ГАЗОМАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1994 года по МПК F23D17/00 F23D11/00 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к конструкциям мазутных, газовых и газомазутных горелочных устройств может быть использовано в различных областях техники.

Все известные горелочные устройства включают в свой состав воздушный тракт для подвода воздуха в зону горения топлива, топливные (мазутные, газовые) форсунки для подачи топлива в зону горения, камеру горения, где происходят процессы испарения (в случае работы горелки на жидком топливе), смешивания топлива и воздуха и горения топливовоздушной смеси. Продукты сгорания топливовоздушной смеси подаются в топку котла, теплообменник или т. п. устройства, входящее, как горелка, в состав котлоагрегата, где, передав часть тепла теплоносителю, выбрасываются через газоотводящий тракт в окружающую среду.

Подача воздуха в зону горения может осуществляться двумя способами: либо путем нагнетания воздуха в камеру горения посредством вентилятора, установленного в воздушном тракте горелки (перед камерой горения), при этом для горелки характерно повышенное по сравнению с атмосферным, значение давления в камере горения, равное обычно 0,005. . . 0,02 ати, либо путем создания разрежения в камере горения посредством вентилятора в газоотводящем тракте котлоагрегате (дымосос). В обоих случаях приводом вентилятора служит электромотор.

Широкое распространение получили агрегатированные горелки, характеризуемые простотой монтажа на котлоагрегат, удобством эксплуатации технического обслуживания. Подача воздуха в камеру горения агрегатированной горелки, благодаря ее специфической конструкции (моноблок), производится только путем нагнетания вентилятором, установленном в воздушном тракте горелки. Горелки такого типа разработаны фирмами "Вайсхаупт" (Германия) и "Ойлон" (Финляндия).

Потребляемая мощность вентилятора агрегатированной газомазутной горелки тепловой мощностью 1,1 МВт составляет 1,72 кВт.

Известна, взятая за прототип заявляемого изобретения, конструкция агрегатированной горелки, в диапазоне регулирования производительности которой изменяется частота вращения вала электромотора привода вентилятора с целью снижения потребляемой электрической мощности. Данное техническое решение разработано фирмой "НОМЕ EQIPMENT" (США).

Недостатком горелки по прототипу является то, что экономия электроэнергии достигается только при работе на режимах тепловой мощности ниже максимальной, когда электромотор привода вентилятора потребляет меньшую электрическую мощность. Однако подобные режимы работы горелки не являются для нее характерными, и чаще всего горелки используются для работы на режиме максимальной тепловой мощности, т. е. на режиме, когда экономия электроэнергии, потребляемой горелкой по прототипу, не реализуется.

Цель изобретения - повышение экономичности агрегатированной газомазутной горелки.

Поставленная цель достигается тем, что в камере горения коаксиально установлен с возможностью вращения вал с турбиной на одном конце, соединенный другим концом с валом вентилятора, а валы электромотора и топливного насоса соединены с валом вентилятора посредством соединительных муфт.

При таком исполнении конструкции заявляемой горелки реализуется новое по отношению к прототипу свойство, а именно независимость токопотребления горелки от параметров стационарного режима работы последней. Реализация этой возможности обусловливается тем, в современных агрегатированных газомазутных горелках давление в камере горения при номинальной тепловой мощности составляет значение, как правило, не менее 1,02 ата, а температура - свыше 2200 К. В предлагаемой горелке продукты сгорания поступают на рабочее колесо турбины, где часть их энергии преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины. Так как турбина и вентилятор расположены на одном валу, то механическая энергия ротора турбины передается вентилятору при работе горелки на газовом топливе (топливный насос отключен), или вентилятору и топливному насосу при работе горелки на жидком топливе (топливный насос подключен). Это позволяет осуществить подачу в камеру горения воздуха и жидкого топлива (газ подается под действием давления в подводящей магистрали) без использования специальных источников энергии для привода вентилятора и топливного насоса. Таким образом, снижается потребляемая электрическая мощность горелки на стационарных режимах ее работы, и, следовательно, повышается ее экономичность. Кроме того, незначительное понижение температуры продуктов сгорания, происходящее за счет температурного перепада последних на турбине, способствует частичной рекомбинации молекул токсичных окислов азота в продуктах сгорания и тем самым способствует понижению их концентрации в выхлопе.

Увеличение экономичности заявляемой горелки подтверждается приведенными ниже расчетами, выполненными применительно к газомазутной горелки тепловой мощностью 1,1 МВт. Исходные данные для расчетов определяются потребляемой мощностью вентилятора (1,72 кВт), топливного насоса (0,35 кВт); параметрами продуктов сгорания на выходе камеры горения (давление 1,03 ата, температура при использовании в качестве топлива мазута ГОСТ 10585-75 2406 К, природного газа ГОСТ 5542-87-2228 К) и термоднамическими показателями продуктов сгорания (газовая постоянная Р и показатель адиабаты К), которые для продуктов сгорания мазута ГОСТ 10585-75 в атмосферном воздухе составляют Р = 287,68 Дж/(кг^.К) и К = 1,17, а для продуктов сгорания природного газа ГОСТ 5542-87 в атмосферном воздухе - соответственно 301,9 Дж/(кг^.К) и 1,19. При реально достигаемом КПД турбины, равном 0,5, в результате расчетов получено: давление в камере горения (перед турбиной) при работе горелки на мазуте ГОСТ 10585-75, необходимое для привода турбиной вентилятора и топливного насоса, составляет 1,043 ата; давление в камере горения (перед турбиной) при работе горелки на природном газе ГОСТ 5542-87, необходимое для привода турбиной вентилятора 1,042 ата; температура продуктов сгорания мазута ГОСТ 10585-75 на выходе из турбины 2401,6 К; природного газа ГОСТ 5542-87 - 2224 К.

Таким образом, полностью исключаются затраты электроэнергии на привод вентилятора и топливного насоса заявляемой горелки при ее работе, исключая период запуска. В результате при непрерывной эксплуатации заявляемой горелки на режиме максимальной тепловой мощности в течение 1 года реализуется экономия электроэнергии по сравнению с горелкой по прототипу в количестве 15067,2 кВт/ч при использовании в качестве топлива природного газа ГОСТ 5542-87, 18133,2 кВт/ч при использовании в качестве топлива мазута ГОСТ 10585-75.

Отличительные признаки заявляемого объекта не обнаружены в источниках информации, что в сочетании с реализацией нового свойства (независимость токопотребления горелки от параметров ее стационарного режима работы) позволяет считать совокупность признаков новой.

На чертеже представлена принципиальная схема горелки.

Горелка включает в свой состав магистраль подачи мазута с топливным насосом 1 и мазутной форсункой 2, магистраль подачи газа с газовой форсункой 3, воздушный тракт с вентилятором 4, вал которого соединен с валом турбины 5, расположенной в камере горения 6, приводной электромотор 7 с муфтой 8 на его валу, ременную передачу 8, муфту 10, расположенную на валу топливного насоса 1, электрозапальное устройство 11 в камере горения 6.

При запуске горелки включается муфта 8, обеспечивая тем самым кинематическую связь вала приводного электромотора 7 с ременной передачей 9. В случае использования в качестве топлива горелки мазута ГОСТ 10585-75 (или иного жидкого топлива) включается муфта 10, обеспечивающая во включенном состоянии кинематическую связь валов топливного насоса 1 и вентилятора 4 (валы вентилятора 4 и турбины 5 связаны постоянно). Подается электрическое напряжение на приводной электромотор 7 и электрозапальное устройство 11, одновременно с этим, в случае работы горелки на газовом топливе, подается природный газ ГОСТ 5542-87 на вход магистрали подачи газа, а в случае работы горелки на жидком топливе, на вход магистрали подачи мазута подается мазут ГОСТ 10585-75 предварительно подготовленный (очищенный и разогретый). Электромотор 7 приводит во вращение вентилятор 4, турбину 5 и, в случае работы горелки на мазуте, топливный насос 1, подающий под давлением мазут к мазутной форсунке 2. Электрозапальное устройство 11 создает электрический разряд в камере горения 6. Вентилятор 4 нагнетает воздух в камеру горения 6. В случае работы горелки на мазуте, мазутный насос 1 подает мазут в форсунку 2, которая осуществляет распыл последнего в полости камеры горения 6 (при работе горелки на газе, природный газ ГОСТ 5542-87 подается в камеру горения 6 газовой форсункой 3). Смесь топлива (распыленного мазута или природного газа) и воздуха зажигается электрическим разрядом электрозапального устройства 11. Продукты сгорания, проходя через турбину 5, преобразуют часть своей энергии в механическую энергию вращения ротора турбины 5, поступают с выхода камеры горения 6 в топку котла. После получения устойчивость факела в камере горения 6 снимается электрическое напряжение с электрозапального устройства 11, а после выхода горелки на штатный тепловой режим - с приводного электромотора 7, причем одновременно с этим отключается муфта 8 (при этом разъединяются вал приводного электромотора 7 и ременная передача 9). На установившемся режиме работы горелки привод вентилятора 4 и топливного насоса 1 (в случае работы горелки на жидком топливе) осуществляется посредством турбины 5.

Останов горелки осуществляется прекращением подачи топлива (мазута или газа) в соответствующую магистраль подач. При этом поступление топлива в камеру горения 6 и, следовательно, процесс горения в ней прекращается. Как следствие прекращается подвод энергии к турбине 6. Турбина 6, вентилятор 4 и топливный насос 1 (при работе горелки на жидком топливе) останавливается. Горелка приходит в исходное состояние.

Заявляемая конструкция агрегатированной газомазутной горелки разработана на предприятии - заявителе при разработке технического предложения на газомазутную автоматизированную агрегатированную горелку тепловой мощностью 1,1 МВт.

Проведены проектные расчеты, подтвердившие целесообразность использования энергии продуктов горения топлива в заявляемой горелке.

Благодаря использованию энергии продуктов сгорания для привода вентилятора и топливного насоса снижается электропотребление горелки, что обусловливает повышение ее экономичности.

Использование: в области энергетического машиностроения для сжигания мазутного и газового топлива. Сущность изобретения: в камере 5 горения по ее оси установлен вращающийся вал с турбиной 5 на конце. Другой конец вала соединен с валом вентилятора 4, а валы электромотора 7 и топливного насоса 1 соединены с валом вентилятора 4 посредством соединительных муфт 8 и 10. 1 ил.

ГАЗОМАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА, содержащая магистраль подачи мазута с топливным насосом и мазутной форсункой, магистраль подачи газа с газовой форсункой, воздушный тракт с вентилятором, установленным на валу, камеру горения, электромотор привода вентилятора и топливного насоса с соответствующими валами, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, в камере горения по ее оси дополнительно установлен вращающийся вал с турбиной на конце, другой конец этого вала соединен с валом вентилятора, а валы электромотора и топливного насоса соединены с валом вентилятора посредством соединительных муфт.