КОМБИНИРОВАННАЯ ГОРЕЛКА

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано в энергетической отрасли промышленности.
3
3
NO2
Для промышленных горелок существует проблема снижения выбросов термических оксидов азота. Содержание оксидов азота в дымовых газах существующих технологических установок составляет 200 - 300 мг/м, что превышает ПДК = 0,0085мг/м. Одним из направлений снижения эмиссии термических оксидов азота является сокращение объема высокотемпературной зоны за счет увеличения скорости теплоотвода.
Известная комбинированная горелка [1] содержит воздушный коллектор с амбразурой и топливоподводящий узел. Топливоподводящий узел установлен по оси воздушного коллектора. Сопла топливоподводящего 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 топливная смесь. Поступившая топливная смесь разогревается от стенок амбразуры и воспламеняется. При этом высокотемпературная зона занимает весь объем амбразуры. Продукты горения из амбразуры поднимаются в топку печи. При этом охлаждение продуктов горения происходит только в топке печи.
Недостатком данного решения является высокая эмиссия термических оксидов азота. Это обусловлено тем, что ядро факела расположено в амбразуре горелки. Обладая теплоизоляционными свойствами, стенки амбразуры сохраняют максимальную температуру высокотемпературной зоны на протяжении всей длины туннеля амбразуры. Факел имеет
максимальную температуру во всем объеме амбразуры, следствием чего является значительная эмиссия оксидов азота.
Кроме того, продукты горения охлаждаются только в топке печи, что значительно снижает скорость теплообмена.
Наиболее близким к заявляемому решению является комбинированная горелка [2], в которой снижение образующихся оксидов азота достигается за счет сокращения объема высокотемпературной зоны.
Комбинированная горелка содержит воздушный коллектор с телескопической амбразурой и топливоподводящий узел. Топливоподводящий узел установлен по оси воздушного коллектора. Сопла топливоподводящего узла расположены у основания амбразуры. Над воздушным коллектором установлена амбразура. Амбразура имеет возможность изменять угол раскрытия амбразуры, что позволяет влиять на объем высокотемпературной зоны. Горелка в сборе установлена в топке печи.
X
В амбразуру из воздушного коллектора поступает воздух, а из топливоподводящего узла топливо, при этом в ней образуется топливная смесь. Поступившая топливная смесь разогревается от стенок амбразуры и воспламеняется. Продукты горения из амбразуры поднимаются в топку печи. При раскрытии амбразуры увеличивается ее диаметр и, соответственно, площадь и скорость конвективного теплообмена. Увеличение скорости теплообмена приводит к охлаждению факела в амбразуре, что в свою очередь, уменьшает объем высокотемпературной зоны. Это приводит к тому, что продукты горения охлаждаются как в топке, так и в амбразуре, что так же влияет на сокращение высокотемпературной зоны. Благодаря сокращению объема высокотемпературной зоны снижается концентрация NO в дымовых газах.
Хотя эмиссия термических оксидов азота в известной комбинированной горелке уменьшается, однако она превышает ПДК. Это обусловлено незначительным изменением объема высокотемпературной зоны факела,
которое ограничено конструктивными возможностями увеличения диаметра амбразуры. Дальнейшее увеличение диаметра амбразуры приводит к прямому попаданию воздуха в топку, что снижает КПД печи.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке комбинированной горелки с максимальной скоростью теплообмена, обеспечивающей минимальный объем высокотемпературной зоны и, как следствие, снижение эмиссии оксидов азота при сохранении высокого КПД.
Для решения поставленной задачи в известной комбинированной горелке, содержащей воздушный коллектор с амбразурой, по оси которого установлен топливоподводящий узел с соплами, которые расположены на высоте 1/3-2/3 высоты амбразуры. Кроме того, топливоподводящий узел выполнен с возможностью перемещения.
Благодаря расположению сопел топливоподводящего узла на высоте 1/3-2/3 высоты амбразуры снижаются выбросы оксидов азота. Это обусловлено тем, что топливоподводящий узел расположен в верхней части амбразуры и поэтому процессы смесеобразования, горения и тепловыделения протекают непосредственно в топке. Тепло выделяемое в процессе горения сразу же передается топке, что вызывает снижение температуры факела и сокращение объема высокотемпературной зоны. Сокращение объема высокотемпературной зоны обуславливает снижение эмиссии термических оксидов азота.
На фиг. дан поперечный разрез комбинированной горелки.
Комбинированная горелка содержит воздушный коллектор 1 с амбразурой 2 и топливоподводящий узел 3 и расположена в основании топки (на фиг. не показано).
Топливоподводящий узел 3 расположен по центру воздушного коллектора 1 и соединен с ним. Воздушный коллектор 1 выполнен телескопическим и представляет собой воздушный канал для подвода воздуха и 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 топлива, газообразного топлива, которые расположены на высоте 1/3-2/3 высоты амбразуры 2. Топливоподводящий узел 3 соединен с известным механизмом подъема 4 воздушного коллектора 1.
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 235 мм.
Устройство работает следующим образом.
В момент запуска 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 топливная смесь, которая разогревается до температуры воспламенения от стенок амбразуры, воспламеняется, сгорает и выделяет тепло в амбразуре. Ядро факела располагается в амбразуре и разогревает стенки амбразуры, а выходящие газы - топку. 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 ее зоны. При этом топливо поступает в топку, нагревается за счет тепла топки и воспламеняется в ней. В результате зона
горения, т.е. ядро факела, перемещается в топку, где теплоотвод от ядра факела в 3-5 раз больше. Вследствие этого снижается максимальная температура ядра факела и, как следствие, эмиссия термических оксидов азота.
При расположении сопел ниже 1/3 высоты амбразуры ядро факела располагается у основания амбразуры. Обладая теплоизоляционными свойствами, стенки амбразуры сохраняют максимальную температуру высокотемпературной зоны на протяжении всей длины туннеля амбразуры. В тоннеле амбразуры факел имеет максимальную температуру во всем объеме амбразуры, следствием чего является значительная эмиссия оксидов азота.
При расположении сопел топливоподводящего узла выше высоты 2/3 амбразуры процесс смесеобразования полностью протекает в топке печи, где присутствуют продукты горения. При этом в топке происходит смешение топлива с воздухом и продуктами горения, что сказывается на росте концентрации продуктов неполного сгорания.
x
Использование полезной модели позволяет сократить выход NO на 15-25%.
Источники информации, принятые во внимание;
1. Горелка ГМГ А.К.Зыков Паровые и водогрейные котлы. НПО ОБТ, 1995.
4
2. Пат. №2179282 РФ, МПК F 23 D 17/00. Комбинированная горелка/Дьяченко С.Н.-/№2000121511/06; завл. 10.08.2000; опубл. 10.02.2002, бюл. №4.