RU2715301C1

RU2715301C1 - Vortex pulverized coal burner

Info

Publication number: RU2715301C1
Application number: RU2019116092A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Сербиновский; Максим Павлович Курепин; Андрей Александрович Колесников
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-02-26

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used in organizing of the coal dust combustion in the furnaces of boilers, combustion chambers and furnaces. Vortex pulverized coal burner comprises central air channel with blade swirler and ignition device arranged along burner axis, circular channels are arranged there along: annular channels for supply of air mixture with blade swirler, inner and outer air channels with blade swirlers, and outer surface of inner shell and inner surface of outer shell of air mix supply channel have protective coatings. Blades of blade swirler in channel for supply of air mixture have protective coating and are located from outlet section of channel at distance not closer than larger of two distances k₁⋅(1040 – 0.9⋅t_1l) mm and k₂⋅(1470 – t_2l) mm, but not further than 0.8 of the channel length, where k₁ and k₂ – coefficients depending on required longevity of blades of the swirler, k₁=(1.0…1.2), k₂=(1.0…1.2); t_1l is maximum value of blades protective material maximum operating temperature, °C; t_2l – lower heat resistance of protective material or bearing material of blades, °C. Protective coatings of shells of air mixture supply channel are made from materials of different heat resistance, wherein the boundary of the protection zone with less heat-resistant material is located from the outlet section of the air mixture supply channel at a distance not closer to the greater of two distances k₃⋅(680 – 0.66⋅t_1sh) mm and k₄⋅(1200 – t_2sh) mm, where k₃ and k₄ – coefficients, which depend on required life of shell, k₃=(1.0…1.35), k₄=(1.0…1.35); t_1sh – shell maximum shell operating temperature, °C; t_2sh ^_ lower heat resistance of protective material or bearing material of shell, °C.

EFFECT: technical result consists in simplification of burner design and ensuring its high technological effectiveness with increased reliability and durability.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при организации сжигания угольной пыли в топках котлов, камер сгорания и печах.The invention relates to energy and can be used to organize the combustion of coal dust in the furnaces of boilers, combustion chambers and furnaces.

Вихревые пылеугольные горелки позволяют достаточно эффективно сжигать пылеугольное топливо, обеспечивая оптимальный режим перемешивания угольной пыли с воздухом и горения факела. Однако движение аэросмеси угольной пыли и воздуха в горелке сопровождается интенсивным износом ее частей, что приводит к существенному снижению долговечности и надежности горелок, в первую очередь лопаточных аппаратов (завихрителей), обечаек и других деталей каналов подачи аэросмеси. Износ деталей горелок ускоряет высокая температура их эксплуатации, часто превышающая 1000°С. Возникает проблема повышения износостойкости деталей канала аэросмеси горелки и выбора наиболее рациональных материалов для покрытий, обеспечивающих лучшее соотношение простоты конструкции, технологичности и качества - термостойкости и износостойкости, а также стоимости горелки. Наиболее износостойкими и термостойкими являются керамические высокотемпературные покрытия, которые выполняются из отдельных плиток, фасонных деталей или втулок. Однако такие покрытия имеют сложную технологию изготовления с большой длительностью технологического процесса, часто характеризуются большими погрешностями формы и размеров из-за неуправляемой усадки материала во время сушки и термообработки. В связи с этим требуется достаточно сложная конструкция крепления защитной керамики на лопатках и обечайках или применение высокотемпературных клеевых композиций. Все это снижает технологичность горелки и в целом негативно сказывается на ее долговечности и надежности.Vortex pulverized coal burners make it possible to efficiently burn pulverized coal, providing the optimal mode of mixing coal dust with air and burning the torch. However, the movement of coal dust and air mixtures in the burner is accompanied by intensive wear of its parts, which leads to a significant decrease in the durability and reliability of the burners, primarily blade devices (swirlers), shells and other parts of the air mixture supply channels. The wear of the burner parts is accelerated by the high temperature of their operation, often exceeding 1000 ° C. The problem arises of increasing the wear resistance of the parts of the burner aerosol mixture channel and choosing the most rational materials for coatings that provide the best ratio of simplicity of design, manufacturability and quality - heat resistance and wear resistance, as well as the cost of the burner. The most wear-resistant and heat-resistant are ceramic high-temperature coatings, which are made of individual tiles, fittings or bushings. However, such coatings have a complex manufacturing technology with a long duration of the process, are often characterized by large errors in shape and size due to uncontrolled shrinkage of the material during drying and heat treatment. In this regard, a rather complicated construction of fastening protective ceramics on the blades and shells or the use of high-temperature adhesive compositions is required. All this reduces the manufacturability of the burner and generally negatively affects its durability and reliability.

Известна вихревая пылеугольная горелка, содержащая центральную трубу растопочного устройства с лопаточным завихрителем аэросмеси, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: подачи аэросмеси и два кольцевых воздушных канала - внутренний и внешний (патент Японии JP 2746917, МПК F23D 1/02, опубл. 06.05.1998). Кромки лопаток завихрителя снабжены со стороны потока аэросмеси пластинами из износостойкой керамики, на основе нитрида кремния, карбида кремния или подобной. Пластины из износостойкой керамики удерживаются фигурными вставками из нержавеющей стали и защищают кромки лопаток от интенсивного износа.Known vortex pulverized coal burner containing the Central tube of the kindling device with a blade swirl of the mixture, around which the annular channels are arranged sequentially: the feed of the mixture and two ring air channels - internal and external (Japanese patent JP 2746917, IPC F23D 1/02, publ. 05.06.1998 ) The edges of the swirl blades are provided on the flow side of the mixture with plates made of wear-resistant ceramics based on silicon nitride, silicon carbide or the like. Wear-resistant ceramic plates are held by shaped stainless steel inserts and protect the edges of the blades from intense wear.

Недостатком этой пылеугольной горелки является недостаточная долговечность и надежность горелок вследствие износа ее частей. У лопаток завихрителя защищены только передние кромки, поэтому в случае сжигания высокоабразивных углей плоскости лопаток со стороны потока аэросмеси интенсивно изнашиваются. Такому же интенсивному износу будут подвергаться внешняя обечайка канала аэросмеси и его центральная труба. Наиболее сильный износ будет происходить в зоне выходного сечения канала, где велик радиационный нагрев лопаток, обечайки и центральной трубы. Снижение износа в этой зоне за счет применения жаропрочных высоколегированных сталей малоэффективно и дорого.The disadvantage of this pulverized coal burner is the insufficient durability and reliability of the burners due to wear of its parts. At the blades of the swirl, only the leading edges are protected, therefore, in the case of burning highly abrasive coals, the planes of the blades on the flow side of the air mixture wear out intensively. The outer shell of the aerosol mixture channel and its central tube will be subjected to the same intensive wear. The most severe wear will occur in the zone of the outlet section of the channel, where the radiative heating of the blades, shell and central pipe is large. Reducing wear in this area through the use of heat-resistant high alloy steels is inefficient and expensive.

Дополнительной проблемой защиты лопаток завихрителя керамическими вставками или пластинами является возникновение в них сколов и трещин вследствие разного расширения керамического защитного материала и стали лопаток, а также изменений формы изогнутых лопаток, при изменении температуры во время разогрева или охлаждения горелок и за счет разной температуры лопаток со стороны радиационного нагрева излучением из топки и обратной стороны - со стороны набегающего потока относительно более холодной аэросмеси. Для предотвращения таких дефектов предусматривают специальные крепления и различные замковые пазы, которые усложняют конструкцию, снижеют ее технологичность и приводят к увеличению стоимости горелки.An additional problem of protecting the swirl blades with ceramic inserts or plates is the occurrence of chips and cracks in them due to different expansion of the ceramic protective material and steel of the blades, as well as changes in the shape of curved blades, when the temperature changes during heating or cooling of the burners and due to different temperature of the blades from the side radiation heating by radiation from the furnace and the reverse side - from the incident flow side of a relatively colder aerosol. To prevent such defects, special fasteners and various locking grooves are provided, which complicate the design, reduce its manufacturability and increase the cost of the burner.

Известна вихревая пылеугольная горелка, содержащая центральный канал для размещения растопочного устройства, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: растопочного воздуха, по меньшей мере один кольцевой канал подачи аэросмеси и два кольцевых канала вторичного воздуха - внутренний и внешний, а в выходной части канала аэросмеси установлены рассекатели потока, в кольцевых каналах вторичного воздуха установлены лопаточные завихрители воздуха (патент РФ №2646164, МПК F23D 1/02, опубл. 01.03.2003).Known vortex pulverized coal burner containing a Central channel for placing the ignition device, around which annular channels are arranged: ignition air, at least one annular air mixture supply channel and two ring secondary air channels - internal and external, and dividers are installed in the output part of the air mixture channel flow, in the annular channels of the secondary air mounted blade air swirlers (RF patent No. 2646164, IPC F23D 1/02, publ. 01.03.2003).

Недостатком этой горелки является недостаточная ее долговечность и надежность из-за износа лопаток завихрителя и обечаек канала аэросмеси, т.к. лопаточный завихритель канала подачи аэросмеси располагается вблизи выходного сечения этого канала и его лопатки нагреваются до высокой температуры, в зависимости от режима работы горелки до 800-1000°С и более. При таких температурах износостойкость материала лопаток значительно снижается, происходит интенсивный износ лопаток аэросмесями с углями повышенной абразивности, и время их истирания до потери функциональности может снижаться до нескольких месяцев, а иногда до нескольких недель, что недопустимо. Такому же интенсивному нагреву подвергаются и поверхности обечаек канала аэросмеси, расположенные вблизи выходного сечения этого канала. Рассекатели потока представляют собой массивные детали, которые сопротивляются износу более длительное время, чем лопатки и обечайки, но это не повышает долговечность горелки в целом. Применение в конструкции жаропрочных высоколегированных сталей снижает интенсивность износа, но не позволяет радикально решить проблему абразивного износа лопаток и обечаек, в тоже время приводит к значительному удорожанию горелки.The disadvantage of this burner is its insufficient durability and reliability due to wear of the blades of the swirler and the shells of the air mixture channel, because the blade swirl of the feed mixture channel is located near the outlet section of this channel and its blades are heated to high temperature, depending on the burner operating mode, up to 800-1000 ° С and more. At such temperatures, the wear resistance of the material of the blades is significantly reduced, intensive wear of the blades by air mixtures with coals of increased abrasion occurs, and the time of their abrasion before loss of functionality can be reduced to several months, and sometimes up to several weeks, which is unacceptable. The surfaces of the shells of the air mixture channel located near the outlet section of this channel are subjected to the same intense heating. Flow dividers are massive parts that resist wear for a longer time than blades and shells, but this does not increase the overall durability of the burner. The use of heat-resistant high alloy steels in the design reduces the wear rate, but does not allow to radically solve the problem of abrasive wear of the blades and shells, at the same time leading to a significant increase in the cost of the burner.

Наиболее близким техническим решением является пылеугольная горелка, содержащая центральный канал для подачи аэросмеси, состоящий из цилиндрической обечайки с размещенными на ее внутренней поверхности защитными износостойкими плитками и секциями трубы Вентури и опорной трубы с защитной втулкой и завихрителем, выполненным как единый узел со ступицей и лопатками (патент США US 6474250, МПК F23D 1/02, опубл. 05.11.2002). Завихритель со ступицей и лопатками установлены на конце опорной трубы на выходе канала аэросмеси в топку. Устройство позволяет перемещать опорную трубу с завихрителем в осевом направлении на некоторое расстояние для регулирования закручивания потока аэросмеси.The closest technical solution is a pulverized coal burner containing a central channel for supplying an air mixture, consisting of a cylindrical shell with protective wear-resistant tiles and sections of a Venturi pipe and a support pipe with a protective sleeve and a swirl placed on its inner surface, made as a single unit with a hub and blades ( US patent US 6474250, IPC F23D 1/02, publ. 05.11.2002). A swirler with a hub and blades is installed at the end of the support pipe at the outlet of the air mixture channel into the furnace. The device allows you to move the support pipe with the swirl in the axial direction for a certain distance to control the swirling of the flow of air mixture.

Недостатком этой пылеугольной горелки является размещение завихрителя аэросмеси в непосредственной близости от выходного сечения канала подачи аэросмеси, что приводит к необходимости изготовления завихрителя из дорогостоящих материалов с высокой термостойкостью и жаропрочностью. Регулировочное перемещение опорной трубы с завихрителем в осевом направлении мало и незначительно изменяет температуру нагрева поверхностей лопаток завихрителя, поэтому требования к их материалам по термостойкости и жаропрочности также высоки, соответственно, требуют высоких затрат на сам материал и на изготовление завихрителя в целом. Материалы с высокой жаропрочностью характеризуются низкой обрабатываемостью и технологичностью, это ограничивает количество и угол наклона лопаток завихрителя и требует введения дополнительного рассекателя - стабилизатора горения и усложняет конструкцию. Кроме того нет градации применения в конструкции материалов, что также приводит к удорожанию конструкции за счет необоснованного применения дорогих материалов с повышенной термостойкостью, например, дорогой керамики на основе корунда, нитрида кремния, карбида кремния, сапфировой керамики или дорогих сплавов с высокой жаропрочностью.The disadvantage of this pulverized coal burner is the location of the air mixture swirl in the immediate vicinity of the outlet cross section of the air mixture feed channel, which leads to the necessity of making the swirl from expensive materials with high heat resistance and heat resistance. The axial directional movement of the support pipe with the swirl in the axial direction slightly and insignificantly changes the heating temperature of the surfaces of the swirl blades, therefore, the requirements for their materials in terms of heat resistance and heat resistance are also high, respectively, requiring high costs for the material itself and for making the swirl as a whole. Materials with high heat resistance are characterized by low machinability and manufacturability, this limits the number and angle of inclination of the blades of the swirler and requires the introduction of an additional divider - combustion stabilizer and complicates the design. In addition, there is no gradation in the use of materials in the construction, which also leads to a rise in the cost of construction due to the unreasonable use of expensive materials with increased heat resistance, for example, expensive ceramics based on corundum, silicon nitride, silicon carbide, sapphire ceramics or expensive alloys with high heat resistance.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, состоит в упрощении конструкции горелки и обеспечении ее высокой технологичности при повышенной надежности и долговечности.The technical result, the achievement of which the proposed technical solution is directed, consists in simplifying the design of the burner and ensuring its high adaptability with increased reliability and durability.

Для достижения технического результата вихревая пылеугольная горелка содержит центральный воздушный канал с лопаточным завихрителем и размещенным по оси горелки растопочным устройством, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: канал подачи аэросмеси с лопаточным завихрителем, внутренний и внешний воздушные каналы с лопаточными завихрителями, а внешняя поверхность внутренней обечайки и внутренняя поверхность внешней обечайки канала подачи аэросмеси имеют защитные покрытия. Лопатки лопаточного завихрителя в канале подачи аэросмеси имеют защитное покрытие и располагаются от выходного сечения канала на расстоянии не ближе большего из двух расстояний k₁⋅(1040 - 0,9⋅t_1л) мм и k₂⋅(1470 - t_2л) мм но не далее чем 0,8 длины канала, где k₁ и k₂ - коэффициенты, зависящие от требуемой долговечности лопаток завихрителя, k₁=(1,0…1,2), k₂=(1,0…1,2); t_1л - максимальная рабочая температура защитного материала лопаток, °С; t_2л - меньшая термостойкость защитного материала или несущего материала лопаток, °С, а защитные покрытия обечаек канала подачи аэросмеси выполнены из материалов разной термостойкости, при этом граница зоны защиты менее термостойким материалом располагается от выходного сечения канала подачи аэросмеси на расстоянии не ближе большего из двух расстояний k₃⋅(680 - 0,66⋅t_1об) мм и k₄⋅(1200 - t_2об) мм, где k₃ и k₄ - коэффициенты, зависящие от требуемой долговечности обечайки, k₃=(1,0…1,35), k₄=(1,0…1,35); t_1об - максимальная рабочая температура защитного материала обечайки, °С; t_2об - меньшая термостойкость защитного материала или несущего материала обечайки, °С.To achieve a technical result, the vortex pulverized coal burner contains a central air channel with a blade swirl and a kindling device placed along the axis of the burner, around which annular channels are arranged sequentially: the feed mixture of the air mixture with a blade swirl, the internal and external air channels with blade swirls, and the outer surface of the inner shell and the inner surface of the outer shell of the feed channel of the mixture have protective coatings. The blades of the blade swirl in the feed mixture have a protective coating and are located from the output section of the channel at a distance no closer than the larger of the two distances k ₁ ⋅ (1040 - 0.9⋅t _1l ) mm and k ₂ ⋅ (1470 - t _2l ) mm but no further than 0.8 channel lengths, where k ₁ and k ₂ are coefficients depending on the required durability of the swirler blades, k ₁ = (1,0 ... 1,2), k ₂ = (1,0 ... 1,2) ; t _1l - maximum working temperature of the protective material of the blades, ° C; t _2l - lower heat resistance of the protective material or the carrier material of the blades, ° C, and the protective coatings of the shells of the feed mixture channel are made of materials of different heat resistance, while the border of the protection zone is less heat-resistant material from the output section of the feed mixture channel at a distance not closer than the larger of the two distances k ₃ ⋅ (680 - 0.66⋅t _1oob ) mm and k ₄ ⋅ (1200 - t _2oob ) mm, where k ₃ and k ₄ are coefficients depending on the required shell longevity, k ₃ = (1,0 ... 1.35), k ₄ = (1.0 ... 1.35); t _1ob - maximum working temperature of the protective material of the shell, ° C; t _2ob - less heat resistance of the protective material or the carrier material of the shell, ° C.

На чертеже изображен продольный разрез вихревой пылеугольной горелки.The drawing shows a longitudinal section of a vortex pulverized coal burner.

Вихревая пылеугольная горелка содержит центральный воздушный канал 1 с лопаточным завихрителем 2 и растопочным устройством 3, вокруг которого последовательно расположены кольцевые каналы: канал 4 подачи аэросмеси с лопаточным завихрителем 5, внутренний воздушный канал 6 с лопаточным завихрителем 7, внешний воздушный канал 8 с лопаточным завихрителем 9. Внешняя обечайка 10 канала 4 подачи аэросмеси имеет с внутренней поверхности защитные покрытия 11 и 12 со стороны потока аэросмеси, внутренняя обечайка 13 канала 4 подачи аэросмеси также имеет с внешней поверхности защитные покрытия 14, 15 и 16 со стороны потока аэросмеси. Лопатки 17 лопаточного завихрителя 5 имеют защитные покрытия 18 (обозначены толстой линией) со стороны набегающего потока аэросмеси.The vortex pulverized coal burner contains a central air channel 1 with a scapular swirler 2 and a kindling device 3, around which annular channels are arranged sequentially: an air mixture supply channel 4 with a scapular swirler 5, an internal air channel 6 with a scapular swirler 7, and an external air channel 8 with a scapular swirler 9 The outer shell 10 of the air mixture feed channel 4 has protective coatings 11 and 12 on the flow side of the air mixture from the inner surface, the inner shell 13 of the air mixture feed channel 4 also has External Expansion surface protective coating 14, 15 and 16 from the fuel mixture stream. The blades 17 of the blade vortex 5 have a protective coating 18 (indicated by a thick line) on the side of the incoming air mixture.

Лопаточный завихритель 5 в канале 4 подачи аэросмеси расположен так, чтобы его лопатки 17 находились от выходного сечения канала на расстоянии L₁ не ближе большего из двух расстояний k₁⋅(1040 - 0,9⋅t_1л) мм и k₂⋅(1470 - t_2л) мм, но не далее чем 0,8 длины канала 4, где k₁ и k₂ - коэффициенты, зависящие от требуемой долговечности лопаток завихрителя; t_1л - максимальная рабочая температура защитного материала лопаток, °С; t_2л - меньшая термостойкость защитного материала или несущего материала подложки (конструктивной основы) лопаток, °С. Коэффициенты k₁ и k₂ выбираются в зависимости от требований к долговечности лопаток, например, в диапазоне от 1,0 до 1,2. По мере увеличения k₁ и k₂ температуры эксплуатационных режимов горелки снижаются, поэтому повышается износостойкость лопаток, их надежность и долговечность. При k₁ и k₂ равных 1,0 лопатки завихрителя будут эксплуатироваться при наибольших допустимых температурах, и их долговечность будет наименьшей из всех возможных для нормальной эксплуатации горелки. При k₁ и k₂ равных 1, 2 износостойкость и долговечность лопаток будет повышенной. Ограничение L₁ величиной равной 0,8 длины канала 4 связано с тем, что при удалении лопаточного завихрителя от выходного сечения канала 4 подачи аэросмеси и, соответственно, приближении его к входному сечению канала эффективность работы завихрителя (эффективность закручивания им потока аэросмеси) снижается за счет торможения потока трением об обечайки канала.The blade swirl 5 in the air mixture supply channel 4 is located so that its blades 17 are located from the outlet section of the channel at a distance L ₁ not closer than the larger of the two distances k ₁ ⋅ (1040 - 0.9⋅t _1l ) mm and k ₂ ⋅ (1470 - t _2l ) mm, but not further than 0.8 of the length of the channel 4, where k ₁ and k ₂ are coefficients depending on the required durability of the blades of the swirler; t _1l - maximum working temperature of the protective material of the blades, ° C; t _2l - lower heat resistance of the protective material or the supporting material of the substrate (structural base) of the blades, ° C. The coefficients k ₁ and k ₂ are selected depending on the requirements for the durability of the blades, for example, in the range from 1.0 to 1.2. As k ₁ and k ₂ increase, the operating temperatures of the burner decrease, so the wear resistance of the blades, their reliability and durability increase. When k ₁ and k ₂ equal to 1.0, the blades of the swirl will be operated at the highest permissible temperatures, and their durability will be the smallest of all possible for normal operation of the burner. When k ₁ and k ₂ equal to 1, 2, the wear resistance and durability of the blades will be increased. The restriction of L _{1 to the} value equal to 0.8 of the length of the channel 4 is due to the fact that when the blade swirler is removed from the output section of the air mixture supply channel 4 and, accordingly, when it is approached to the input section of the channel, the swirl efficiency (the efficiency of swirling the air mixture flow) decreases due to friction flow inhibition on the channel shell.

Приведен расчет расстояния L₁ на примере защитного покрытия лопатки лопаточного завихрителя наплавки материалом CDP 4666 фирмы «Мессер Эвтектик Кастолин». Наибольшая рекомендуемая рабочая температура защитного покрытия длительной эксплуатации составляет 550°С, а меньшая термостойкость подложки, на которую наплавляется защитный материал - 900°С, поэтому L₁ для t_1л=550°С и k₁=1 составит 545 мм, а для k₁=1,2 - 654 мм, L₁ для t_2л=900°С и k₂=1 составит 570 мм, а для k₂=1,2 - 684 мм. Таким образом, лопатки завихрителя необходимо располагать не ближе расстояния 570 мм, а при наличии каких-либо конструктивных препятствий можно увеличить это расстояние до 684 мм.The calculation of the distance L _{1 is given} by the example of the protective coating of the blades of the blade of the swirling surfacer material CDP 4666 firm "Messer Eutectic Castolin". The highest recommended operating temperature of the long-term protective coating is 550 ° C, and the lower heat resistance of the substrate on which the protective material is deposited is 900 ° C, so L ₁ for t _1l = 550 ° C and k ₁ = 1 will be 545 mm, and for k ₁ = 1.2 - 654 mm, L ₁ for t _2l = 900 ° C and k ₂ = 1 will be 570 mm, and for k ₂ = 1.2 - 684 mm. Thus, the blades of the swirl must be located no closer than the distance of 570 mm, and in the presence of any structural obstacles, this distance can be increased to 684 mm.

Защитные покрытия 11 и 12 внешней обечайки 10 и защитные покрытия 14 и 16 внутренней обечайки 13 канала 4 подачи аэросмеси выполнены из материалов разной термостойкости. При этом граница зоны защиты менее термостойким материалом располагается от выходного сечения канала подачи аэросмеси на расстоянии L₂ не ближе большего из двух расстояний k₃⋅(680-0,66⋅t_1об) мм и k₄⋅(1200 - t_2o6) мм, где k₃ и k₄ - коэффициенты, зависящие от требуемой долговечности обечайки, t_1об - максимальная рабочая температура защитного материала обечайки, °С., t_2об - меньшая термостойкость защитного материала или несущего материала обечайки, °С. Коэффициенты k₃ и k₄ выбираются в зависимости от требований к долговечности обечаек и конструктивных особенностей горелки, например, в диапазоне от 1,0 до 1,35. По мере увеличения k₃ и k₄ температуры эксплуатационных режимов обечаек горелки снижаются, поэтому повышается их износостойкость, надежность и долговечность. При k₃ и k₄ равных 1,0 обечайки будут эксплуатироваться при наибольших допустимых температурах, и их долговечность будет наименьшей из всех возможных для нормальной эксплуатации горелки. При k₃ и k₄ равных 1,35 износостойкость и долговечность обечаек будет повышенной.Protective coatings 11 and 12 of the outer shell 10 and protective coatings 14 and 16 of the inner shell 13 of the feed mixture 4 are made of materials of different heat resistance. In this case, the boundary of the protection zone with less heat-resistant material is located from the output section of the feed mixture mixture at a distance L ₂ not closer than the larger of the two distances k ₃ ⋅ (680-0.66⋅t _1ob ) mm and k ₄ ⋅ (1200 - t _2o6 ) mm where k ₃ and k ₄ are coefficients depending on the required longevity of the shell, t _1ob is the maximum working temperature of the protective material of the shell, ° C., t _2ob is the lower heat resistance of the protective material or carrier material of the shell, ° C. The coefficients k ₃ and k ₄ are selected depending on the requirements for the longevity of the shells and the design features of the burner, for example, in the range from 1.0 to 1.35. As k ₃ and k ₄ increase, the operating temperatures of the burner shells decrease, therefore, their wear resistance, reliability, and durability increase. With k ₃ and k ₄ equal to 1.0, the shells will be operated at the highest permissible temperatures, and their durability will be the smallest of all possible for normal operation of the burner. When k ₃ and k ₄ equal to 1.35, the wear resistance and durability of the shells will be increased.

Зон защиты с покрытиями разной термостойкости и разной рекомендованной максимальной температурой эксплуатации на обечайках может быть более двух, как, например, показано на чертеже, где на внутренней обечайке 13 последовательно расположены три зоны покрытий 14, 15 и 16. Защитный материал 15 располагается от выходного сечения канала подачи аэросмеси на расстоянии L₃, как и для L₂, не ближе большего из двух расстояний k₃⋅(680 - 0,66⋅t_1об) мм и k₄⋅(1200 - t_2об) мм, где t_1об - максимальная рабочая температура защитного материала, выбранного для данной зоны обечайки, °С., t_2о6 - меньшая термостойкость выбранного защитного материала или несущего материала обечайки, °С. Коэффициенты k₃ и k₄ также выбираются в зависимости от требований к долговечности обечаек и конструктивных особенностей горелки, но диапазон их варьирования может быть уменьшен, например, от 1,0 до 1,2, т.к. температура этой зоны относительно низка и увеличение L₃ в меньшей степени влияет на долговечность защитного покрытия.Protection zones with coatings of different heat resistance and different recommended maximum operating temperatures on the shells can be more than two, as, for example, shown in the drawing, where three coating zones 14, 15 and 16 are sequentially located on the inner shell 13. The protective material 15 is located from the outlet section the mixture feed channel at a distance of L ₃ , as for L ₂ , is not closer than the larger of the two distances k ₃ ⋅ (680 - 0.66⋅t _{1 rev} ) mm and k ₄ ⋅ (1200 - t _{2 rev} ) mm, where t _{1 rev} - maximum working temperature of the protective material selected for this zone shells, ° С., t _2о6 - lower heat resistance of the selected protective material or carrier material of the shell, ° С. The coefficients k ₃ and k _{4 are} also selected depending on the requirements for the longevity of the shells and the design features of the burner, but the range of their variation can be reduced, for example, from 1.0 to 1.2, because the temperature of this zone is relatively low and an increase in L ₃ to a lesser extent affects the durability of the protective coating.

Вихревая пылеугольная горелка работает следующим образом. При работе горелки в каналы 1, 6 и 8 подается воздух, нагретый чаще всего до температуры 200-300°С. В канал 4 подается аэросмесь, состоящая из воздуха и пылевидного угольного топлива, нагретая до температуры 200-300°С. Во время пуска котла аэросмесь в потоках воздуха воспламеняется с помощью растопочного устройства 3. С помощью лопаточного завихрителя 5 потоку аэросмеси придается заданная крутка - вихревое движение, аналогично, заданные крутки потокам воздуха в каналах 1, 6 и 8 придаются лопаточными завихрителями соответственно 2, 7 и 9. Вихревые движения потоков воздуха и аэросмеси позволяют поддерживать нужный режим горения угольной пыли в топке. Во время работы котла происходит разогрев горелки за счет высокой температуры газов в топке и интенсивного радиационного облучения горелки тепловым потоком из топки и факела горящего топлива. Энергетический котел обычно имеет несколько горелок, которые могут работать все одновременно при работе котла на номинальной нагрузке, или часть из горелок может быть отключена при работе котла на пониженной нагрузке. При отключении горелки на работающем котле для ее охлаждения во все каналы с относительно малым расходом подается воздух. Это обеспечивает снижение температуры всех частей горелки. Однако при аварийных ситуациях воздух в отключенные горелки может не подаваться. Эти режимы эксплуатации горелки определяют разные условия выбора материалов конструктивных элементов горелки.Vortex pulverized coal burner operates as follows. During burner operation, air is fed into channels 1, 6 and 8, most often heated to a temperature of 200-300 ° C. Channel 4 is supplied with an aerosol mixture consisting of air and pulverized coal fuel, heated to a temperature of 200-300 ° C. During the start-up of the boiler, the air mixture in the air flows is ignited using the kindling device 3. Using the blade swirl 5, the air mixture is given the specified twist - swirl movement, similarly, the specified twists to the air flows in channels 1, 6 and 8 are given by the blade swirls, respectively 2, 7 and 9. The vortex movements of air flows and air mixtures allow to maintain the desired mode of combustion of coal dust in the furnace. During the operation of the boiler, the burner heats up due to the high temperature of the gases in the furnace and intense radiation exposure of the burner to the heat flux from the furnace and the torch of burning fuel. An energy boiler usually has several burners that can work all at the same time when the boiler is operating at rated load, or some of the burners can be turned off when the boiler is operating at reduced load. When the burner is turned off while the boiler is running, air is supplied to all channels with a relatively low flow rate to cool it. This reduces the temperature of all parts of the burner. However, in emergency situations, air may not be supplied to the shut off burners. These modes of operation of the burner determine different conditions for the selection of materials of structural elements of the burner.

В случае расположения лопаток лопаточного завихрителя на указанном расстоянии L₁ появляется возможность использования более технологичного защитного покрытия 18 лопаток 17, например, в виде наплавки износостойким материалом. Кроме этого обеспечивается возможность упрощения конструкции завихрителя, например, выполнение его сварным совместно с участком внутренней обечайки 13, защиту от износа которого также можно обеспечить наплавкой защитного покрытия, тем самым увеличив надежность и долговечность горелки. Использование защитных материалов обечаек канала подачи аэросмеси разной термостойкости в зонах с разной температурой их поверхности обеспечивает лучшее соотношение простоты конструкции, технологичности и износостойкости, а также позволяет снизить стоимость горелки.If the blades of the blade swirl are located at the specified distance L ₁ , it becomes possible to use a more technologically advanced protective coating 18 of the blades 17, for example, in the form of surfacing with wear-resistant material. In addition, it is possible to simplify the design of the swirl, for example, making it welded together with the section of the inner shell 13, the protection against wear of which can also be achieved by surfacing of the protective coating, thereby increasing the reliability and durability of the burner. The use of protective materials for the shells of the feed channel of the air mixture of different heat resistance in areas with different temperatures of their surface provides the best ratio of simplicity of design, manufacturability and wear resistance, and also allows to reduce the cost of the burner.

Таким образом, все описанные конструктивные меры защиты частей канала подачи аэросмеси вихревой пылеугольной горелки позволяют при обеспечении требуемой долговечности и надежности при сжигании углей с высокой абразивностью существенно упростить конструкцию горелок и повысить их технологичность по сравнению с использованием однотипных защитных покрытий с максимальными значениями термостойкости и температуры эксплуатации, без учета температуры нагрева разных участков обечаек в канале подачи аэросмеси и с расположением завихрителя аэросмеси вблизи выходного сечения этого канала. Для горелок мощностью от 25 до 60 МВт предложенные зависимости позволяют выбрать положение границ между зонами обечаек с разными защитными материалами с точностью не хуже 1,2% при k₃ и k₄ равных 1,0 и положение лопаток завихрителя с точностью не хуже 0,7% при k₁ и k₂ равных 1,0. Увеличение коэффициентов k₁, k₂, k₃ и k₄ повышает долговечность и надежность горелок, не приводит к усложнению конструкции и ухудшению технологичности.Thus, all the described structural measures to protect parts of the feed channel of the vortex pulverized coal burner aerosol mixture, while ensuring the required durability and reliability when burning coals with high abrasiveness, significantly simplify the design of the burners and increase their manufacturability in comparison with the use of the same type of protective coatings with maximum values of heat resistance and operating temperature , excluding the heating temperature of different sections of the shells in the feed channel of the mixture and with the location of the swirl fuel mixture near the outlet section of the channel. For burners with a capacity of 25 to 60 MW, the proposed dependences make it possible to choose the position of the boundaries between the zones of shells with different protective materials with an accuracy of no worse than 1.2% with k ₃ and k ₄ equal to 1.0 and the position of the blades of the swirl with an accuracy of no worse than 0.7 % with k ₁ and k ₂ equal to 1.0. The increase in the coefficients k ₁ , k ₂ , k ₃ and k ₄ increases the durability and reliability of the burners, does not lead to complexity of the design and deterioration of manufacturability.

Использование предложенного технического решения: согласования выбора эксплуатационных характеристик защитных материалов с температурой участка обечайки и температурой лопаток завихрителя, технологичностью этих материалов и возможностью упрощения конструкции при их применении позволило достичь заявленного технического результата. Так для вихревой пылеугольной горелки мощностью 60 МВт для котла типа ПП-1900-25,8-568/568 КТ применение на обечайках защитных керамических плиток на первом участке от выходного сечения канала подачи аэросмеси, на втором участке обечайки с наплавленным защитным покрытием, углубление лопаточного завихрителя с использованием для защиты лопаток наплавляемого покрытия со стороны набегающего потока аэросмеси и приварки лопаток к обечайке с наплавленным защитным покрытием позволило существенно упростить конструкцию горелки, повысить ее технологичность при обеспечении гарантийного срока эксплуатации горелки при сжигании углей с высокой абразивностью до 5-6 лет. При этом стоимость одной горелки за счет упрощения конструкции и повышения ее технологичности снизилась на более чем на 15%. Кроме этого, предложенное конструктивное решение позволило существенно ускорить технологический цикл изготовления завихрителя аэросмеси и сборки горелки.Using the proposed technical solution: coordinating the choice of operational characteristics of protective materials with the temperature of the shell portion and the temperature of the blades of the swirler, the manufacturability of these materials and the possibility of simplifying the design in their application allowed us to achieve the claimed technical result. So for a 60 MW vortex pulverized coal burner for a PP-1900-25.8-568 / 568 KT type boiler, the use of protective ceramic tiles on the shells in the first section from the outlet section of the air mixture feed channel, in the second section of the shell with a deposited protective coating, the shoulder blade recess a swirler using to protect the blades of the deposited coating from the side of the incoming mixture flow and welding the blades to the shell with the deposited protective coating allowed to significantly simplify the design of the burner, improve its technology accuracy in ensuring the warranty life of the burner when burning coal with high abrasion up to 5-6 years. At the same time, the cost of one burner decreased by more than 15% due to simplification of the design and increase of its manufacturability. In addition, the proposed constructive solution made it possible to significantly accelerate the technological cycle of manufacturing the air mixture swirler and burner assembly.

Claims

A vortex dust-coal burner containing a central air channel with a blade swirl and a kindling device placed along the axis of the burner, around which annular channels are arranged sequentially: an air mixture feed channel with a blade swirl, internal and external air channels with blade swirls, and the outer surface of the inner shell and inner surface the outer shell of the feed channel of the mixture have a protective coating, characterized in that the blades of the blade of the swirl in the feed channel osmesi have a protective coating and located on the outlet section of the channel at a distance closer to the larger of the two distances k ₁ ⋅ (1040 - 0,9⋅t _1L) mm and k ₂ ⋅ (1470 - t _2n) mm but not more than 0, 8 the length of the channel, where k ₁ and k ₂ are the coefficients depending on the required durability of the blades of the swirler, k ₁ = (1,0 ... 1,2), k ₂ = (1,0 ... 1,2); t _1l - maximum working temperature of the protective material of the blades, ° C; t _2l - lower heat resistance of the protective material or the carrier material of the blades, ° C, and the protective coatings of the shells of the feed mixture channel are made of materials of different heat resistance, while the border of the protection zone is less heat-resistant material from the output section of the feed mixture channel at a distance not closer than the larger of the two distances k ₃ ⋅ (680 - 0.66⋅t _1oob ) mm and k ₄ ⋅ (1200 - t _2oob ) mm, where k ₃ and k ₄ are coefficients depending on the required shell longevity, k ₃ = (1,0 ... 1.35), k ₄ = (1.0 ... 1.35); t _1o6 - maximum working temperature of the protective material of the shell, ° C; t _2ob - less heat resistance of the protective material or the carrier material of the shell, ° C.