Горелочное устройство

Полезная модель относится к энергетике, а именно к горелочным устройствам для сжигания жидкого и газообразного топлива, и может быть использована в качестве горелочного устройства к водогрейным котлам малой мощности.
Известна газомазутная горелка, содержащая корпус с воздушным патрубком и центральным топливоподающим узлом, установленным в смесителе с последовательно размещенными цилиндрическим, конфузорными участками и выходным соплом, в первом из которых выполнены тангенциальные окна, а последнее образует с выходным участком кольцевой канал для выхода воздуха (патент RU №114514, МПК F23D 17/00, опубл. 27.03.2012 г.).
Известно горелочное устройство, состоящее из воздухоподводящего короба, периферийного газового коллектора с газовыми отверстиями. Центральный газовый коллектор выполнен в виде полого тора с радиально расположенными газовыми отверстиями и трубками, подающими газообразное топливо из отверстий периферийного газового коллектора внутрь полого тора. В центральной части газового коллектора установлен эжектор вторичного воздуха, представляющий собой полый двустенный цилиндр с отверстиями, позволяющими подавать вторичный воздух из окружающей среды в зону горения (патент RU №2464495 С1, МПК F23D 14/02 опубл. 20.10.2012 г.).
Недостатками данных горелок является: отсутствие системы контроля режима горения по параметрам уходящих газов.
Наиболее близким техническим решением является горелочное устройство Oilon GRP-250M, которое представляет собой автоматическое комбинированное горелочное устройство, содержащее горелку с горелочной головой, автомат горения, трехфазный электродвигатель, подключенный к вентилятору и топливному насосу.
Воздух для горения подается вентилятором, расположенным в одном корпусе с горелкой. Воздушная заслонка, находящаяся с засасывающей стороны вентилятора и соединенная с сервомотором, автоматически регулирует расход топлива и воздуха в соответствии с требуемой мощностью (см. http://www.oilon.com/uploadedFiles/Oilon/Materials/Oilon_3_RU.pdf).
Недостатками данного горелочного устройства являются: отсутствие автоматического плавного регулирования мощности горелочного устройства в зависимости от параметров работы котельного агрегата; отсутствие системы контроля режима горения по параметрам дымовых газов; регулирование отношения «воздух-топливо» при работе на жидком топливе осуществляется одним исполнительным механизмом, не позволяющим достичь оптимальный режим горения при незначительных изменениях состава топлива, относительно топлива, используемого при первичной наладке.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в устранении недостатков, упомянутых выше, и разработке конструкции горелочного устройства, способного в автоматическом режиме эффективно работать на двух видах топлива: газообразном и жидком с обеспечением пониженного значения эмиссии оксида азота и оксида углерода в зоне горения.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы горелочного устройства за счет автоматического регулирования оптимальных режимов горения в рабочем диапазоне нагрузок.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что горелочное устройство содержит горелку с горелочной головой и автомат горения, при этом дополнительно содержит исполнительный механизм регулирования подачи воздуха с регулятором подачи воздуха, исполнительный механизм регулирования подачи газообразного топлива с регулятором подачи газообразного топлива и исполнительный механизм регулирования подачи жидкого топлива с регулятором подачи жидкого топлива, причем каждый исполнительный механизм регулирования связан каналом передачи сигнала управления с автоматом горения, который выполнен с возможностью принимать и обрабатывать данные со стационарного анализатора дымовых газов.
Развитием и уточнением предлагаемой полезной модели является то, что:
- каждый исполнительный механизм представляет собой электромеханический блок, содержащий преобразователь управляющего сигнала и привод для приведения в движение регулятора подачи;
- автомат горения выполнен с возможностью формировать и выдавать сигналы на исполнительные механизмы регулирования воздуха, газообразного и жидкого топлива.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид горелочного устройства, а на фиг. 2 приведена принципиальная схема работы горелочного устройства совместно со стационарным анализатором дымовых газов.
На чертежах позиции имеют следующие числовые обозначения:
1 - горелочное устройство;
2 - горелка;
3 - автомат горения;
4 - регулятор подачи воздуха;
5 - регулятор подачи жидкого топлива;
6 - регулятор подачи газообразного топлива;
7 - стационарный анализатор дымовых газов;
8 - дымовая труба;
9 - горелочная голова;
10 - исполнительный механизм регулирования подачи жидкого топлива;
11 - исполнительный механизм регулирования подачи газообразного топлива;
12 - исполнительный механизм регулирования подачи воздуха;
13 - котел;
14 - патрубок подачи жидкого топлива
15 - канал данных со стационарного анализатора дымовых газов
16 - канал передачи сигнала управления.
Горелочное устройство 1 содержит горелку 2 с горелочной головой 9, автомат горения 3, связанный через канал данных 15 со стационарным анализатором дымовых газов 7 и посредством канала передачи сигнала управления 16 с исполнительными механизмами 10, 11 и 12.
Каждый исполнительный механизм представляет собой электромеханический блок, содержащий преобразователь управляющего сигнала и привод, предназначенный для приведения в движение регулятора подачи воздуха 4 или регулятора подачи жидкого топлива 5 или регулятора подачи газообразного топлива 6.
Топливная система горелочного устройства 1 разделена на системы подачи газообразного и жидкого топлива.
Система подачи газообразного топлива включает в себя исполнительный механизм регулирования подачи газообразного топлива 11, который взаимодействует с регулятором подачи газообразного топлива 6.
Система подачи жидкого топлива включает в себя исполнительный механизм регулирования подачи жидкого топлива 10, который взаимодействует с регулятором подачи жидкого топлива 5 и подведена в нижнюю часть горелки 2 через патрубок подачи жидкого топлива 14.
При этом исполнительный механизм регулирования подачи воздуха 12 взаимодействует с регулятором подачи воздуха 4.
Автомат горения 3 выполнен с возможностью принимать и обрабатывать данные со стационарного анализатора дымовых газов 7.
2
Автомат горения 3 получает данные о состоянии технологических параметров работы котла 13 за счет датчиков, установленных в котле 13 (температура (°С) и давление воды (кгс/см)). Получение данных о содержании кислорода, оксида углерода в дымовых газах, проходящих через дымовую трубу 8, осуществляется посредством канала данных 15 со стационарного анализатора дымовых газов 7.
По результатам обработки полученных сигналов автомат горения 3 формирует и выдает сигналы на исполнительные механизмы регулирования подачи топлива: газообразный 11 или жидкий 10 и исполнительный механизм регулирования подачи воздуха 12. Воздействие на регуляторы 4,6 или 5 позволяет оптимально регулировать подачу топлива и воздуха в зону горения, обеспечивая наиболее эффективный режим горения за счет поддержания оптимального содержания кислорода и оксида углерода в дымовых газах, проходящих из котла 13 через дымовую трубу 8.
Сигналы о состоянии технологических параметров работы котла 13 поступают на автомат горения 3 от датчиков давления воздуха, жидкого топлива, давления газа, давления проверки герметичности, фотодатчика пламени (на чертежах не показаны).
2
Горелочное устройство 1 работает следующим образом. После запуска, горелочное устройство 1 автоматически набирает мощность, обеспечивающую заданные технологические параметры работы котла 13 (температура, (°С) и давление воды (кгс/см)). После выхода на заданный режим работы, автомат горения 3 в режиме реального времени по каналу данных 15 получает информацию со стационарного анализатора дымовых газов 7 о содержании в дымовых газах кислорода и оксида углерода. При этом в автомат горения 3 внесены исходные данные для определения диапазона показателей содержания кислорода и оксида углерода в дымовых газах, которые должны поддерживаться. В автомате горения 3 сигнал обрабатывается и по каналу передачи сигнала управления 16 воздействует на исполнительные механизмы регулирования подачи газообразного топлива 11 или жидкого топлива 10 и воздуха 12, корректируя степень открытия заслонки регулятора подачи жидкого топлива 5 или регулятора подачи газообразного топлива 6, регулятора подачи воздуха 4 для достижения заданных параметров.
За счет особенностей конструктивного исполнения горелочного устройства 1, выражающихся в использовании трех исполнительных механизмов регулирования: одного на системе подачи воздуха 12 и двух на системах подачи топлива (газообразное топливо 11 или жидкое топливо 10), становится возможным повысить эффективность работы горелочного устройства 1 при реализации автоматического поддержания содержания кислорода и оксида углерода в дымовых газах.
Проведенные исследования различных альтернативных конструкций горелочных устройств позволили разработать горелочное устройство, которое имеет преимущества по сравнению с прототипом:
- возможность в автоматическом режиме раздельно управлять регуляторами систем подачи воздуха и топлива, добиваясь оптимальных условий горения топлива в расчетном объеме;
- автоматическое плавное регулирование мощности горелочного устройства в зависимости от параметров работы котельного агрегата;
- пониженный на 10-15% уровень эмиссии оксидов азота;
- подача жидкого топлива через патрубок в нижнюю часть горелки позволяет уменьшить сопротивление в воздушном тракте за счет исключения устройств подачи жидкого топлива к сопловому клапану из зоны подачи воздуха к горелочной голове
Таким образом, за счет возможности автоматической регулировки подачи воздуха и топлива на горение в зависимости от содержания кислорода, оксидов углерода в дымовых газах, обеспечивается устойчивое воспламенения и полное выгорание топливовоздушной смеси, за счет чего обеспечивается повышение эффективности использования работы горелочного устройства.