Двухпоточная газомазутная горелка парового, водогрейного или термомасляного котла

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к топочным устройствам газомазутных котлов.
Известны многопоточные газовые, мазутные и газомазутные горелки, в которых аэродинамические параметры могут быть настроены путём изменения скорости, степени крутки и расхода воздуха по потокам, чем достигается формирование факела с начальной зоной горения при недостатке воздуха (α<1) и последующей зоной полного дожигания. Тем самым достигается выравнивание температурного поля факела и снижение образования окислов азота (NOx). Примером таких горелок могут служить двухпоточные газомазутные горелки ВТИ-ЗИО (В.А. Верещетин, А.Н. Тугов, Ю.М. Усман, В.Т. Сидоркин. Разработка и внедрение малотоксичных горелочных устройств для сжигания стандартных и нестандартных видов жидкого и газообразного топлив// Химическая техника. 2015. №7). Горелки выполнены двухпоточными как по газу, так и по воздуху с возможностью перераспределения расхода сред между потоками. В каждом воздушном канале установлен осевой завихритель воздуха (ЗВ) с фиксированным углом установки лопаток. Газ поступает из двух отдельных торовых коллекторов по трубкам с загнутыми под прямым углом концами так, что истечение происходит перпендикулярно оси горелки в центральный и периферийный потоки воздуха, причём трубки из каждого коллектора направлены только в один из потоков воздуха. Данный тип горелок является ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели.
Достаточно близким по конструкции примером является также газомазутная горелка по патенту RU 170 744 U1 (Заявка 2016132902, 09.08.2016), отличительные особенности которой:
горелка двухпоточная по газу и по воздуху;
распределение воздуха между потоками осуществляется шибером в центральном потоке;
лопатки ЗВ обоих потоков выполнены поворотными;
подача газа в периферийный поток осуществляется через Г-образные трубы с наконечниками из жаростойкой стали.
В качестве преимуществ горелки по патенту RU 170 744U1 указаны:
расширение пределов регулировки теплопроизводительности;
увеличение КПД за счёт улучшения аэродинамических параметров факела;
применимость на различных по геометрии топочных камерах;
возможность использования в многогорелочных котлах.
Задачей полезной модели является расширение возможностей настройки аэродинамической структуры факела и влияния на процесс смесеобразования газа с воздухом с целью снижения выброса NOx и приспособления факела к топкам различной формы.
Поставленная задача решается:
1. Путём установки ЗВ с тангенциальными неповоротными лопатками как в периферийный, так и в центральный потоки горелки, причём регулирование степени крутки в каждом потоке возможно как в сторону её уменьшения вплоть до прямотока, так и в сторону увеличения путём перемещения ЗВ и использования подвижных донышек.
2. Путём подачи газа на горение отдельно в периферийный и центральный потоки воздуха через соответствующие газовые коллекторы с возможностью перераспределения расхода газа между ними с помощью клапанов, причём наконечники центрального газового коллектора имеют газовые сопла, направленные перпендикулярно оси горелки и наконечники выполнены поворотными на 360°, что позволяет настраивать также направление ввода струй газа в любой поток воздуха.
Отличия полезной модели от горелок ВТИ-ЗИО и по патенту RU 170 744 U1:
возможность регулировки степени крутки обоих ЗВ от нуля (прямоток) до максимального. Первое достигается перемещением ЗВ и подачей воздуха мимо него, второе – путём частичного перекрытия выходного сечения тангенциальных лопаток ЗВ подвижным донышком. По сравнению с горелкой по патенту RU 170 744 U1 это значительно упрощает конструкцию, так как отсутствует сложный механизм синхронного поворота лопаток, используемый только при наладке. Возможность изменения направления крутки потока поворотными лопатками не является преимуществом, так как при проектировании многогорелочного топочного устройства требуемое направление крутки ЗВ известно заранее и оно не будет меняться при наладке;
распределение расхода воздуха между центральным и периферийным потоками выполняется упомянутыми подвижными донышками, поэтому не требуются шиберы;
при сохранении раздельной регулировки расхода газа в периферийный и центральный потоки, газовые наконечники центрального коллектора выполнены поворотными на 360°, что позволяет настраивать направление истечения газа из сопел наконечников в центральный или периферийный поток воздуха.
Конструкция двухпоточной горелки представлена на фиг. 1, где:
1 – периферийный ЗВ с тангенциальными неповоротными лопатками, 2 – подвижное донышко периферийного ЗВ, 3 – центральный ЗВ с тангенциальными неповоротными лопатками, 4 – подвижное донышко центрального ЗВ, 5 – периферийный газовый коллектор с газовыми отверстиями, 6 – центральный газовый коллектор, 7 – поворотные газовые наконечники центрального коллектора, 8 - газовые сопла поворотных наконечников,9 и 10 – клапана распределения расхода газа между периферийным и центральным газовыми коллекторами, 11 – паромеханическая форсунка для жидкого топлива.
Совокупность ЗВ и подвижных донышек составляет воздухонаправляющее устройство горелки.
Двухпоточная газомазутная горелка работает следующим образом:
В процессе испытаний горелки на котле осуществляется экспериментальный подбор оптимальной степени крутки воздуха как в периферийном, так и в центральном потоке путём перемещения соответствующего ЗВ и его подвижного донышка.
На фиг. 2 представлен вариант увеличенной степени крутки центрального и периферийного потоков воздуха, что достигается частичным перекрытием выходного сечения тангенциальных лопаток ЗВ 1 и 3 подвижными донышками 2 и 4.
На фиг. 3 представлена подача центрального потока воздуха без крутки (прямотоком) путём перемещения ЗВ 3 и открытия подвижного донышка 4, выполняющего также функцию настройки доли расхода воздуха в центральный поток.
На фиг. 4 представлено уменьшение крутки центрального потока воздуха открытием донышка 4 без перемещения ЗВ 3.
На фиг. 5 представлена подача периферийного потока воздуха без крутки (прямотоком) путём перемещения ЗВ 1 и настройки доли расхода воздуха в периферийный поток донышком 2.
На фиг. 6 представлено уменьшение крутки периферийного потока воздуха путём максимального открытия донышка 2 при частичном открытии ЗВ 1.
Одновременно с описанной выше настройкой воздухонаправляющего устройства, подбирается оптимальное распределение расхода газа между периферийным и центральным потоками путём прикрытия одного из клапанов – 9 или 10, а также выбирается направление истечения газа из сопел 8 поворотных газовых наконечников 7, основные варианты положения которых представлены на фиг. 7.
Критериями выбора являются: соответствие формы факела форме топочной камеры, минимальный выброс NOx при отсутствии химического недожога (содержание СО в уходящих газах в пределах нормы).
Настроенная на газовом топливе горелка проверяется при работе на жидком топливе, с раздельной настройкой соотношений топливо-воздух для газа и жидкого топлива. При эксплуатации изменение оптимальных положений элементов воздухонаправляющего устройства горелки и распределения расхода газа между периферийным и центральным потоками не требуется.
Предложенная конструкция обеспечивает расширенные возможности наладки горения с обеспечением минимального выброса NOx в топках различной формы.