АГРЕГАТИРОВАННАЯ МАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1994 года по МПК F23D5/18 F23D11/44 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к конструкции агрегатированных мазутных и газомазутных горелок, и может быть использовано в различных областях техники.

В процессе работы агрегатированная мазутная горелка осуществляет подачу в зону горения распыленного мазута и воздуха. Подача мазута в зону горения осуществляется посредством топливного насоса, на вход которого подается предварительно подогретый до 60. . . 70^оС мазут с давлением 1,1. . . 2 кгс/см², что обеспечивается системой подготовки мазута, не входящей в состав горелки.

Топливный насос повышает давление мазута, нагнетает его в мазутоподогревающее устройство, где температура мазута повышается до значений, определяющих качественный (мелкодисперный) распыл последнего топливной форсункой (100. . . 140^оС в зависимости от марки применяемого мазута), и далее в топливную форсунку, распыливающую мазут для получения топливовоздушной смеси.

Воздух подается в зону горения топливовоздушной смеси посредством вентилятора под давлением 1,02. . . 1,04 кгс/см².

Агрегатированные мазутные горелки, основанные на таком принципе работы серийно выпускаются фирмами "Oilon" (Финляндия) и "Weishaupt" (Германия).

Известна, взятая за прототип изобретения, конструкция мазутной горелки фирмы "Weishaupt", характеризующаяся тем, что мазутоподогревающее устройство, входящее в состав данной горелки, представляет собой участок трубопровода с размещенным внутри него трубчатым электронагревателем (ТЭН). Поступая на вход мазутоподогревающего устройства, мазут, имеющий некоторое входное значение температуры (60. . . 70^оС), обусловленное требованиями по уменьшению потерь давления в трубопроводах и надежности работы топливного насоса и регулирующей арматуры, контактирует с горячей поверхностью ТЭН и нагревается до требуемой температуры, обеспечивающей вязкость мазута, достаточную для его качественного распыливания форсункой (указанная температура, например, для мазута марки М100 составляет около 140^оС). Кроме того, топливный насос и вентилятор мазутной горелки по прототипу приводятся в действие посредством электромотора. Таким образом, мазутная горелка по прототипу, имеющая номинальную тепловую мощность 1,1 МВт, требует для привода топливного насоса и вентилятора электромоторы мощностью 350 Вт и 1,7 кВт соответственно.

Таким образом, суммарная потребляемая электрическая мощность горелки по прототипу за исключением электрической мощности, потребляемой ТЭН мазутоподогревающего устройства и электромагнитными приводами клапанов, составляет на установившемся номинальном режиме 2,05 кВт, что является недостатком прототипа.

Другим недостатком прототипа являются относительная сложность эксплуатации и недостаточная надежность, обусловленные небольшой площадью поверхности контакта ТЭН мазутоподогревающего устройства с мазутом, вследствие чего для достижения необходимого значения температуры мазута на входе в топливную форсунку требуется обеспечение высокой температуры поверхности ТЭН, что приводит к образованию коксовых отложений на последней в результате разложения мазута. Вследствие коксообразования на поверхности ТЭН ухудшается теплоотдача от нее в мазут. В результате этого, во-первых, снижается температура распыливаемого мазута и, следовательно, ухудшается качество его распыла, во-вторых, увеличивается собственная температура конструкции ТЭН, что приводит к сокращению его ресурса и надежности, а следовательно, надежности горелки в целом. Устранение этого недостатка в условиях прототипа требует периодического проведения регламентных работ по очистке поверхности ТЭН от коксовых отложений, что усложняет эксплуатацию горелки.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности горелки.

Поставленная цель достигается тем, что горелка снабжена магистралью подачи воды с водяным насосом, испарителем в виде герметичной теплоизолированной емкости с размещенным внутри ТЭН, обратным клапаном на входе в испаритель, пусковым клапаном на выходе из испарителя, турбиной, сопловой аппарат которой соединен с пусковым клапаном, причем валы турбины, вентилятора, топливного и водяного насосов кинематически соединены.

В предлагаемой горелке исключен электромотор привода вентилятора и топливного насоса, а функцию их приводного устройства выполняет турбина, рабочим телом которой является перегретый пар, получаемый в испарителе путем нагрева ТЭН воды, поступающей из водопровода. С выхода турбины пар подается в мазутоподогревающее устройство в виде теплообменника, где осуществляется теплопередача от пара в мазут через развитую поверхность теплообмена, при этом, во-первых, производится подогрев мазута до требуемой из условий качественного распыла температуры и, во-вторых, происходит утилизация остаточного тепла рабочего тела турбины. В настоящее время известен широкий ряд теплообменников, имеющих развитую поверхность теплообмена, например змеевик в потоке теплоносителя, позволяющих осуществить эффективную теплопередачу от теплоносителя к нагреваемой жидкости (в данном случае от пара к мазуту) без создания высокой температуры в месте контакта последней с элементами конструкции теплообменника. Естественно, мазутоподогревающее устройство заявляемой горелки при работе не создает условий для температурного разложения мазута и коксообразования в теплообменнике.

Таким образом, заявляемая мазутная горелка полностью лишена недостатков, присущих прототипу.

Эффективность изобретения подтверждается расчетами, в результате которых применительно к мазутной горелке тепловой мощностью 1,1 МВт определен расход воды через испаритель, потребляемая электрическая мощность ТЭН испарителя, параметры рабочего тела турбины (водяного пара) на входе в последнюю и на выходе из нее (т. е. на входе в мазутоподогревающее устройство), а также параметры турбины.

Исходные данные для расчета: потребляемая мощность вентилятора 1,72 кВт, водяного и топливного насосов по 0,35 кВт, КПД турбины 0,4, обороты турбины 10000 об/мин. В результате расчета получено: расход воды через испаритель 0,016 кг/с, потребляемая электрическая мощность ТЭН испарителя 8 кВт, параметры водяного пара на выходе из испарителя (на входе в турбину) - давление 28 кгс/см², температура 230^оС, температура и давление пара на выходе из турбины 180^оС и 3 кгс/см², диаметр рабочего колеса турбины 200 мм, число ступеней турбины 4.

Приведенные результаты расчетов подтверждают работоспособность и эффективность заявляемой горелки, ее небольшие массогабаритные характеристики и эффективную работу мазутоподогревающего устройства.

Отличительные признаки заявляемой горелки не обнаружены в источниках информации, что в сочетании с реализацией новых свойств (отсутствие электромотора и коксообразования мазута в мазутоподогревающем устройстве) позволяют считать совокупность признаков новой.

На чертеже представлена схема заявляемой горелки.

Агрегатированная мазутная горелка включает в состав тракт подачи воздуха 1 с вентилятором 2, магистраль подачи мазута 3 с топливным клапаном 4, топливным насосом 5, мазутоподогревающим устройством 6, форсункой 7, камеру сгорания 8, магистраль подачи воды 9 с водяным насосом 10, обратным клапаном 11, испаритель 12 (теплоизолированная герметичная емкость) с ТЭН 13, пусковой клапан 14, турбину 15.

В исходном состоянии топливный клапан 4 и пусковой клапан 14 закрыты, ТЭН 13 обесточен. При запуске горелки сначала осуществляется заливка водой испарителя 12, при этом открывается пусковой клапан 14, вода из водопровода поступает по магистрали подачи воды 9 через полость водяного насоса 10 и обратный клапан 11 в испаритель 12, заполняя его объем. После заполнения водой испарителя 12 пусковой клапан 14 закрывается, одновременно с этим подается напряжение на ТЭН 13. Вода, находящаяся в испарителе 12, нагревается ТЭН 13 в условиях замкнутого объема, равного объему полости испарителя 12, ограниченному обратным 11 и закрытым пусковым 14 клапанами, испаряется и при дальнейшем нагреве водяного пара давление его возрастает. При достижении давления пара в испарителе, равного требуемому (28 кгс/см²), открываются топливный клапан 4 и пусковой клапан 14. Перегретый пар из испарителя 12 поступает на турбину 15. Турбина 15 раскручивается и приводит в действие водяной 10 и топливной 5 насосы и вентилятор 2. Пар из турбины 15 сбрасывается в мазутоподогревающее устройство 6, повышая температуру поверхносности теплообмена, и далее отводится в атмосферу или какому-либо потребителю с выхода мазутоподогревающего устройства. Вентилятор нагнетает воздух в камеру сгорания. Мазут поступает с входа магистрали подачи мазута 3 через открытый топливный клапан 4 на вход в топливный насос 5. Топливный насос 5, приводимый в действие турбиной 15, нагнетает мазут в мазутоподогревающее устройство 6, в котором температура мазута повышается от исходной (60. . . 70^оС) до требуемой из условия качественного распыла, и далее в топливную форсунку 7, которая распыливает мазут в камеру сгорания 8. Топливовоздушная смесь в камере сгорания 8 зажигается каким-либо из известных способов и продукты горения подаются к потребителю (например, в топку котла). Вода из водопроводной магистрали поступает на вход магистрали подачи воды 9, далее в водяной насос 10, откуда через обратный клапан 11 подается под давлением в испаритель 12.

При останове горелки перекрывается топливный клапан 4. При этом прекращается подача мазута в камеру сгорания 8 и пламя в последней гаснет. Затем обесточивается ТЭН 13 и закрывается пусковой клапан 14. При этом прекращается подача рабочего тела на турбину, чем обуславливается начало работы роторной части горелки (системы турбина 15 - водяной насос 10 - вентилятор 2 - топливный насос 5) в режиме выбега. Сокращению продолжительности выбега способствует создание залитой водой тупиковой полости от входа магистрали подачи воды 9 до закрытого пускового клапана 14, в которой в этот период водяной насос 10 работает в режиме гидротормоза, создавая повышенный момент сопротивления на роторной части горелки. Горелка приходит в исходное состояние.

Заявляемая конструкция агрегатированной мазутной горелки разработана на предприятии-заявителе при разработке Технического предложения на агрегатированную автоматизированную газомазутную горелку тепловой мощностью 1,1 МВт. Кроме того, на предприятии-заявителе проведены проектные расчеты, подтвердившие целесообразность генерации и использования водяного пара для привода элементов подачи воздуха и топлива горелки, а также для подогрева мазута, поступающего в топливную форсунку.

Благодаря использованию перегретого водяного пара для привода вентилятора и топливного насоса достигается независимость их от внешних источников механической энергии, а благодаря использованию перегретого пара для подогрева подаваемого в топливную форсунку мазута исключается коксообразование в мазутоподогревающем устройстве. Все это приводит к повышению экономичности и надежности заявляемой горелки по сравнению с известными решениями.

Использование: для сжигания жидкого топлива. Сущность изобретения: горелка снабжена магистралью подачи воды 9 с водяным насосом 10, испарителем 12 в виде герметичной теплоизолированной емкости с размещенным внутри трубчатым электронагревателем 13, обратным клапаном 11 на входе в испаритель 12, пусковым клапаном 14 на выходе испарителя 12, турбиной 15, сопловой аппарат которой соединен с пусковым клапаном 14, причем валы турбины 15, вентилятора 2, топливного 5 и водяного 10 насосов кинематически соединены. 1 ил.

АГРЕГАТИРОВАННАЯ МАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА, содержащая магистраль подачи мазута с топливным насосом, мазутоподогревающее устройство, топливную форсунку и вентилятор, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и эксплуатационной надежности, она дополнительно снабжена магистралью подачи воды с водяным насосом, испарителем в виде герметичной теплоизолированной емкости с размещенным внутри трубчатым электронагревателем, обратным клапаном на входе в испаритель и пусковым клапаном на выходе из испарителя, турбиной, сопловой аппарат которой соединен с пусковым клапаном, причем валы турбины, вентилятора, топливного и водяного насосов соединены кинематически.