejoras en
r 
distribución del aire y en el diseño de la tronera (instalación de divisores,
particiones guía). Sin embargo, la lenta salida de polvo de aerosol al aire primario (cuya proporción en los molinos de eje es de aproximadamente el 40% en el caso de la hulla y del 50-70% en el caso de la molienda de turba) no garantiza un buen llenado del horno. Por lo tanto, incluso con carbones con un alto rendimiento volátil, tales cámaras de combustión dan una mayor combustión incompleta.
Para calderas potentes que funcionan con lignito, las cámaras de combustión con troneras abiertas son ineficaces, ya que con una sección transversal enorme de la tronera (hasta 4,50 metro 2 ) el flujo resulta excesivamente largo incluso a bajas velocidades de salida y el aire secundario no se puede mezclar bien con el primario. Como resultado de esto, se produjo una fuerte escoria de las cribas y una importante combustión incompleta, especialmente cuando se quemaba carbón. Se logró una mejora bien conocida mediante el uso de troneras de expulsión TsKTI. En estos dispositivos, el aire secundario se introduce a través de canales especiales dirigidos alternativamente hacia arriba y hacia abajo directamente en la tronera, lo que mejora su mezcla con el polvo en aerosol. El aire secundario, que expulsa polvo en aerosol, aumenta considerablemente
el ángulo de apertura de la antorcha, que en troneras convencionales no supera los 40°. Todo ello mejora la ignición del polvo y el llenado del fogón con soplete y reduce la combustión incompleta.
La capacidad de ajuste de la antorcha, incluso con troneras de expulsión, seguía siendo insuficiente, lo que dificultaba la lucha contra la escoria. Por lo tanto, para proteger la pared trasera, se utilizaron boquillas para suministrar aire secundario con velocidades de salida de 35-45 m/seg. Sin embargo, a pesar de esta y otras mejoras, tales cámaras de combustión eran significativamente inferiores.
fogones de cámara con los quemadores de carbón pulverizado descritos anteriormente.
Los hornos con troneras, molinos de martillos y separadores de minas, los llamados "hornos-molino de minas", además de una eficiencia y confiabilidad insuficientes, no pudieron proporcionar el gran aumento requerido en la potencia unitaria (de 230 a 640 t/h par y superior). Los separadores de minas de alta potencia se volvieron voluminosos y “explosivos” y su conexión directa habitual a la cámara de combustión se volvió imposible. Se produjo una mejora radical en el funcionamiento de los hogares con molinos de martillos como resultado del equipamiento de los circuitos de preparación de polvo (inyección directa) con separadores de polvo más avanzados (centrífugos - para carbones duros; inerciales - para lignitos), el uso de quemadores de carbón pulverizado, conexión de sistemas de molino y hogares mediante tuberías de polvo y, en general, gracias a la transferencia del circuito de preparación de polvo a funcionamiento bajo presurización. Presión excesiva antes de la unidad de molienda (100-200 kilogramos/m 2 ) Se gasta para superar la resistencia adicional después del molino de martillos. Estos esquemas de preparación pulverizados se utilizan ampliamente para carbones duros y lignitos en calderas de potencia media y alta.
La intensidad de combustión requerida y la combustión completa del combustible pulverizado en el volumen del horno se logran mediante la organización adecuada del suministro y la posterior mezcla del combustible (polvo de aire) con el aire secundario proporcionado por los dispositivos quemadores, en lo sucesivo denominados quemadores. No hay ignición de combustible en los quemadores. Su tarea es preparar dos flujos independientes (mezcla de polvo y aire y aire secundario) para la ignición del combustible y la combustión activa en el horno. Para hacer esto, es necesario asegurar la succión de los gases de combustión en una nueva corriente de aerosol para calentarlo y mezclar oportunamente el combustible encendido con el resto del aire secundario. Para ello se introducen en el volumen de combustión corrientes de aire caliente y polvo en aerosol a diferentes velocidades y con diferentes grados de torsión.
Hay dos tipos principales de quemadores:. vórtice y flujo directo. A través de quemadores de vórtice, la mezcla de polvo y aire y el aire secundario se suministran en forma de chorros giratorios, formando una antorcha divergente en forma de cono en el volumen de combustión (ver Fig. 4.10). Estos quemadores tienen una sección transversal redonda. Los quemadores de flujo directo suelen suministrar chorros paralelos de aerosol y aire secundario al horno. La mezcla de los chorros está determinada principalmente por la posición relativa de los quemadores en las paredes del horno y la creación de la aerodinámica necesaria de los chorros en el volumen del horno. Estos quemadores pueden ser redondos o rectangulares.
Quemadores de vórtice. Los quemadores de vórtice son de los siguientes tipos: de dos rollos con remolino de aerosol y aire secundario en el aparato coclear (Fig. 7.4,a); coclear de flujo directo, en el que el aerosol se suministra a través de un canal de flujo directo y se distribuye hacia los lados mediante un divisor, y el aire secundario se arremolina en el aparato coclear (Fig. 7.4,6); hoja de caracol con remolino en forma de caracol del flujo de aeropolvo y remolino axial en forma de pala de aire secundario (Fig. 7.4, c); de palas, en las que la turbulencia del aire secundario y los flujos de aerosol se garantiza mediante dispositivos de palas axiales y tangenciales.
Los quemadores de este tipo tienen una capacidad de - 1 a 3,8 kg de combustible estándar/s, lo que nos determina
Potencia térmica de 25 a 100 MW. Los más comunes son los quemadores de dos aspas y los de aspas, estos últimos tienen una alta potencia térmica (75-100 MW). El principal indicador de las características aerodinámicas de un quemador con aparato de torsión es el parámetro de torsión n (ver § 4.4). Sus valores para quemadores industriales están en el rango de 1,5-5, los valores grandes (p-Z-g-5) se relacionan con la turbulencia del flujo de aire secundario.
Con un aumento en el grado de torsión del flujo, el ángulo de apertura del chorro aumenta y sus límites se expanden, aumenta el tamaño de la zona de recirculación de gas hacia la boca del soplete, lo que asegura un calentamiento e ignición más rápidos del combustible. Los quemadores con un valor aumentado del parámetro n se utilizan cuando se queman combustibles de baja reacción y difíciles de encender (con un rendimiento relativamente bajo de sustancias volátiles). El dispositivo de turbulencia de las aspas puede hacerse giratorio, lo que permite un ajuste óptimo de la aerodinámica del quemador.
De los diseños de turbulencias utilizados, el dispositivo axial con palas perfiladas tiene la menor resistencia con el mismo grado de torsión, por lo que se utiliza ampliamente en nuevos quemadores potentes para turbulencias de aire secundario y flujo de polvo en aerosol. Los quemadores con divisor (similar a la Fig. 7.4,6) no tienen alta turbulencia ni un gran ángulo de apertura del flujo de aerosol y se usan en algunos casos para combustible con un alto rendimiento de sustancias volátiles, sin embargo, el funcionamiento del divisor En condiciones de radiación intensa, la radiación térmica del núcleo de la llama no es confiable.
La integridad de la combustión del combustible está fuertemente influenciada por la relación de las velocidades axiales de los flujos de aire primario y secundario en el quemador. La velocidad del flujo primario (polvo de aire) suele ser W= = 16-s-25 m/s. Las velocidades más altas son típicas de quemadores potentes. La velocidad óptima del aire secundario es a)2=(1,3h-1,4)w.
Los quemadores Vortex son universales y aplicables para cualquier combustible sólido, pero están más extendidos cuando se queman combustibles con un bajo rendimiento volátil. Los quemadores con mayor potencia térmica están fabricados con dos canales coaxiales ajustables para aire secundario (ver Fig. 7.4, c), lo que garantiza que se mantengan las velocidades de aire requeridas cuando funcionan con cargas reducidas. Con una carga inferior al 70% de la carga nominal, el canal de aire periférico se bloquea y, por tanto, se mantienen altas velocidades.
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Arroz. 7.4. Tipos de quemadores de carbón pulverizado vortex. A - quemador de dos rollos; b - quemador de voluta de flujo directo ORGRES; c - quemador de hoja de caracol TsKTI - TKZ; 1 caracol de mezcla de polvo y aire; /" - tubo de entrada de la mezcla de aire y polvo; 2 - voluta de aire secundario; 2? - caja de entrada de aire secundario; 3 - canal anular para la salida de la mezcla de aire y polvo al horno; 4 - lo mismo para el aire secundario 5 - boquilla principal de fueloil; 5" - boquilla de encendido de fueloil; 6 - divisor a la salida de la mezcla polvo-aire; 7 - lamas de cierre para aire secundario; 8 - suministro de aire terciario a través del canal axial; 9 - control de la posición del divisor; 10 - control del flujo de aire axial; // - revestimiento de la cámara de combustión; ab es el límite de ignición de la mezcla de polvo y aire; c - aspiración de gases de combustión hasta la raíz del soplete. |
Quemadores de flujo directo. Debido a la menor turbulencia del flujo, los quemadores de flujo directo crean chorros de largo alcance con un ángulo de expansión pequeño y una mezcla lenta de los flujos primario y secundario. Por lo tanto, la combustión exitosa del combustible se logra mediante la interacción de chorros de diferentes quemadores en el volumen de la cámara de combustión. Pueden instalarse de forma estacionaria o rotativa, lo que facilita la configuración del modo de combustión (Fig. 7.5,o). Los quemadores rectangulares, especialmente los alargados, se caracterizan por una alta expulsión del medio gaseoso circundante desde los lados del chorro. Por lo tanto, estos quemadores con suministro externo de polvo en aerosol (Fig. 7.5,6) tienen ventajas en términos de condiciones de ignición sobre los quemadores con suministro interno de polvo. Los quemadores de flujo directo, por regla general, tienen una potencia relativamente baja, por lo que en las calderas de vapor potentes se ensamblan en bloques (Fig. 7.6). Los quemadores de flujo directo se utilizan principalmente para quemar combustibles altamente reactivos: lignito, turba, esquisto y hulla con un alto rendimiento volátil. La velocidad de la mezcla polvo-aire a la salida de los quemadores en
Dan: dYi=20-b28 m/s, y la velocidad óptima del aire secundario es w2-(1.5-^-1.7) W!.
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A ~ con boquilla giratoria a la salida del aerodust (diseños ZiO); b - con canal central de aire caliente (diseño VTI); 1 - suministro de mezcla polvo-aire; 2 - el mismo aire caliente; 3 - salida de la mezcla polvo-aire; 4 - salida de aire caliente; 5 - aspiración de gases de combustión.
Arroz. 7.6. Un bloque de tres quemadores de carbón pulverizado de flujo directo. 1 - suministro de mezcla de polvo y aire al quemador; 2 - suministro de aire secundario al quemador; 3 - tubo para instalar una boquilla de encendido de fueloil con un encendedor eléctrico de gas - 4 - por - - tubo de aire de compuerta. " |
Quemadores combinados. En muchos casos, en una central eléctrica existe la necesidad de quemar de forma alterna o simultánea diferentes tipos de combustible, para lo cual se combinan quemadores para asegurar una combustión económica de cada tipo de combustible. En la figura. 7.7 ilustra el quemador de una potente caldera de vapor en
Arroz. 7.7. Diagrama de quemador para quemar tres tipos de combustible.
Las designaciones son las mismas que en RKS. 7,4; además: 13 - caja anular de gas natural; 14 - tubos para introducir gas natural al quemador, ubicados alrededor del canal de aire primario 3; 15 -■ liberación de gas natural al horno; 16 - gas eléctrico - trozapaliiik.
Tres tipos de combustible: sólido (principal), fuel oil y gas natural. Este quemador se caracteriza por un mayor diámetro del canal central, donde se ubica la boquilla principal de fueloil con un registro para girar el flujo de aire axial. El gas natural fluye a través de tubos de distribución en finos chorros entre flujos turbulentos de aire axial y secundario, lo que asegura su buena mezcla y posterior combustión.
Ubicación del quemador. Los quemadores en las chimeneas de las cámaras de combustión están ubicados de tal manera que garanticen la mayor integridad de la combustión del combustible en el núcleo del soplete y creen condiciones favorables para su eliminación. escoria del horno en una determinada forma sólida o líquida y elimina la posibilidad de escoriar las paredes de la cámara de combustión. Al elegir el tipo y calcular la ubicación óptima de los quemadores, se tienen en cuenta las características de sus características operativas. Por lo tanto, los quemadores de vórtice crean una antorcha más corta en longitud y un ángulo de apertura más amplio en comparación con los de flujo directo. Debido a la energía del movimiento del vórtice se produce una mezcla intensiva de los flujos de aire primario y secundario, lo que garantiza un quemado profundo del combustible en el núcleo del soplete (hasta un 90-95%).
El parámetro de diseño que define los quemadores de vórtice es el diámetro de la tronera Z>a. Los quemadores se colocan a una distancia suficiente entre sí (2,2-t-3)£>a y de las paredes laterales (1,6-g-2)£>a para evitar la interacción temprana de las antorchas y el ataque de las antorchas a las paredes.
En la figura. La Figura 7.8 muestra los diseños más típicos de los quemadores de carbón pulverizado de vórtice. Los esquemas con quemadores frontales y dobles (Fig. 7.8, a, b) se pueden realizar en uno o dos niveles de altura. Con una disposición de un solo marco, la pantalla de la pared trasera recibe una mayor absorción de calor (10-20% más que el promedio) y para evitar la escoria de la pared durante la eliminación de escoria sólida, la profundidad del horno debe ser al menos b=( 6-b7)£>a. Una disposición de quemadores de dos frentes opuestos es típica de las calderas de vapor potentes, cuando la cantidad requerida de quemadores no se puede colocar en una pared frontal, ni siquiera en dos niveles.
Cuando se colocan en direcciones opuestas, el calor y el voltaje de las rejillas del horno se igualan. Muy a menudo, cámaras de combustión con
A - frontal; b- dos frontales (contador); en - mostrador de las paredes laterales del horno.
Los relés según este esquema funcionan con escoria líquida, ya que aquí, debido al movimiento de la antorcha después del impacto, tanto hacia arriba como hacia abajo, aumenta el nivel de temperatura en el fondo del horno. La interacción correcta de las contra-sopletas se logra con una anchura de la cámara de combustión de fr=(5-s-6)Da. En calderas de potencia relativamente baja, los quemadores se colocan en el lado opuesto de las paredes laterales.
Arroz. 7.9. Esquemas de disposición de quemadores de carbón pulverizado de flujo directo en las paredes de la cámara de combustión. a - contradesplazado; b - angular con colisión en bloque de chorros (disposición en bloque); a - dirección angular con tangencial de los chorros (disposición tangencial).
En un nivel (Fig. 7.8, c). Entonces, la profundidad de la cámara de combustión está determinada únicamente por su ubicación. Con este esquema, se produce un aumento de la temperatura de los gases en la parte media del horno a lo largo de su ancho.
En la figura. La Figura 7.9 muestra diseños típicos de quemadores de flujo directo. Los quemadores de este tipo garantizan la combustión completa del combustible únicamente gracias a
Bulización de antorchas de quemadores individuales cuando chocan en el volumen de la cámara de combustión. Todos los esquemas presentados han encontrado una amplia aplicación en la combustión de turba, lignito y lignito.
La combustión de turba y lignito según el esquema de chorro contradesplazado desarrollado e implementado por MPEI es altamente eficiente debido a la mayor turbulización de la antorcha en la zona de combustión principal. Esto se logra creando un gran gradiente de velocidad entre chorros adyacentes que tienen direcciones de movimiento opuestas.
El esquema con quemadores angulares y dirección tangencial de los chorros del quemador a un círculo convencional en el centro del horno con un diámetro de 1 a 2,5 m (Fig. 7.9, e) ha encontrado una amplia aplicación en muchos tipos de calderas de vapor, incluidas las de alta potencia. unos (Fig. 7.10). Sus ventajas radican en la uniformidad de los flujos de calor a lo largo de todas las paredes del horno y en la baja probabilidad de formación de escoria en las paredes, ya que a lo largo de ellas se mueven gases parcialmente enfriados. Al organizar la eliminación de escoria líquida, caen gotas de escoria líquida sobre las paredes del prehorno y se consigue un aumento en la proporción de recogida de escoria.
Al quemar carbón se utiliza el esquema con colisión en bloque de chorros de quemadores adyacentes (Fig. 7.9.6). De este modo se consigue una alta turbulización del núcleo de la llama. La desventaja de este esquema es la posibilidad de formación de escoria en las paredes delantera y trasera del horno cuando la antorcha se mueve desde el centro del horno (zona de presión relativamente alta) en ambas direcciones hacia las paredes.
Los esquemas con una disposición tangencial se pueden implementar en una cámara de combustión cuya forma sea casi cuadrada, es decir, la relación entre las dimensiones de las paredes se determina
Proporciona una buena aerodinámica del volumen de combustión. En cámaras de combustión con un ancho frontal más desarrollado, se aplican otros esquemas de colocación de quemadores.
EXPERIENCIA DE JSC SIBENERGOMASH (BKZ) EN EL DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE CALDERAS JSC Sibenergomash es una empresa rusa líder especializada en la producción de equipos eléctricos, incluidas calderas de vapor con una capacidad de vapor de 50 a 820 t/h y calderas de agua caliente con capacidad de calefacción. de 30 a 180 Gcal/h. Nuestra amplia experiencia en el diseño y fabricación de calderas nos permite crear calderas para quemar una amplia gama de combustibles sólidos, gas y fuel oil. La empresa cuenta con especialistas altamente calificados, equipos tecnológicos y de prueba únicos y tecnología informática moderna. Además de desarrollar proyectos para calderas nuevas, OJSC Sibenergomash se dedica a la reconstrucción y modernización de calderas fabricadas anteriormente con el fin de mejorar los indicadores técnicos, económicos y ambientales, y a transferir calderas para quemar combustibles nuevos (no de diseño). 2
LAS CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE EKIBASTUZ IMPLICAN REQUISITOS ESPECIALES PARA LOS QUEMADORES El depósito de Ekibastuz es uno de los mayores depósitos de carbón térmico, donde operan estaciones en Kazajstán, los Urales y Siberia occidental. Las principales características de este combustible son: alto contenido de cenizas, baja humedad, alta abrasividad de las cenizas, ausencia de escoria cuando el exceso de aire en la zona de combustión es mayor que uno; aparición de escoria cuando el exceso de aire en la zona de combustión es menor que uno; Estas propiedades del combustible imponen ciertos requisitos al diseño de los dispositivos de combustión y tienen un impacto significativo en la organización de su combustión. 5
JSC SIBENERGOMASH (BKZ) TIENE UNA AMPLIA EXPERIENCIA EN EL DISEÑO DE CALDERAS QUE FUNCIONAN CON CARBÓN EKIBASTUZ OJSC Sibenergomash (BKZ) tiene una amplia experiencia en el diseño de unidades de calderas que funcionan con carbón Ekibastuz, por lo que actualmente hay en funcionamiento unas 60 centrales de vapor en las centrales térmicas de Kazajstán. y Rusia y calderas de calentamiento de agua, lo que confirma su funcionamiento fiable durante un largo período de tiempo. Durante el período inicial de desarrollo de la cuenca de carbón de Ekibastuz, la planta de calderas de Barnaul fabricaba unidades de calderas de los modelos BKZ, BKZ, BKZ de diversas modificaciones para centrales térmicas. La tarea principal en el diseño de las calderas en ese momento era garantizar un funcionamiento fiable y económico. Uno de los que mejor satisfacía las necesidades de los clientes en aquel momento era la unidad de caldera BKZ, cuyo diseño fue desarrollado por la planta de calderas de Barnaul en los años ochenta. Esta caldera fue fabricada y suministrada a diversas centrales térmicas. 6
CALDERA BKZ El diseño de dicha caldera se realiza según un circuito cerrado en forma de T. El hogar es de tipo abierto, de forma prismática; su parte superior en sección horizontal a lo largo de los ejes de los tubos de pantallas opuestas tiene unas dimensiones de 15420x3860 mm, y la parte inferior de 15420x8980 mm. La caldera está equipada con sistemas individuales de preparación de polvo con inyección directa. La molienda y el secado del carbón se realizan en molinos de martillos. El secado se realiza con aire caliente. La cámara de combustión está equipada con quemadores de carbón pulverizado de doble flujo Vortex ubicados en las paredes laterales en un nivel (Fig. 1). Las calderas de este modelo mostraron una alta confiabilidad en su funcionamiento, su eficiencia fue del 92,5%. Según las mediciones individuales realizadas durante las pruebas, la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx) detrás de la caldera fue de mg/Nm3 (a = 1,4). 7 figura. 1 – Esquema de la unidad de combustión de la caldera BKZ
BKZ CALDERA A Los años ochenta del siglo pasado se caracterizaron por el inicio de la lucha por el medio ambiente. Los documentos reglamentarios ahora contienen requisitos para las emisiones máximas permitidas de óxidos de nitrógeno detrás de la caldera. Para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno, en 2003 OJSC Sibenergomash fabricó una caldera de una nueva modificación BKZ A st para la CHPP-2 de Astana. 6. El diseño, la forma y las dimensiones de la cámara de combustión, así como el sistema de preparación de polvo, se mantuvieron similares al modelo BKZ. Teniendo en cuenta los desarrollos existentes de Sibenergomash OJSC, para organizar el proceso de combustión, la cámara de combustión está equipada con directa. quemadores de flujo de carbón pulverizado y boquillas de chorro inferiores (Fig. 2). Los quemadores de carbón pulverizado están ubicados tangencialmente en las paredes laterales del hogar en dos niveles y tienen una rotación de sus ejes, creando dos vórtices en el plano del hogar. Las boquillas de chorro de fondo (BBL) están ubicadas en un patrón contradesplazado en las pendientes del embudo frío. La caldera se puso en funcionamiento en 2007. Al utilizar quemadores de flujo directo y toberas de soplado inferiores sin realizar ningún trabajo de ajuste operativo, fue posible reducir las emisiones de NOx con carga nominal a mg/nm 3, garantizando al mismo tiempo un funcionamiento fiable y económico de la caldera. 8
BKZ CALDERA A Debido a que no se alcanzaron los indicadores declarados de emisiones de óxido de nitrógeno, Sibenergomash OJSC reconstruyó el dispositivo de combustión y el quemador. Se instaló un sistema adicional de toberas de chorro terciario. Las boquillas de chorro terciario están situadas encima de los quemadores principales en un patrón tangencial. El sentido de giro coincide con el sentido de giro de los quemadores principales (Fig. 2) 9 Fig. 2 – Esquema del grupo de combustión de la caldera BKZ A.
BKZ A CALDERA En 2011, una vez finalizada la instalación del sistema de toberas de chorro terciario, los especialistas de UralVTI, junto con los especialistas de OJSC Sibenergomash, llevaron a cabo una serie de pruebas operativas y de ajuste, cuyo objetivo era evaluar la eficiencia de la caldera. la reconstrucción (la influencia combinada del sistema de toberas inferior y terciario sobre el nivel de concentración de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión). Con base en los resultados del ajuste del régimen, se pueden sacar las siguientes conclusiones: La relación óptima de caudales de aire a las boquillas de chorro inferior y terciario es 3:1 con la carga nominal. Con un aumento en el caudal de aire para la explosión terciaria, la concentración de NOx disminuye, y cuanto mayor es la proporción de la explosión del fondo, mayor es el efecto de aumentar la proporción de la explosión terciaria, pero la influencia de la explosión terciaria es notablemente más débil. en comparación con la influencia de la explosión del fondo. El mantenimiento de los parámetros indicados en el mapa de régimen emitido después de los trabajos de ajuste del rendimiento garantiza un funcionamiento fiable de la caldera con los parámetros nominales de vapor en carga (420 t/h), la eficiencia de la caldera es del 91,0%, mientras que las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx en los gases de combustión, reducido a α=1,4, no superar el valor garantizado de 550 mg/nm 3. 10
CALDERA BKZ Además del uso de quemadores de flujo directo, para reducir las emisiones de NOx, OJSC Sibenergomash resuelve el mismo problema utilizando quemadores de vórtice. Esta solución se implementó en la unidad de caldera BKZ st. 1 Pavlodar CHPP-3. El diseño de la caldera se realiza según el mismo esquema que en las calderas descritas anteriormente, el sistema de preparación de polvo es similar a los anteriores. El dispositivo de combustión y quemador modernizado está representado por quemadores de vórtice, un sistema de boquillas de soplado inferiores y boquillas de soplado terciario (Fig. 3). Los quemadores de carbón pulverizado de un solo flujo se instalan en las paredes laterales de la cámara de combustión en un nivel. Las boquillas de chorro inferiores están situadas en un patrón contradesplazado en las pendientes del embudo frío. Las toberas de chorro terciario se encuentran en las paredes laterales del horno, encima de los quemadores de carbón pulverizado. La caldera se puso en funcionamiento en enero de 2012. Según los resultados de las pruebas realizadas por los especialistas de JSC E4-SibCOTES junto con los especialistas de OJSC Sibenergomash, se lograron emisiones de óxidos de nitrógeno con α = 1,4 inferiores a 500 mg/nm 3, lo que garantiza un funcionamiento fiable de la caldera y todos los indicadores garantizados. . La opción de un dispositivo de combustión que utiliza quemadores de vórtice es comparable a la opción de instalar quemadores de la empresa alemana Steinmuller Engineering GmbH, pero es entre 5 y 10 veces más barata. 11
CALDERA BKZ Fig. 3 – Esquema del grupo de combustión de la caldera BKZ A.
CALDERA BKZ La continuación del trabajo para mejorar los dispositivos de combustión y quemadores es la reconstrucción (con la preservación del marco y el tambor existentes) de la caldera BKZ realizada por Sibenergomash OJSC. 6 Petropavlovka CHPP-2. La caldera tiene una estructura en forma de U, el hogar es de tipo abierto, de forma prismática y tiene unas dimensiones de 9536x6656 mm en planta a lo largo de los ejes de las tuberías. La caldera está equipada con sistemas individuales de preparación de polvo con tolva de polvo y suministro de polvo con agente secante usado. La molienda y el secado se realizan en molinos de tambor de bolas. El secado se realiza con aire caliente. Para organizar el proceso de combustión, el horno está equipado con quemadores de flujo directo, toberas de soplado inferiores y toberas de soplado terciario (Fig. 4).
CALDERA BKZ Fig. 4 – Diagrama de la unidad de combustión de la caldera BKZ.
CALDERA BKZ Los quemadores de carbón pulverizado se instalan en las paredes delantera y trasera cerca de las esquinas de la cámara de combustión en dos niveles. Los ejes de los dispositivos quemadores se dirigen tangencialmente a un círculo imaginario en el centro de la cámara de combustión. La dirección de giro es en el sentido de las agujas del reloj. Las toberas de aire del sistema de soplado inferior se encuentran desplazadas en sentido contrario en las pendientes del embudo de frío. Las boquillas de aire terciario se instalan encima de los quemadores principales en las paredes delantera y trasera, cerca de las esquinas de la cámara de combustión. Los ejes de las toberas de aire terciario se encuentran tangencialmente a un círculo imaginario en el centro del horno. La dirección de giro es en sentido contrario a las agujas del reloj. Tras la reconstrucción, la caldera se puso en funcionamiento en enero de 2012. Según los resultados de los trabajos operativos y de ajuste realizados por los especialistas de UralVTI y OJSC Sibenergomash, se confirmó la efectividad de la reconstrucción en términos de reducir significativamente las emisiones de NOx y garantizar la eficiencia de diseño de la caldera. Los resultados de las pruebas mostraron que en todo el rango de carga operativa, las emisiones de óxido de nitrógeno no superaron los 500 mg/nm3 (a α=1,4), mientras que la eficiencia fue del 90,9-91,5%.
BKZ BOILER, Además de aprovechar su propia experiencia en la mejora de los dispositivos de combustión, Sibenergomash OJSC, junto con la empresa alemana Steinmuller Engineering GmbH, ha desarrollado actualmente un proyecto para la caldera BKZ, 8-560 st. 7 para CHPP-2 de Astana Energy JSC. Esta caldera tiene planta de torre, hogar abierto, forma prismática y tiene en planta 11370x tubos a lo largo de los ejes. La caldera está equipada con sistemas individuales de preparación de polvo con inyección directa. La molienda y el secado se realizan en molinos de martillos. El carbón se seca con aire caliente. El proyecto prevé el suministro de polvo de carbón de cada molino a dos quemadores del mismo nivel, ubicados en paredes opuestas. La caldera está equipada con dispositivos de combustión de Steinmuller Engineering GmbH. Esta caldera contiene un esquema fundamentalmente nuevo para quemar carbón de Ekibastuz. El dispositivo de combustión y quemador está representado por quemadores de baja toxicidad, boquillas de aire laterales y boquillas de aire terciario (Fig. 5).
17 figura. 5 – Diagrama del dispositivo de combustión y quemador de la caldera BKZ,8-560 Los quemadores de baja toxicidad son quemadores de vórtice de flujo directo instalados en dos niveles en un patrón tangencial cerca del centro de cada pared. Esta disposición de quemadores de vórtice de flujo directo se diferencia de la disposición de quemadores de vórtice utilizada anteriormente (unidireccional o contraria). CALDERA BKZ,8-560
CONCLUSIÓN 18 Sibenergomash OJSC mejora constantemente sus productos, garantizando la combustión más económica de combustible con alto contenido de cenizas con una reducción de las emisiones de sustancias nocivas a la atmósfera mediante la modernización de los procesos de combustión, mientras que se utiliza ampliamente el modelado matemático, que se basa en la Resultados de las pruebas de calderas que ya están en funcionamiento.
Una de las ventajas de los quemadores combinados es la posibilidad de cambiar fácilmente de un tipo de combustible a otro. Además, la combustión de cada uno de ellos debe producirse en condiciones óptimas.
En dicho quemador, los canales de suministro de aire son comunes para ambos tipos de combustible, y la ubicación de cada tipo de dispositivo de quemador debe garantizar una mezcla rápida y completa del combustible con el aire. Para una mezcla eficaz con el combustible, el flujo de aire en el quemador se turbuliza fuertemente mediante un registro de aire (dispositivo de conducción de aire), lo que garantiza su intensa turbulencia.
Los registros aéreos son de tres tipos: coclear, escapular axial y escapular tangencial (Figura 2.13).
Figura 2.13 - Diagramas de registro de aire:
a - caracol; b - hoja tangencial; c - escapular axial.
Teniendo en cuenta grandes volúmenes de aire de diseño caracol El remolino resulta bastante voluminoso. Se utiliza en quemadores de potencia relativamente baja. El aparato de palas axiales es el más sencillo de implementar y tiene la menor resistencia hidráulica, pero se requiere un canal de mayor diámetro para pasar todo el flujo de aire. El registro de paleta tangencial tiene una resistencia ligeramente mayor, pero se distingue por la capacidad de regular el tamaño del área de flujo al cambiar de carga moviendo el disco de control a lo largo del eje del quemador (Figura 2.14).
En las potentes calderas de vapor, se instalan tres tipos principales de quemadores de gasóleo, que se diferencian en el método de introducción de gas en el flujo de aire y en el método de regulación de su flujo con cargas variables.
El gas natural se descarga desde un colector anular central mediante dos filas de orificios de diferentes diámetros. El aire se suministra a través de un registro de palas tangencial. Su caudal está controlado por una compuerta de disco móvil. Así, cuando se reduce la carga de la caldera, el flujo de aire reducido mantendrá la intensidad de torsión y las buenas condiciones de mezcla con el combustible. El gasóleo se rocía en una boquilla mecánica instalada en el canal central del quemador.
La presión del gas delante del quemador es de 2,5 a 3,0 kPa. La velocidad del aire en la sección estrecha del quemador es de 40 m/s. El encendido del combustible (gasóleo o gas) se garantiza mediante dispositivos de encendido eléctricos.
Figura 2.14 - Quemador de gas y petróleo tipo TKZ coaxial con suministro central de gas:
1 - colector de gas anular; 2 - boquilla de combustible; 3 - aparato de cuchilla tangencial; 4 - compuerta de aire reguladora; 5 - brida que protege la punta del gas contra quemaduras; 6 - caja de aire; 7 - suministro de aire para enfriar la punta y la brida; 8 - tronera cónica; 9 - canal para encendedor.
El quemador de gas y petróleo TsKB (sucursal de Jarkov) -VTI-TKZ para una caldera unitaria de 300 MW que funciona bajo presurización (Figura 2.15) tiene un suministro de aire tangencial-axial a través de un aparato de palas con el flujo de aire principal dividido en dos canales. . Además, también hay aire terciario que fluye constantemente a través del canal central para enfriar la boquilla de fueloil. Cuando la carga disminuye, el flujo de aire a través del canal anular periférico se reduce mediante una compuerta de control. El fueloil se suministra mediante una boquilla mecánica de vapor tipo TKZ-4M con una capacidad de 4,6 t/h a una presión de fueloil de 4,5 MPa y una presión de vapor de 0,2 MPa. El gas natural se introduce en el flujo de aire principalmente desde la periferia a través de un gran número de tuberías de Æ 32 mm y en parte desde las aberturas del canal coaxial central.
La Figura 2.16 muestra un quemador de gasóleo de una caldera de paso único de una unidad de 800 MW con una capacidad de 5,2 t/h de fueloil.
Figura 2.15 - Quemador de gas y petróleo KhFTsKB-VTI-TKZ con suministro de gas central y periférico:
1, 1’ - cajas de aire centrales y periféricas; 2 - aparato de cuchilla tangencial; 3 - aparato de cuchilla axial; 4 - cañón de una boquilla mecánica de vapor; 5 - entrada del flujo de aire central; 6 - suministro de gas al canal coaxial; 7 - suministro periférico de gas; 8 - recorrido de los tubos de malla alrededor del quemador.
La distribución uniforme del aire entre los quemadores está garantizada por el gran tamaño de las cajas de aire, comunes a todos los quemadores en una pared de la cámara de combustión. Cada caja está dividida en toda su longitud en dos compartimentos para distribuir el aire a los canales internos y periféricos de los quemadores. Hay una caja separada para introducir los gases de combustión recirculados a través del quemador. Los flujos de aire se hacen girar mediante un aparato de paletas tangenciales y los gases se introducen en el horno en un flujo directo y se mezclan con aire periférico que diverge en ángulo.
El gas natural se introduce a través del canal coaxial central en un ángulo de 45° con respecto al eje del flujo. Para compensar la diferencia en la expansión térmica de la caja de aire con los quemadores integrados y las pantallas de la cámara de combustión, se instalan compensadores de lentes.
Al cambiar a combustión de gas, la boquilla de fueloil se apaga automáticamente y se retrae hacia el cañón central. La combustión simultánea de dos tipos de combustible conduce a un peor quemado de uno de ellos (generalmente fueloil), lo que se asocia con diferentes condiciones de mezcla y tiempos de ignición.
Figura 2.16 - Quemador de gasóleo de la caldera de vapor TGMP-204 con capacidad de 5,2 t/h de fueloil o 5,54 mil m 3 de gas natural:
1, 1’ - canales de aire caliente centrales y periféricos; 2 - canal para el suministro de gases en recirculación; 3 - compensador de lente; 4,5 - palas giratorias tangenciales; 6 - canal central de suministro de gas natural; 7 - junta neumática que evita que los gases de combustión salgan del quemador; 8 - recorrido de los tubos de rejilla alrededor de la tronera del quemador; 9 - cañón para boquilla de fueloil; 10 - encendedor eléctrico de gas; 11 - líneas de impulso para controlar la presión del aire.