ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА И МАЗУТА

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлив в топках котлов и в печах. Для этих целей применяют комбинированные газомазутные горелки, в которых можно, в зависимости от практической потребности, раздельно сжигать газ или мазут.
Известна горелка для раздельного сжигания газа и мазута, содержащая воздухоподающий короб, наружный канал для подвода вторичного воздуха, центральный канал для подвода первичного воздуха, промежуточный коаксиальный канал для подвода первичного воздуха, газоподающие трубы, форсунку, тангенциальный регистр наружного канала, тангенциальный регистр промежуточного коаксиального канала, тангенциальный регистр центрального канала, электродвигатель с сервоприводом для поворота лопаток регистра наружного канала по команде компьютерной программы, электродвигатель с сервоприводом для поворота лопаток регистра промежуточного канала по команде компьютерной программы, электродвигатель с сервоприводом для поворота лопаток регистра центрального канала по команде компьютерной программы, электродвигатель с сервоприводом для поворота вокруг своей оси и перемещения в осевом направлении газоподающих труб по команде компьютерной программы, электродвигатель с сервоприводом для перемещения в осевом направлении форсунки, (см. патент на изобретение №2403498 «Горелка для сжигания газа и мазута» от 10 ноября 2010 г.).
Недостатки известной горелки:
1. При сжигании газа при его больших расходах происходит повышение температуры в объеме факела и возрастает интенсивность образования и выбросов в атмосферу вредных оксидов азота.
2. При сжигании мазута при его больших расходах происходит локальное повышение температуры в ядре факела и возрастает интенсивность образования и выбросов в атмосферу вредных оксидов азота.
Указанные недостатки устранены в конструкции заявляемой горелки, которая направлена на достижение технического результата - снижение образования и выбросов в атмосферу вредных оксидов азота.
Технический результат достигается путем понижения температуры в объеме факела при сжигании газа и путем локального понижения температуры в ядре факела при сжигании мазута.
Заявляемая конструкция приведена на чертеже, где позициями обозначены следующие элементы и узлы:
1 - наружный канал для подвода вторичного воздуха,
2 - центральный канал для подвода первичного воздуха,
3 - промежуточный коаксиальный канал для подвода первичного воздуха,
4 - газоподающие трубы,
5 - форсунка,
6 - тангенциальный регистр наружного канала,
7 - тангенциальный регистр промежуточного коаксиального канала,
8 - тангенциальный регистр центрального канала,
9 - электродвигатель с сервоприводом для регистра наружного канала,
10 - электродвигатель с сервоприводом для регистра промежуточного канала,
11 - электродвигатель с сервоприводом для регистра центрального канала,
12 - электродвигатель с сервоприводом для газоподающих труб,
13 - электродвигатель с сервоприводом для форсунки,
14 - воздухоподающий короб,
15 - сопла для подвода дымовых газов рециркуляции,
16 - форсунки для впрыска водяного пара.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее. Воздухоподающий короб 14 служит для подвода общего количества воздуха в горелку. К коробу крепятся все остальные узлы и элементы. Наружный канал 1 для подвода вторичного воздуха представляет собой стальную цилиндрическую обечайку, с помощью которой горелка вставляется в амбразуру топки. Наружный канал 1 служит для направления в топку закрученной лопатками регистра 6 струи основной массы воздуха, подаваемого в зону смесеобразования топлива с воздухом на выходе из горелки.
Центральный канал 2 для подвода первичного воздуха служит для подвода закрученного лопатками регистра 8 первого потока первичного воздуха в зону смесеобразования воздуха с топливом.
Промежуточный коаксиальный канал 3 для подвода второго потока первичного воздуха закрученного лопатками регистра 7 в зону смесеобразования воздуха с топливом.
В промежуточном коаксиальном канале 3 установлены равномерно по окружности газоподающие трубы 4 трех различных диаметров. Оси выходных отверстий на концах газоподающих труб направлены под разными углами к потокам первичного и вторичного воздуха.
Форсунка 5 служит для подачи мазута в зону смесеобразования с воздухом и расположена в центральном канале 2 подвода вторичного воздуха.
Поворот воздухозакручивающих лопаток регистров 6, 7, 8 осуществляется по команде компьютерной программы с помощью электродвигателей с сервоприводами 9, 10, 11.
Каждая газоподающая труба 4 снабжена электродвигателем 12 с сервоприводом для продольного по оси горелки перемещения газоподающей трубы и поворота газоподающей трубы вокруг своей оси на заданный угол по команде компьютерной программы.
Форсунка 5 имеет возможность перемещаться в осевом направлении с помощью электродвигателя 13 с сервоприводом по команде компьютерной программы.
Сопла 15 для подвода дымовых газов рециркуляции по команде компьютерной программы размещены на стенке воздухоподающего короба 14 перед регистрами равномерно по окружности в количестве от 4 до 12 штук в зависимости от тепловой мощности горелки. Они обеспечивают направление отбираемых из опускного газохода котла низкотемпературных дымовых газов в поток воздуха, подаваемого на горение, для понижения температуры продуктов горения в объеме факела (на фиг. 1 условно точка отбора не показана).
Отбор дымовых газов рециркуляции из опускного газохода котла производится при помощи электроприводного дымососа рециркуляции дымовых газов, включаемого по команде компьютерной программы (на фиг. 1 дымосос условно не показан). Понижение температуры факела при сжигании газа уменьшает интенсивность образования и выбросов в атмосферу вредных оксидов азота, что является достигаемым положительным результатом по сравнению с известной горелкой. При сжигании мазута через сопла 15 также подводятся дымовые газы рециркуляции для снижения температуры продуктов сгорания по объему факела.
Форсунки 16 для впрыска водяного пара в количестве до 6 шт. в зависимости от тепловой мощности горелки размещены равномерно по окружности в центральном канале 2. Они обеспечивают подачу водяного пара в зону горения для понижения локальной температуры факела при сжигании мазута, что дает положительный эффект уменьшения образования и выбросов оксидов азота в атмосферу по сравнению с известной горелкой. Впрыск водяного пара осуществляется электроприводным нагнетателем (на фиг. 1 условно не показан) по команде компьютерной программы.
Компьютерная программа, содержащаяся в компьютеризированном блоке управления котла (в электронном менеджере горения), по электрической цепи связана с первичными датчиками и с интерфейсами контроля текущих режимных параметров работы котла, а также с дополнительными первичными датчиками температуры факела и газоанализатором уходящих после котла дымовых газов на содержание оксидов азота (на фиг. 1 эти узлы не показаны).
Компьютерная программа осуществляет следующие операции управления:
1. Поворот воздухозакручивающих лопаток тангенциальных регистров 6, 7, 8 на заданный угол в соответствии с теплопроизводительностью котла, разрежением в топке и с производительностью тягодутьевых машин (дымососа, и дутьевого вентилятора), которые обеспечивают работу котла.
2. Осевое перемещение и поворот вокруг своей оси газоподающих труб 4 в соответствии с тепловой нагрузкой котла и текущим значением температуры перегрева пара.
3. Продольное перемещение распыливающей форсунки 5 в осевом направлении в зависимости от значений температуры факела.
4. Подвод дымовых газов рециркуляции в сопла 15 и подачу водяного пара в форсунки 16 для снижения температуры продуктов горения в факеле при повышении температуры факела и увеличении концентрации оксидов в дымовых газа после котла.
Заявляемая горелка работает следующим образом. Воздух поступает от дутьевого вентилятора (на фиг. 1 вентилятор не показан) через общий воздухоподающий короб 14 на смесеобразование с топливом через тангенциальные регистры 6, 7, 8, в которых с помощью лопаток происходит его закручивание. Закрученные с различной степенью крутки потоки воздуха по каналам 1,2,3 подаются на смешивание с топливом. При подаче газа в горелку его давление на порядок выше по сравнению с давлением воздуха, подаваемого в горелку. Первичный воздух из-за большой скорости газа на выходе из газоподающих труб подсасывается к струе газа.
Газообразное топливо поступает через газоподающие трубы 4 для смешивания с первым и вторым потоками первичного воздуха каналов 2 и 3 и после смешения воспламеняется. При первом пуске горелки воспламенение осуществляется от постороннего запальника с помощью искры или открытого пламени. При дальнейшей работе воспламенение происходит за счет высокой температуры самого фронта пламени.
Так как диаметры газоподающих труб 4 различны, то диаметры струй газа, выходящих из труб, также различны и у тонких газовых струй смесеобразование и горение происходит интенсивнее. Концы газоподающих труб 4 отогнуты к периферии, а каналы подачи первичного воздуха 2 и 3 различной длины, то степени крутки первого и второго потоков первичного воздуха различны. В совокупности эти конструктивные аэродинамические приемы обеспечивают увеличение скорости турбулентного распространении пламени и рост поверхности фронта пламени. За счет выделяющейся теплоты при сгорании смеси первичного воздуха и части газа нагревается основная масса вторичного воздуха, поступающего в горелку по наружному каналу 1 и происходит дальнейшее горение основной массы газа.
При использовании форсунки 5 мазут дробится на мелкие капли за счет высокого давления и подвод первичного воздуха по каналам 2 и 3 способствует опережающему воспламенению капель мазута и образованию начального фронта пламени с выделением теплоты для прогрева остальной массы горючей смеси.
В соответствии с тепловой нагрузкой котла по компьютерной программе с помощью электродвигателей 9, 10, 11 с сервоприводами происходит поворот воздухозакручивающих лопаток тангенциальных регистров на оптимальные заданные углы для первого канала 2 и второго канала 3 потоков первичного воздуха и вторичного воздуха для канала 1.
Продольное перемещение с помощью электродвигателей 12 с сервоприводами выходных отверстий газоподающих труб 4 и форсунки 5 с помощью электродвигателя 13 с сервоприводом в оптимальное положение, при котором достигается максимальная степень турбулентности распространения пламени соответствующая заданной тепловой нагрузке котла, осуществляется по компьютерной программе в соответствии с производительностью дымососа, дутьевого вентилятора, калорийностью топлива, разрежения в топке, месторасположения и геометрии факела по высоте, ширине и глубине топки и величины температуры факела.
Отогнутые концы газоподающих труб 4 позволяет смещать фронт пламени в поперечном к оси горелки направлении с помощью электродвигателей 12 с сервоприводами на большее расстояние и повышать степень турбулентности распространения пламени, то есть добиваться протекания реакции горения в кинетической области, при которой интенсивность реакции горения велика и происходит молекулярное перемешивание топлива с воздухом.
При сжигании газа при повышении выбросов оксидов азота на выходе из котла по измерениям газоанализатора с передачей электрического сигнала на компьютеризированный блок управления котла компьютерная программа вырабатывает команду для включения дымососа рециркуляции дымовых газов, которые подаются в сопла 15 и температура факела понижается, что снижает интенсивность протекания химически реакций образования оксидов азота. При сжигании мазута при повышении выбросов оксидов азота на выходе из котла по измерениям газоанализатора содержания оксидов азота дополнительно по команде компьютерной программы включается нагнетатель, который подает водяной пар в форсунки 15 и температура факела также понижается, что снижает интенсивность протекания химических реакций образования оксидов азота.
После снижения температуры факела подача газов рециркуляции и впрыск водяного пара при сжигании мазута по первичным сигналам с датчиков температуры факела и дублирования показаний газоанализатором прекращается.