Устройство горелочное термозащитное многорежимное

Полезная модель относится к комбинированным газожидкостным горелочным устройствам дутьевого типа для трубчатых печей в химической, нефтехимической и нефтяной промышленности. Может быть использовано в теплотехнических устройствах различного назначения других отраслей промышленности. Горелка типа «устройство горелочное термозащитное многорежимное УГТМ».
Известна газомазутная горелка, содержащая корпус с установленной по его оси мазутной форсункой, кольцевую газовую камеру, центральный с завихрителем и периферийный воздушные каналы, в том числе 3-й канал с завихрителем между центральным и периферийным каналами, при этом крутка воздуха в 3-м канале противоположна крутке воздуха в центральном канале. (а.с. SU № 354223, F23D 17/00, от 20.01.1967 г.)
Недостатками данного изобретения являются:
1) Невозможность использования в качестве топлива теплонеустойчивых природных газов. Объясняется это тем, что кольцевая газовая камера за счет лучевого теплообмена при прямом воздействии энергии излучения пламени горящего топлива нагревается до температуры пиролиза газа и выше, при этом происходит нагрев и разложение теплонеустойчивого газа с образованием сажи, забивающей каналы и сопла, очистка которых возможна только при остановке работы печи и демонтаже горелки.
2) Нерациональное использование двух воздушных потоков с противоположной круткой для смешения газа и воздуха и образования газовоздушной смеси. Это объясняется тем, что энергетические возможности двух потоков одинаковы, и при встречи они гасят друг друга, поэтому смешение может происходить только в зоне встречи и зона смешения не охватывает всего объема этих двух потоков.
Известна газомазутная горелка, содержащая корпус и воздушный патрубок с завихрителем, центральной паромазутной форсункой и шибером, регулятор расхода воздуха и кольцевой газовый коллектор с соплами, расположенными коаксиально оси горелки, смесители, которые закреплены непосредственно на соплах, причем отношение диаметра окружности, через которую проходят оси сопел, к калибру горелки составляет 0.7-0.8 (патент RU № 94025341 A1, F23D 17/00 от 06.07.1994).
Недостатками данного изобретения являются:
1) Невозможность использования в качестве топлива теплонеустойчивых природных газов. Объясняется это тем, что кольцевая газовая камера за счет лучевого теплообмена при прямом воздействии энергии излучения пламени горящего топлива нагревается до температуры пиролиза газа и выше, при этом происходит нагрев и разложение теплонеустойчивого газа с образованием сажи, забивающей каналы и сопла, очистка которых возможна только при остановке работы печи и демонтаже горелки.
x
2) Нерационально организовано использование кинетической энергии паромазутной эмульсии, выбрасываемой из форсунки для смешивания с воздухом при образовании топливовоздушной смеси. Это объясняется следующим образом: поток воздуха из патрубка, закрученный завихрителем, отбрасывается центробежными силами к периферии, смешивается со струями газовоздушной смеси, но не встречается в полном объеме со струями паромазутной эмульсии из прямоточной форсунки на входе в амбразуру, когда скорости струй эмульсии и воздуха не снижены еще в диффузоре амбразуры и интенсивность процесса смешения могла бы быть больше. Встреча струй эмульсии с обратными потоками смеси воздуха и газа от периферии в центр происходит за счет разряжения в центре, но интенсивность процесса смешения будет в этом случае значительно ниже. Таким образом, с воздухом смешивается весь газ и только часть эмульсии. Остальная часть эмульсии смешивается с обратными в центр потоками смеси, скорее всего горящими, это приводит к значительной неравномерности распределения топлива и воздуха и поля температур по всему объему факела, что вызывает рост содержания СО и NO в продуктах сгорания.
3) Интенсивность процесса смешения воздуха с топливом низка, это объясняется следующим образом: поскольку горелка крепится на обшивке печи непосредственно перед амбразурой, то роль камеры смешения выполняет диффузорная часть амбразуры, в этом случае скорости потоков газа, воздуха и паромазутной эмульсии падают, интенсивность процесса смешивания и образования топливовоздушной смеси снижается, процесс образования полноценной смеси затягивается во времени, происходит ее воспламенение в то время, когда неравномерность концентрации
x
воздуха и топлива по объему факела еще велика, что приводит к значительной неравномерности поля температур и в конечном итоге к увеличению концентрации СО и NO в продуктах сгорания.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым техническим результатам к заявляемому изобретению является горелка раскрытая в патенте RU 2267706 10.01.2006 С1. Горелка печная двухтопливная содержит корпус с веерной заслонкой, коаксиальный корпусу кольцевой газовый коллектор, управляемый завихритель, трубопровод подвода газа, воздуховод, образованный центральным каналом газового коллектора, и жидкостную форсунку вихревого распыления мазута паром.
1
2
3
0
В кольцевом газовом коллекторе установлены сменные сопла с перфорированными стенками, каналы которых направлены под углом α=10÷20° к оси горелки. Перед газовым коллектором с осевым зазором S на дистанционных распорках свободно с учетом возможности теплового расширения установлен защитный экран. Каналы сменных сопел направлены в отверстия защитного экрана. Заодно с торцом газового коллектора изготовлена диафрагма. Между корпусом и наружным диаметром диафрагмы имеется радиальный зазор S. Между корпусом и наружным диаметром защитного экрана имеется радиальный зазор S. Между коллектором и корпусом имеется радиальный зазор S.
Управляемый завихритель включает в себя поворотные лопатки на радиальных осях, в свою очередь неподвижно закрепленных в полой оси, ввернутой на резьбе в центральной резьбовой втулке веерной заслонки. Полая ось зафиксирована в резьбовой втулке контргайкой. Для вращения оси на ней имеются торцевые пазы. На передней кромке лопатки закреплен цилиндрический поводок, сопрягаемый с кольцевой проточкой центральной резьбовой втулки веерной заслонки. Сменные сопла установлены в соосных проточках газового коллектора и закреплены пробками. Уплотнение сопла осуществляется с помощью уплотнительных колец. Для обеспечения надежной работы уплотнений между торцом сопла и пробкой вводятся упругие элементы. Угловое положение сопла относительно его оси фиксируется специальными приспособлениями типа шип-паз, которые на чертеже условно не
4
показаны. С помощью цанговой втулки установлена форсунка. Цанговая втулка имеет возможность вращаться в оси и закреплена от осевого перемещения. Цанги при вращении гайки сжимаются и фиксируют форсунку в необходимом осевом положении. На выходе форсунки установлена эжекторная насадка, закрепленная на цанговой втулке. Между фронтальной обшивкой амбразуры и корпусом установлена цилиндрическая проставка, внутри проставки с радиальным зазором S на радиальных штифтах установлена коаксиальная проставке защитная труба с возможностью свободного теплового расширения. На проставке имеется гнездо для установки запального устройства и поворотная заслонка. Имеется смотровой глазок, установленный так же, как и гнездо. Внутренняя полость трубы образует камеру смешения. Горелка печная двухтопливная крепится к фронтальной обшивке амбразуры печи с помощью лапок, болтов и гаек.
Недостатком известной полезной модели являет невозможность изменения тепловой мощности горелки, стабилизировать пламя и предотвратить его отрыв.
Задачей настоящей полезной модели является разработка горелки с возможностью изменения тепловой мощности, стабилизации пламя и предотвращения его отрыва.
Технической задачей настоящей полезной модели является возможность изменять тепловую мощность горелки, стабилизировать пламя и предотвращать его отрыв за счет конструктивно расположенных съемных сопел.
Технический результат полезной модели реализуется за счет следующих особенностей конструкции горелки. Так, горелка содержит корпус (1) с веерной заслонкой (9), газовый коллектор (2), завихритель (5), трубопровод подвода газа (3), воздуховод (6), а также форсунка расположена внутри корпуса и газовые сопла газового коллектора расположенные под углом расположенные под углом к оси горелки. При этом новым является то, что газовый корпус (1), включает в себя патрубок (4) для установки пилотной горелки запального газа, при этом газовый коллектор содержит перфорированные отверстия большого диаметра (D)=10 мм в количестве 20 шт и малого диаметра (d)=4 мм - 20 шт. для вывода газа в топку через съемные газовые сопела; жидкостная часть горелки-форсунка расположена внутри
корпуса и состоит из наружной и внутренней труб, на переднем фланце газового коллектора (2) расположены под углом 17 градусов к центру оси горелки сопла газовые, при этом сопла (10) большего диаметра являются съемными, и выполнены из жаропрочной нержавеющей стали; между съемными соплами во фланце находятся сопла (11) меньшего диаметра, изготовленные из жаропрочной стали, при этом сопла (10 и 11) представляют собой отверстия, просверленные непосредственно в теле фланца, фланец представляет собой плоское кольцо толщиной 14 мм и шириной 33 мм с проточенным конусом к центру оси горелки под углом 17 градусов и является передней частью газового коллектора (2).
На представленных чертежах представлена горелка на фиг. 1 вид сзади, а на фиг. 2 вид спереди:
1 - газовый корпус;
2 - газовый коллектор;
3 - трубопровод;
4 - патрубок;
5 - завихритель;
6 - воздуховод;
7 - устройство крепления;
8 - фланец;
9 - веерная заслонка вторичного воздуха;
10 - газовые сопла большего диаметра;
11 - газовые сопла меньшего диаметра;
12 - ствол центральный;
13 - Г-образное уголки крепления;
14 - гайка зажимная;
15 - воздуховода с сектором регулировки поворота заслонки.
Горелка состоит из трех основных частей (газовой, жидкостной и воздушной), скомпанованных в единый агрегат. Газовая часть горелки представляет собой газовый корпус (1), включающий в себя веерную заслонку вторичного воздуха (9), заслонку (15) воздуховода с сектором регулировки поворота заслонки (16) и патрубок (4) для установки пилотной горелки запального газа, воздушный завихритель(5) из жаропрочной стали и газовый коллектор (2) (газовая камера) с трубопровод (3) для подвода газа к перфорированным отверстия диаметр большой (D)=10 мм (20 шт.) и диаметр малый (d)=4 мм (20 шт.) для вывода газа в топку. Жидкостная часть горелки-форсунка типа ФПЖ расположена внутри корпуса (1) и состоящая из наружной трубы (парового ствола), внутренней трубы, по которой поступает мазут и через отверстия выходит в распылитель головки. В камере смешения эмульсия подвергается воздействию паровых струй, которые производят окончательное дробление мазутных капель, после чего парожидкостная эмульсия через отверстия в распределительной головке истекает в зону сгорания.
Низконапорный воздух для распыливания и горения подается от вентилятора по воздуховоду (6) в корпус горелки. Здесь первичный воздух проходит завихритель (5), подхватывает и завихряет мазутную струю и вместе с подхваченным топливом направляется в топку. Вторичный атмосферный воздух для горения может поступать через окна регистра (17), расположенного в передней части горелки. При работе горелки на газе последний из газопровода поступает в коллектор горелки, откуда распределяется по выходным газовыпускным отверстиям. Для горения может быть использован воздух, подаваемый вентилятором, а также атмосферный.
На переднем фланце (8) газового коллектора расположены под углом 17 градусов к центру оси горелки сопла газовые (10 и 11) в количестве 40 штук, из них 20 сопел(10) большего диаметр (D) 10 мм являются съемными, выполнены из жаропрочной нержавеющей стали марки 20X23H18(AISI 310) или ее аналогов. Съемные (заменяемые при подборе и расчете тепловой мощности) сопла (10) позволяют изменять тепловую
мощность горелки. Так же между съемными соплами во фланце находятся 20 сопел меньшего диаметра (d) 4 мм (11), которые выполняют роль стабилизатора пламени и предотвращают отрыв пламени. Сопла малого диаметра изготовлены из жаропрочной стали марки 10X23H18(AISI 310S) или ее аналогов. Указанные сопла (10 и 11) представляют собой отверстия, просверленные непосредственно в теле фланца, и соответствуют перфорированным отверстиям газового коллектора. Сам фланец представляет собой плоское кольцо толщиной 14 мм и шириной 33 мм с проточенным конусом к центру оси горелки под углом 17 градусов и является передней частью газового коллектора.
В центре горелки вмонтирован центральный ствол, представляющий из себя трубу диаметром 57×4. В задней части центрального ствол (12), по его наружному диаметру, находятся несколько сквозных отверстий с нарезанной резьбой, через которые посредством ввернутых в них 3-х болтов М6х1 фиксируется в нужном положении вставленная в отверстие центрального ствола парожидкостная форсунка или инжектор сбросных газов.
Наличие 3-х окон с передвижными регулируемыми створками в обечайке корпуса горелки размером 80×80 мм служат для организации подачи вторичного атмосферного воздуха на горение в случае работы горелки УГТМ в инжекционном режиме при условии самотяги, когда подача воздуха от вентилятора невозможна по каким-либо причинам, с достижением номинальной тепловой мощности.
При этом на задней части центрального ствола нарезана резьба 56×2 и на нее, при монтаже воздуховода, наворачивается гайка зажимная (14) 56×2, которая через приваренную к задней части воздуховода центрирующую втулку притягивает его к корпусу горелки и фиксирует в нужном для монтажа положении. Такая система крепления воздуховода к горелке позволяет вращать его на 360 градусов, что при монтаже горелки к основной магистрали, подающей воздух от стационарного вентилятора, существенно упрощает соединение воздуховода с магистралью.
Горелка оснащена регулируемым устройством крепления (7) ее к горелочному камню. Устройство состоит из кольца-обечайки внутренним диаметром 377 мм и
толщиной стенки кольца 6 мм и двух приваренных к кольцу Г-образных уголков (13) 75×75 и длиной 270 мм. Поперек уголка расположены две прорези длиной 51 мм и шириной 18 мм, что позволяет крепить устройство к плите горелочного камня, не оставляя зазора между устройством и горелочным камнем, во избежание не нужного подсоса наружного воздуха. По периметру кольца-обечайки при ее ширине 50 мм имеются 4 прорези шириной 9 мм и длиной 41 мм, что позволяет горелке двигаться вдоль оси при ее креплении к устройству посредством вворачивания 4 болтов М6х1 в 4 отверстия с резьбой М6х1 находящихся на внешнем периметре в передней части корпуса горелки. Такая конструкция устройства крепления в купе с возможностью поворота воздуховода горелки вокруг оси на 360° позволяет при подсоединении воздуховода горелки к центральной воздушной магистрали добиться точного сопряжения крепежных отверстий на фланцах магистрали и воздуховода и плотного контакта выходного и входного отверстий через прокладку, что весьма актуально, когда обвязка горелки уже смонтирована (например, при замене старой горелки на новую).
Кроме того, газовый корпус (2) с веерной заслонкой вторичного воздуха (9) имеет заслонку воздуховода с сектором регулировки поворота заслонки (15).