Комбинированная горелка

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к горелочным устройствам для совместного сжигания жидкого и газообразного топлива, и может быть использована в огнетехнических устройствах различного назначения, например в трубчатых печах нефтепереработки и котлах стационарной теплоэнергетики.
Известна комбинированная горелка для сжигания газообразного и жидкого топлива, которая содержит воздушный коллектор с амбразурой и топливоподводящий узел, установленный на оси воздушного коллектора. При этом сопла топливного узла расположены у основания амбразуры. Амбразура установлена над воздушным коллектором. Комбинированная горелка в сборе установлена в топке печи. В амбразуру из воздушного коллектора поступает воздух, а из топливоподводящего узла топливо, при этом в ней образуется топливовоздушная смесь. Поступившая топливовоздушная смесь разогревается от стенок амбразуры и воспламеняется. При этом высокотемпературная зона занимает весь объем амбразуры. Продукты горения из амбразуры поступают в топку печи. При этом охлаждение продуктов горения происходит только в топке печи. (Патент №2179282, МПК F23D 17/00. Комбинированная горелка / С.Н. Дьяченко (РФ). - №2000121511/06; Заявлено 10.08.2000., опубл. 10.02.2000, бюл. №4).
Недостатком данной горелки является достаточно высокая эмиссия термических оксидов азота при ее работе. Известно, что выход термических оксидов азота при горении определяется максимальной температурой факела, которая имеет место в данном случае. Это обусловлено тем, что ядро факела расположено в амбразуре горелки. Обладая теплоизоляционными свойствами, стенки амбразуры сохраняют максимальную температуру факела на протяжении всей длины туннеля амбразуры. Факел имеет максимальную температуру во всем объеме амбразуры, следствием чего является повышенный выброс термических оксидов азота.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является комбинированная горелка, в которой снижение образующих оксидов азота достигается за счет уменьшения максимальной температуры факела. Комбинированная горелка содержит воздушный коллектор 1 с амбразурой 2, и топливоподводящий узел 3 и амбразура расположена в основании топки печи. Топливоподводящий узел 3 расположен по центру воздушного коллектора 1 и соединен с ним. Воздушный коллектор 1 выполнен телескопическим и представляет собой канал для подвода воздуха, который имеет возможность перемещения совместно с топливоподводящим узлом 3. В верхней части воздушного коллектора 1 установлена неподвижная амбразура 2. Топливоподводящий узел 3 содержит сопла для подачи жидкого и газообразного топлива, которые расположены на расстоянии 1/3-2/3 высоты амбразуры 2. Топливоподводящий узел 3 соединен с механизмом подъема 4 воздушного коллектора 1. (Патент №41117, МПК F23D 17/00. Комбинированная горелка / С.Н. Дьяченко, В.Д. Катин (РФ). - №2004110550/22; Заявлено 07.04.2004, опубл. 10.10.2004, бюл. №28). Расположенные на высоте 1/3 высоты амбразуры сопла топливоподводящего узла 3 находятся у основания амбразуры 2, после перемещения на высоту 2/3 высоты амбразуры - в верхней части амбразуры 2. Механизм подъема 4 имеет возможность перемещать топливоподводящий узел 3. Например, в комбинированной горелке при высоте амбразуры 350 мм сопла узла в момент разогрева расположены на высоте 115 мм, а при номинальной мощности расположены на высоте 235 мм.
Горелка работает следующим образом.
В начале работы комбинированной горелки сопла топливоподводящего узла 3 расположены на минимальной высоте - 1/3 высоты амбразуры 2, а именно у основания конуса амбразуры 2. В амбразуру 2 поступает воздух из воздушного коллектора 1, топливный газ и жидкое топливо из сопел топливоподводящего узла 3. В амбразуре 2 образуется топливовоздушная смесь, которая прогревается до температуры воспламенения от стенок амбразуры, воспламеняется, сгорает и выделяет тепло в амбразуре, а выходящие газы поступают топку печи. Далее раскаленные газы охлаждаются в топке печи. После разогрева топки и амбразуры 2 до максимальной температуры сопла топливоподводящего узла 3 перемещаются на максимальную высоту - 2/3 высоты амбразуры 2. При этом сопла топливоподводящего узла 3 оказываются в верхней части зоны амбразуры. При этом топливовоздушная поступает в топку, нагревается от стенок амбразуры и за счет тепла топки и воспламеняется в ней. В результате зона горения, т.е. ядро факела находится в амбразуре и перемещается лишь частично в топку. Вследствие этого недостаточно снижается максимальная температура ядра факела и, сокращение выхода термических оксидов азота наблюдается незначительное, что является недостатком конструкции горелки. В то же время, при расположении сопел на расстоянии 1/3 высоты амбразуры и ниже ядро факела располагается практически у основания амбразуры. Обладая теплоизоляционными свойствами, стенки амбразуры сохраняют максимальную температуру факела на протяжении всей длины туннеля амбразуры, следствием чего является повышенный выброс оксидов азота, что также является существенным недостатком горелки.
Таким образом, диапазон расположения сопел топливоподводящего узла на расстоянии (высоте) 1/3-2/3 высоты амбразуры горелки не является оптимальным с точки зрения экологичности работы горелки.
Техническая задача, на решении которой направлена заявленная полезная модель, состоит в повышении экологической эффективности комбинированной горелки за счет снижения выбросов оксидов азота.
Для решения поставленной задачи в комбинированной горелке, содержащей воздушный коллектор с амбразурой, топливоподводящий узел, соединенный с механизмом подъема воздушного коллектора, сопла топливоподводящего узла расположены на выходе амбразуры горелки.
Признаком, отличающим заявляемое техническое решение от прототипа, согласно полезной модели является расположение сопел топливоподводящего узла на расстоянии полной высоты амбразуры, т.е. на выходе ее.
Благодаря отличительному признаку существенно повышается экологическая эффективность комбинированной горелки. Это объясняется тем, что топливоподводящий узел с соплами расположен на выходе амбразуры, и поэтому процессы смесеобразования, горения и тепловыделения протекают непосредственно в топочном пространстве печи. Теплота, выделяемая в процессе горения, передается топке, что вызывает снижение температуры факела и сокращение объема высокотемпературной зоны, что позволяет снизить выход термических оксидов азота.
На фигуре показан поперечный разрез комбинированной горелки.
Комбинированная горелка содержит воздушный коллектор 1 с амбразурой 2 и топливоподводящий узел 3 и амбразура 2, расположена в основании топки печи, топливоподводящий узел 3 расположен по центру воздушного коллектора 1 и соединен с ним. Воздушный коллектор 1 выполнен телескопическим и представляет собой канал для подвода воздуха и имеет возможность перемещения совместно с топливоподводящим узлом 3. В верхней части воздушного коллектора 1 установлена амбразура 2. Топливоподводящий узел 3 содержит сопла для подачи жидкого и газообразного топлива, которые расположены на выходе амбразуры 2. Топливоподводящий узел 3 соединен с механизмом подъема 4 воздушного коллектора 1.
Горелка работает следующим образом. При работе горелочного устройства сопла топливоподводящего узла 3 расположены на выходе амбразуры 2, в которую поступает воздух из воздушного коллектора 1. Топливный газ и мазут из сопел топливоподводящего узла 3 с подаваемым воздухом образуют топливовоздушную смесь, которая воспламеняется и сгорает непосредственно в топке печи. Теплота, выделяемая в процессе горения, передается поверхности нагрева топки, что приводит к снижению максимально температуры факела и тем самым к сокращению выбросов термических оксидов азота. Это повышает экологическую эффективность горелки
Таким образом, в отличие от прототипа в предлагаемой горелке существенно повышается экологическая эффективность сжигания топлива. Использование полезной модели позволяет сократить выход оксидов азота на 15-20%.