ПЫЛЕГАЗОМАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к энергетике, а именно к пылегазомазутной комбинированной вихревой горелке с принудительной подачей воздуха. Горелка предназначена для сжигания пылевоздушной смеси, газообразного топлива или жидкого топлива. Пылегазомазутная горелка применяется в паровых энергетических и водогрейных котлах большой мощности.
В качестве пылевоздушной смеси используется смесь угольной пыли с воздухом, в качестве газообразного топлива - природный газ, в качестве жидкого топлива - мазут, дизельное или котельное топливо.
Под пылегазомазутной горелкой понимается горелка для ввода в топку котла пылевоздушной смеси, газообразного или жидкого топлива и воздуха (ГОСТ 23172-78 ″Котлы стационарные. Термины и определения″).
Для обеспечения устойчивого воспламенения и горения пыли в топке, а также предотвращения шлакования леток для котлов с жидким шлакоудалением и при сжигании низкокачественных углей марок АШ и Τ необходима постоянная подсветка факела высококалорийным газовым или мазутным топливом (РД 34.10.501-90 ″Нормы расхода газомазутного топлива при сжигании каменных углей с выходом летучих веществ менее 20% на тепловых электростанциях Минэнерго СССР″, утверждено Министерством энергетики и электрификации СССР 14.06.90 г. ).
Известна комбинированная пылегазомазутная горелка (Горелочные устройства энергетических котлов: сб. науч. тр. / Казахский НИИ энергетики (Алма-Ата): Отв. ред. Б.П. Устименко, 1991, рис. 66, energeticheskix-kotlov-2A), предназначенная для сжигания угольной пыли, природного газа или мазута. В известной горелке допускается одновременное сжигание угольной пыли и газа. Комбинированная пылегазомазутная горелка содержит мазутную паромеханическую форсунку, установленную по оси горелки, устройство подачи газа, канал со спиральными ребрами для подачи пылевоздушной смеси и периферийный воздушный короб с завихрителем для подачи вторичного воздуха.
Известна пылегазомазутная горелка с принудительной подачей воздуха (UA №55240U), принятая в качестве ближайшего аналога. Известная пылегазомазутная горелка предназначена для сжигания пылевоздушной смеси. Розжиг пылевоздушной смеси осуществляется мазутной форсункой. Для поддержания устойчивого горения пылевоздушной смеси используется газ. Горелка содержит центральную трубу для подачи пылевоздушной смеси. В центральной трубе расположена труба для подачи первичного воздуха. По оси горелки расположена мазутная форсунка, розжиг которой осуществляется запально-защитным устройством. Центральная труба расположена в улитке, предназначенной для подачи вторичного воздуха и газов рециркуляции в зону горения. Газовый коллектор и газораспределительные трубки для подачи газа в зону горения расположены по периферии центральной трубы.
В известных пылегазомазутных горелках в качестве подсветочного топлива использован газ. К недостаткам известных горелок следует отнести отсутствие возможности снижения расхода газа до минимума из-за опасности погасания подсветочного факела и отсутствие контроля за подсветочным факелом.
Задачей полезной модели является обеспечение безопасной работы пылегазомазутной горелки на котлах большой мощности.
Технический результат достигается тем, что в предложенной пылегазомазутной горелке при ее работе на многогорелочном котле обеспечивается селективный контроль основного факела горелки в режиме ее работы на газообразном топливе и селективный контроль подсветочного факела в режиме работы на пылевоздушной смеси с подсветкой газообразным топливом.
Гарантированный контроль за подсветочным факелом позволяет значительно снизить количество подсветочного газа при работе горелки на пылевоздушной смеси.
Для этого пылегазомазутная горелка содержит устройство для подачи газообразного топлива, канал для подачи пылевоздушной смеси, запально-защитное устройство и пилотную горелку с датчиком контроля факела пилотной горелки.
Пылегазомазутная горелка содержит форсунку для подачи жидкого топлива.
Конструктивное выполнение пылегазомазутной горелки (далее горелка) поясняется следующими чертежами, где:
Фиг. 1 - фронтальный разрез;
Фиг. 2 - вид А;
Фиг. 3 - принципиальная схема пылегазомазутной горелки.
Горелка 1 содержит следующие конструктивные элементы (фиг. 1 и фиг. 2), где: 2 - труба для форсунки; 3 - форсунка; 4 - труба центрального воздуха, 5 - канал центрального воздуха; 6 - патрубок; 7 - короб пылевоздушной смеси; 8 - труба пылевоздушной смеси; 9 - канал пылевоздушной смеси; 10 - завихритель пылевоздушной смеси; 11 - короб вторичного воздуха; 12 - труба вторичного воздуха; 13 - обечайка; 14 - канал вторичного воздуха; 15 - завихритель вторичного воздуха; 16 - коллектор; 17 - газораздающие трубы; 18 - насадок; 19 - запально-защитное устройство, содержащее запальную горелку 20 со свечой зажигания и датчик 21 пламени запальной горелки; 22 - пилотная горелка; 23 - воздушная камера пилотной горелки; 24 - газовая труба пилотной горелки; 25 - завихритель пилотной горелки; 26 - насадок для газовой трубы пилотной горелки; 27 - датчик контроля факела пилотной горелки; 28 - патрубок для подачи воздуха в пилотную горелку; 29 - глазок; 30 - фотодатчик;
Для иллюстрации работы горелки 1 представлена принципиальная схема (фиг. 3), где:
31 - первый запорный клапан (далее первый ПЗКА); 32 - второй запорный клапан (далее второй ПЗКА); 33 - основной газопровод; 34 - электромагнитный нормально-открытый клапан (далее клапан типа НО); 35 - газопровод безопасности; 36 - воздушный шибер перед каналом пылевоздушной смеси; 37 - воздушный шибер перед каналом вторичного воздуха; 38 - регулирующее устройство на пылепроводе; 39 - пылепровод; 40 - регулирующий затвор на основном газопроводе; 41 - электромагнитный нормально-закрытый клапан (далее клапан типа НЗ); 42 - газопровод к запальной горелке; 43 - поворотный регулирующий затвор на газопроводе к пилотной горелке; 44 - газопровод к пилотной горелке; 45 - воздушный шибер перед пилотной горелкой; 46 - мазутопровод; 47 - шаровой кран.
Горелка 1 конструктивно выполнена разъемной, что обеспечивает ее ремонт и обслуживание.
По оси горелки расположена труба 2 для устройства подачи жидкого топлива в виде механической или паромеханической форсунки 3. Труба 2 для форсунки размещена в трубе 4 центрального воздуха с образованием между ними канала 5 центрального воздуха. Канал 5 центрального воздуха выполнен прямоточным. Воздух к каналу 5 подводится при помощи патрубка 6 и предназначен для работы и охлаждения форсунки 3. Короб 7 пылевоздушной смеси, труба 8 пылевоздушной смеси и труба 4 центрального воздуха образуют канал 9 пылевоздушной смеси. В случае работы горелки на газообразном или жидком топливе канал 9 используется для подачи первичного воздуха. В канале 9 расположен аксиальный завихритель 10 с профилированными лопатками. Короб 11 вторичного воздуха, труба 12 вторичного воздуха и обечайка 13 образуют канал 14 вторичного воздуха, в котором расположен аксиальный завихритель 15 с профилированными лопатками. В зависимости от направления крутки воздуха в горелке 1 аксиальные завихрители 10 и 15 выполняются правого (для горелки правой) или левого (для горелки левой) направления закрутки.
Устройство для подачи газообразного топлива состоит из коллектора 16, соединенного с газопроводом, и присоединенных к коллектору газораздающих труб 17 с насадками 18. Газораздающие трубы 17 расположены между трубой 8 и обечайкой 13. Насадки 18 выполнены из жаропрочной стали. Одна часть насадок расположена по оси горелки, другие расположены под углом α=5°-45° к оси горелки и направляют газообразное топливо в сторону канала 14 вторичного воздуха.
Запально-защитное устройство 19 имеет стандартное исполнение и состоит из запальной горелки 20 в сборе со свечой зажигания (электродом высокого напряжения) и датчиком 21 пламени запальной горелки ионизационного типа.
Пилотная горелка 22 с принудительной подачей воздуха содержит воздушную камеру 23, в которой установлена газовая труба 24 и завихритель 25 с профилированными лопатками. Для подачи газа в область горения на газовой трубе закреплен насадок 26 с радиальными отверстиями. По оси газовой трубы проходит труба, в которой расположен датчик 27 контроля факела пилотной горелки, например зонд ионизационный, принцип действия которого исключает возможность влияния на него факелов других горелок. Воздух подается в пилотную горелку по патрубку 28. Для того, чтобы обеспечить постоянную мощность пилотной горелки 22 и стабильность ее факела, подачу воздуха и газа в пилотную горелку осуществляют с постоянным давлением (p=const). Расход газа на пилотную горелку составляет 2-5% от номинального расхода газа на горелку 1. Для гарантированного контроля основного факела пилотную горелку 22 располагают в конструкции горелки таким образом, чтобы устье ее факела при работе располагалось внутри амбразуры горелки 1.
На торце короба 11 расположен глазок 29. В стенке котла расположен фото датчик 30, который используется для контроля основного факела горелки в режиме ее работы на мазуте или на угле.
Работа пылегазомазутной горелки осуществляется следующим образом (фиг. 3).
Управление запорной и регулирующей арматурой производится в автоматическом или дистанционном режиме системой управления. Предусмотрены следующие режимы работы горелки:
- Работа горелки на газообразном топливе.
- Работа горелки на пылевоздушной смеси без подсветки.
- Работа горелки на пылевоздушной смеси с подсветкой газообразным топливом.
- Работа горелки на пылевоздушной смеси с подсветкой жидким топливом.
- Работа горелки на жидком топливе.
Для розжига пылевоздушной смеси используется газообразное или жидкое топливо.
Перед включением горелки 1 в работу на газообразном топливе запорная и регулирующая арматура должна находиться в следующем состоянии (фиг. 3):
- Первый ПЗКА 31 и второй ПЗКА 32 на основном газопроводе 33 должны находится в закрытом положении. Клапан 34 типа НО на газопроводе 35 безопасности должен находится в открытом положении.
- Воздушные шиберы 36 и 37 перед каналами 9 и 14 горелки должны находиться в положении, соответствующем минимальному расходу воздуха на горелку 1.
- Регулирующее устройство 38 на пылепроводе 39 должно находится в закрытом положении.
- Регулирующий затвор 40 на основном газопроводе 33 должен находиться в положении, соответствующем минимальному расходу газа на горелку 1.
- Клапан 41 типа НЗ на газопроводе 42 к запальной горелке должен находиться в закрытом положении.
- Поворотный регулирующий затвор 43 на газопроводе 44 к пилотной горелке и воздушный шибер 45 перед пилотной горелкой 22 должны находиться в таких положениях, которые устанавливают величины давления газа и воздуха, обеспечивающие стабильный факел пилотной горелки.
- Запорная арматура перед форсункой должна находиться в закрытом положении.
Розжиг горелки 1 на газообразном топливе осуществляется в следующем порядке:
- После проведения подготовительных мероприятий согласно требованиям нормативной документации по подготовке системы газоснабжения горелки и воздухоснабжения (включения систем воздухоснабжения, продувки газопровода и котла, опрессовки запорной арматуры и т.д.) производится розжиг запальной горелки 20. Для этого закрывают клапан 34 типа НО на газопроводе 35 безопасности, открывают первый ПЗКА 31 на основном газопроводе 33, клапан 41 типа НЗ на газопроводе 42 к запальной горелке и подают напряжение на свечу зажигания запальной горелки 20.
- После розжига запальной горелки и подтверждения наличия факела на ней при помощи датчика 21 пламени запальной горелки открывают второй ПЗКА 32 на основном газопроводе 33. Происходит розжиг факела пилотной горелки 22 и основного факела горелки 1. Розжиг основного факела горелки 1 происходит при минимальном расходе газа.
- После получения сигнала с датчика 27 контроля факела пилотной горелки, свидетельствующего о стабильном факеле на пилотной горелке 22, закрывают клапан 41 типа НЗ для прекращения подачи газа к запальной горелке 20. На этом процесс розжига горелки, работающей на газообразном топливе, заканчивается. При отсутствии сигнала с датчика 27 контроля факела пилотной горелки прекращают процесс розжига горелки, для чего закрывают первый 31 и второй 32 ПЗКА.
В дальнейшем при работе горелки 1 в различных режимах регулировка давления воздуха и газа на пилотную горелку не производится. Изменение мощности горелки 1 производится регулирующим затвором 40 и воздушными шиберами 36 и 37.
Наличие факела на постоянно работающей пилотной горелке обеспечивает надежную стабилизацию основного факела горелки 1, а наличие постоянного контроля за факелом пилотной горелки гарантирует наличие основного факела горелки 1. Если датчик 27 контроля факела пилотной горелки покажет отсутствие факела пилотной горелки, будет прекращена подача газа на всю горелку 1.
Испытания на котлах большой мощности показали, что наличие пилотной горелки 22 обеспечивает гарантированное воспламенение основного факела горелки 1 при относительно малых начальных расходах газа, позволяет проводить плавную растопку и набор нагрузки котла. Наличие пилотной горелки обеспечивает устойчивое горение природного газа без погасания, отрыва и проскока пламени на различных режимах работы горелки 1.
Стабильная работа пилотной горелки обеспечивает гарантированную селективность контроля основных факелов горелок на многогорелочном котле для выполнения требований надежной и безопасной работы котла.
При работе горелки 1 на газообразном топливе наличие пилотной горелки в ее конструкции обеспечивает широкий диапазон регулирования.
Работа горелки на пылевоздушной смеси при использовании газообразного топлива в качестве подсветочного осуществляется в следующем порядке:
- Работа горелки на пылевоздушной смеси начинается с розжига горелки на газообразном топливе (смотри ″розжиг горелки на газообразном топливе″).
- Производится повышение нагрузки горелки при работе на газообразном топливе до 30% от номинальной мощности за счет увеличения расхода газа через регулирующий затвор 40 на основном газопроводе 33 и увеличение расхода воздуха через воздушные шиберы 36 и 37.
При достижении нагрузки горелки при работе ее на газообразном топливе до 30% от номинальной мощности производят открытие регулирующего устройства 38 на пылепроводе 39, и пылевоздушная смесь подается в зону горения.
По мере воспламенения пылевоздушной смеси и стабилизации ее горения постепенно уменьшают расход природного газа. За счет постоянно работающей пилотной горелки с неизменными параметрами факела имеется возможность снизить расход природного газа, используемого для подсветки, до минимума. Стабильная работа пилотной горелки обеспечивает гарантированную селективность контроля подсветочного факела при работе горелки 1 на многогорелочном котле. Контроль основного факела горелки 1 осуществляется фото датчиком 30.
В случае полного прекращения подачи газа на горелку 1, она будет работать только на пылевоздушной смеси.
Перед включением горелки в работу на жидком топливе, запорная и регулирующая арматура должна находиться в следующем состоянии:
- Первый ПЗКА 31 и второй ПЗКА 32 на основном газопроводе 33 должны находится в закрытом положении. Клапан 34 типа НО на газопроводе 35 безопасности должен находится в открытом положении.
- Ручной шаровой кран 47 и клапан 41 типа НЗ перед запальной горелкой 20 должны находиться в закрытом положении.
- Воздушные шиберы 36 и 37 перед горелкой 1 должны находиться в положении, соответствующем минимальному расходу воздуха на горелку 1.
- Регулирующее устройство 38 на пылепроводе 39 должно находится в закрытом положении.
- Запорная арматура на мазутопроводе 46 перед форсункой 3 должна находиться в закрытом положении.
Работа горелки на жидком топливе осуществляется в следующем порядке:
Розжиг запальной горелки 20 при отсутствии на котле природного газа может осуществляется от баллона с сжиженным газом. Для этого баллон сжиженного газа, на котором установлен регулятор давления газа, присоединяется к шаровому крану 47. Для розжига запальной горелки 20 открывается шаровой кран 47 и запорный клапан на баллоне сжиженного газа. Открывается клапан 41 электромагнитный типа НЗ и подают напряжение на свечу зажигания запальной горелки 20.
- После подтверждения наличия факела на запальной горелке 20 при помощи датчика 21 контроля факела запальной горелки производится открытие запорной арматуры перед форсункой 3 и производится розжиг основного факела горелки 1 факелом запальной горелки.
- После получения сигнала фотодатчика 30 о наличии основного факела горелки 1 производится отключение запальной горелки 20. В дальнейшем производится постоянный контроль основного факела горелки, работающей на мазуте фотодатчиком 30.
Регулирование мощности горелки осуществляется регулятором расхода мазута на котел и регулированием подачи воздуха через воздушные шиберы 36 и 37.
В случае использования жидкого топлива в качестве подсветочного топлива для пылевоздушной смеси достигается нагрузка горелки до 30% от номинальной мощности и производится открытие регулирующего устройства 38 на пылепроводе 39 и пылевоздушная смесь подается в зону горения. По мере воспламенения пылевоздушной смеси и стабилизации ее горения постепенно уменьшают расход мазута до полного его отключения.