ГАЗОМАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА
OIL-GAS BURNER

Изобретение относится к энергетике, а именно к газомазутной вихревой горелке для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, применяемой в паровых и водогрейных котлах большой мощности. В качестве газообразного топлива может применяться природный газ, а в качестве жидкого топлива - мазут, дизельное топливо или котельное топливо. Совместное сжигание газообразного и жидкого топлива допускается кратковременно в период переключения с одного вида топлива на другое.
Известна газомазутная горелка, предназначенная для паровых и водогрейных котлов большой мощности, принятая в качестве прототипа (Котельные установки и парогенераторы (конструктивные характеристики энергетических котельных агрегатов): Справочное пособие для курсового и дипломного проектирования студентов специальностей 1005 - «Тепловые электрические станции», 1007 - «Промышленная теплоэнергетика» / Сост. Е.А.Бойко, А.А.Шпиков; КГТУ, Красноярск, 2003, раздел 2.2 «Топки для сжигания жидкого и газообразного топлива», http://www.atit-group.ru/biblioteka/). Известная горелка состоит из основной горелки с устройством для подачи газообразного топлива и с устройством для подачи жидкого топлива и газового электрозапальника. Устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде коллектора, соединенного с газопроводом, и присоединенных к коллектору газораздающих труб. В качестве устройства для подачи жидкого топлива применяется форсунка. Горелка содержит центральный и периферийный воздушные каналы, в которых расположены завихрители. Форсунка и газовый электрозапальник расположены в трубе, расположенной по оси горелки. В известном источнике не описаны средства, с помощью которых осуществляется контроль за факелом газомазутной горелки
Задачей изобретения является создание безопасной горелки для котлов большой мощности.
Технический результат достигается тем, что конструкция предлагаемой горелки обеспечивает селективный контроль основного факела горелки при работе горелки на многогорелочном котле.
Для этого в горелке предусмотрена установка следующих устройств:
- устройства для подачи газообразного топлива;
- устройства для подачи жидкого топлива;
- запальной горелки, предназначенной для розжига факелов пилотной и основной горелок в режиме розжига горелки, работающей на газообразном топливе, и предназначенной для розжига факела основной горелки, работающей на жидком топливе;
- датчика контроля факела запальной горелки;
- пилотной горелки, предназначенной для контроля факела основной горелки, работающей на газообразном топливе;
- датчика контроля факела пилотной горелки;
- датчика контроля факела основной горелки, работающей на жидком топливе.
В качестве датчика контроля факела пилотной горелки используется датчик, принцип действия которого исключает возможность влияния на него другого факела, например ионизационный датчик.
В качестве датчика контроля факела запальной горелки используется датчик, принцип действия которого исключает возможность влияния на него другого факела, например ионизационный датчик.
В качестве датчика контроля факела основной горелки, работающей на жидком топливе, используется фотодатчик.
Конструктивное выполнение горелки поясняется следующими чертежами, где:
Фиг.1 - фронтальный разрез.
Фиг.2 - вид А.
Фиг.3 - вид Б.
Фиг.4 - принципиальная схема газомазутной горелки.
Газомазутная горелка содержит следующие конструктивные элементы: 1 - корпус; 2 и 3 - обечайки; 4 - центральный воздушный канал; 5 - периферийный воздушный канал; 6 и 7 - полости корпуса; 8 - газовый коллектор; 9 - газораздающая труба; 10 - насадок; 11 - устройство подачи жидкого топлива в виде форсунки; 12 - завихритель в центральном канале; 13 - завихритель для воздуха, поступающего в периферийный канал; 14 - горелка пилотная; 15 - горелка запальная; 16 - глазок; 17 - датчик факела основной горелки, работающей на жидком топливе; 18 - воздушная камера в пилотной горелке; 19 - патрубок подачи воздуха в пилотную горелку; 20 - труба для подачи газа в пилотной горелке; 21 - завихритель в пилотной горелке; 22 - датчик контроля факела пилотной горелки; 23 - устройство для электророзжига запальной горелки; 24 - датчик контроля факела запальной горелки; 25 - основной газопровод; 26 - первый запорный клапан (далее первый ПЗКА); 27 - второй запорный клапан (далее второй ПЗКА); 28 - затвор поворотный регулирующий на основном газопроводе; 29 - газопровод на пилотную горелку; 30 - затвор поворотный регулирующий на газопроводе; 31 - воздушный шибер перед основной горелкой; 32 - воздушный шибер перед пилотной горелкой; 33 - газопровод на запальную горелку; 34 - электромагнитный клапан; 35 - система управления; 36 - мазутопровод.
Газомазутная горелка состоит из основной горелки с устройством для подачи газообразного топлива и с устройством для подачи жидкого топлива, пилотной горелки и запальной горелки.
Основная горелка выполнена с принудительной подачей воздуха. Расположенные в корпусе 1 (фиг.1) обечайки 2 и 3 делят внутреннее пространство горелки на центральный 4 и периферийный 5 воздушные каналы. Воздух, поступающий в полость 6 корпуса, направляется в центральный воздушный канал 4, а воздух из полости 7 корпуса направляется в периферийный воздушный канал 5.
Устройство для подачи газообразного топлива состоит из коллектора 8, соединенного с газопроводом, присоединенных к коллектору газораздающих труб 9 с насадками 10. Газораздающие трубы 9 расположены между двумя обечайками 2 и 3. Насадки 10 выполнены из жаропрочной стали. Каждый насадок 10 имеет вид трубки, одна часть которой закреплена в газораздающей трубе 9 и имеет ось, параллельную оси горелки, а вторая часть трубки наклонена под углом α к оси первой части трубки и, следовательно, направляет газообразное топливо под углом к оси горелки. Для насадок, направляемых газообразное топливо в сторону центрального воздушного канала, угол α выбирают в диапазоне 30-60°. Для насадок, направляемых газообразное топливо в сторону периферийного воздушного канала, угол α выбирают в диапазоне 5-45°.
В качестве устройства 11 для подачи жидкого топлива применяется механическая или паромеханическая форсунка, расположенная в трубе, ось которой совпадает с осью горелки.
В центральном воздушном канале 4 расположен аксиальный осевой завихритель 12 с профилированными лопатками, установленными под углом 45° к главной оси горелки.
Воздух, поступающий в периферийный канал 5, закручивается тангенциальным завихрителем 13, прямые лопатки которого расположены под углом 60°.
В зависимости от направления крутки воздуха в горелке аксиальный завихритель 12 и тангенциальный завихритель 13 выполняются правого (для горелки правой) или левого (для горелки левой) направления закрутки.
В центральном воздушном канале 4 (см. фиг.2) расположены труба с форсункой 11, пилотная горелка 14, запальная горелка 15, глазок 16 и датчик 17 основного факела, образованного при сжигании жидкого топлива. В качестве датчика факела основной горелки, работающей на жидком топливе, может быть использован фотодатчик.
Пилотная горелка 14 с принудительной подачей воздуха содержит воздушную камеру 18, воздух в которую подается по индивидуальному патрубку 19. В воздушной камере 18 пилотной горелки установлена труба 20 с насадкой для подачи газа и завихритель 21 с профилированными лопатками, установленными под углом 35° к оси горелки. Для того чтобы обеспечить постоянную мощность пилотной горелки и стабильность ее факела, подачу воздуха и газа в пилотную горелку 14 осуществляют с постоянным давлением (p=const). Расход воздуха на пилотную горелку составляет 2-5% от общего расхода воздуха. Для гарантированного контроля основного факела пилотную горелку 14 располагают в центральном воздушном канале 4 таким образом, чтобы устье ее факела при работе располагалось внутри амбразуры горелки. Пилотная горелка имеет датчик 22 контроля факела пилотной горелки. При этом используется датчик, принцип действия которого исключает возможность влияния на него факелов других горелок, например ионизационный датчик.
При работе горелки на газообразном топливе пилотная горелка используется для контроля факела основной горелки. Факел постоянно действующей пилотной горелки 14 гарантирует наличие факела основной горелки во всех режимах работы.
Запальная горелка 15 обеспечивает автоматический розжиг факела пилотной горелки 14 и факела основной горелкипри работе горелки на газообразном топливе, или автоматический розжиг факела основной горелки при работе горелки на жидком топливе.
Запальная горелка 15 оборудована устройством 23 (фиг.4) для электророзжига и датчиком 24 контроля факела запальной горелки, например ионизационным датчиком.
Перед розжигом горелки, для дальнейшей ее работы на газообразном топливе, запорная и регулирующая арматура должна находиться в следующем состоянии (см. фиг.4):
- первый ПЗКА 26 и второй ПЗКА 27 на основном газопроводе 25 должны находиться в закрытом положении;
- воздушный шибер 31 перед основной горелкой должен находиться в закрытом положении;
- поворотный регулирующий затвор 28 на основном газопроводе 25 должен находиться в положении, соответствующем минимальному расходу газа на основную горелку;
- электромагнитный клапан 34 перед запальной горелкой 15 должен находиться в закрытом положении;
- поворотный регулирующий затвор 30 на газопроводе 29 и воздушный шибер 32 перед пилотной горелкой должны находиться в таких положениях, которые устанавливают величины давления газа и воздуха, обеспечивающие стабильный факел пилотной горелки.
Работа горелки на газообразном топливе осуществляется в следующем порядке:
- После проведения подготовительных мероприятий согласно требованиям нормативной документации по подготовке системы газоснабжения горелки и воздухоснабжения (продувки газопровода и котла, опрессовки запорной арматуры и т.д.) за счет открытия соответствующей арматуры на газопроводе перед горелкой производится розжиг запальной горелки 15. Для этого открывают первый ПЗКА 26 на основном газопроводе 25, электромагнитный клапан 34 на газопроводе 33 к запальной горелке и подают напряжение на устройство 23 для электророзжига запальной горелки 15.
- После подтверждения наличия факела на запальной горелке при помощи ионизационного датчика 24 запальной горелки открывают второй ПЗКА 27 на основном газопроводе 25. Происходит розжиг пилотной и основной горелки факелом запальной горелки, при этом подача газа на основную горелку происходит через регулирующий затвор 28, находящийся в положении, соответствующем минимальному расходу газа, а подача воздуха на основную горелку происходит через воздушный шибер 31 за счет его неплотного закрытия.
- После получения сигнала с датчика 22 контроля факела пилотной горелки, свидетельствующего о стабильном факеле на пилотной горелке, прекращают подачу газа к запальной горелке, закрывая электромагнитный клапан 34.
На этом процесс розжига горелки, работающей на газообразном топливе, заканчивается.
В дальнейшем при работе основной горелки в различных режимах регулировка давления воздуха и газа на пилотную горелку не производится. Подачу воздуха и газа в пилотную горелку осуществляют с постоянным давлением (p=const) для ее работы с постоянной мощностью.
Изменение мощности горелки производится регулирующим затвором 28 и через регулятор соотношения "газ-воздух" шибером 31 основной горелки. В случае погасания или отрыва факела основной горелки постоянно действующая пилотная горелка разжигает факел основной горелки. Наличие постоянного контроля за постоянно действующим факелом пилотной горелки гарантирует наличие основного факела горелки. Если датчик 22 контроля факела пилотной горелки покажет отсутствие факела пилотной горелки, будет прекращена подача газа на всю горелку.
Управление запорной и регулирующей арматурой производится в автоматическом режиме системой управления 35.
Перед розжигом горелки, для дальнейшей ее работы на жидком топливе, запорная и регулирующая арматура должна находиться в следующем состоянии;
- электромагнитный клапан 34 перед запальной горелкой 15 должен находиться в закрытом положении;
- воздушный шибер 31 перед основной горелкой должен находиться в закрытом положении;
- запорная арматура (не показана) на мазутопроводе 36 перед форсункой 11 должна находиться в закрытом положении.
Работа горелки на жидком топливе осуществляется в следующем порядке:
- Для розжига запальной горелки 15 открывают первый ПЗКА 26 и электромагнитный клапан 34 на газопроводе 33 и подается напряжение на устройство 23 для электророзжига запальной горелки.
- После подтверждения наличия факела на запальной горелке 15 при помощи датчика 24 контроля факела запальной горелки производится открытие запорной арматуры перед форсункой 11 и шибера 31 перед основной горелкой и производится розжиг факела основной горелки факелом запальной горелки.
- После получения сигнала фотодатчика 17 о наличии основного факела горелки производится отключение запальной горелки 15. В дальнейшем производится постоянный контроль основного факела горелки.
На этом процесс розжига горелки, работающей на жидком топливе, заканчивается.
2
Проведены успешные испытания по надежности розжига, устойчивости и стабильности работы, а также по определению срывных характеристик факела заявленной газомазутной горелки мощностью 37,2 МВт на водогрейном котле ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго» и мощностью 47,0 МВт на Сургутской ГРЭС-1. Горелки являются представителями типа ряда газомазутных горелок мощностью от 12 МВт до 110 МВт. Испытания показали, что основная и пилотная горелки обеспечивают надежное воспламенение и устойчивое горение природного газа без погасания, отрыва и проскока пламени на различных режимах работы. Заявляемая горелка позволяет проводить плавную растопку и набор нагрузки котла при относительно малых начальных расходах газа. Внедрение газомазутных горелок с пилотными горелками совместно с блоками газооборудования автоматическими позволило проводить глубокую разгрузку котла большой мощности, не снижая надежности работы оборудования. Снятые срывные характеристики горелок показали высокую степень надежности работы горелок даже при очень низких (до 0.01 кгс/см) давлениях газа. При этом отсутствует необходимость в погашении горелок при разгрузках (в выходные дни и ночное время), что, как правило, влечет скачкообразное изменение расхода газа. Газомазутные горелки в купе с блоками газооборудования позволяют проводить плавное снижение расхода газа без потерь температуры острого пара за котлом и обеспечивают глубокую разгрузку котла и, как следствие, соблюдение диспетчерского графика нагрузок, к снижению потребления расхода газа и обеспечению требований по экологии.
Стабильная работа пилотной горелки обеспечивает гарантированную селективность контроля факелов горелок на многогорелочном котле для выполнения требований надежной и безопасной работы котла.