ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к котельным агрегатам или другим топливоиспользующим установкам, в которых сжигается газообразное топливо, при необходимости снижения выбросов оксидов азота с дымовыми газами.

Известно горелочное устройство с тангенциальным и осевым подводом воздуха [1] позволяющее реализовать двухстадийное сжигание топлива с использованием только одной горелки.

Недостатки этого горелочного устройства являются высокое аэродинамическое сопротивление, вызываемое тангенциальным подводом воздуха, сложность конструкций, предусматривающих комбинированный подвод воздуха, взаимодействие прямого и закрученного потоков на ограниченной длине факела, не позволяющее обеспечить стабильное снижение выбросов оксидов азота, а также затруднения с поддержанием оптимального соотношения расходов воздуха по тангенциальному подводу и по осевой трубе.

Известно также горелочное устройство, в котором двухстадийное сжигание топлива обеспечивается перераспределением потоков топлива и воздуха внутри горелки с подачей богатой топливовоздушной смеси закрученным потоком по периферийному каналу, а остального воздуха прямоточно по оси горелки и последующим окончательным смешением двух потоков за пределами горелки в топочном объеме [2]
Недостатками этого горелочного устройства являются относительно невысокая рабочая кампания котла из-за недопустимого нагрева и разрушения амбразур и устья горелок, высокое аэродинамическое сопротивление горелки, а также труднореализуемое концентрически соосное расположение топливовоздушного и воздушного каналов, образуемых корпусом и трубой. В случае смещения осей и эллипсности каналов наступает неустойчивость процесса горения топлива.

Цель изобретения снизить выбросы оксидов азота с продуктами сгорания топлив и повысить надежность работы горелочного устройства.

Цель достигается тем, что двухступенчатое сжигание газообразного топлива организуется за счет конструкции горелочного устройства, позволяющего все топливо сжигать с избытком воздуха 0,7-0,8 и подавать остальной воздух (20-30% ) выше входа в нее топливовоздушной смеси. Расстояние между осями воздуховода ввода недостающего воздуха и корпуса горелки предлагается принимать равным 3-4 диаметра последнего.

При вводе части воздуха выше выхода топливовоздушной смеси из горелочного устройства обеспечивается двухстадийное сжигание топлива. Из-за недостатка воздуха в ядре факела снижается его температура. При этом формируется зона горения первой стадии со значительным содержанием продуктов неполного горения и относительно небольшой концентрацией оксидов азота в продуктах сгорания топлива. По мере подвода недостающего количества воздуха из расположенной выше оси потока топливовоздушной смеси происходит их перемешивание и завершается процесс горения топлива во второй стадии. При этом общий выход оксидов азота снижается как в сравнении с одноступенчатым сжиганием топлива, так и в сопоставлении с двухстадийным сжиганием, реализуемым в горелке, конструкция которой приведена в [2]
Существенным отличительным признаком изобретения является наличие в горелочном устройстве изогнутой трубы, позволяющей часть воздуха, необходимого для горения в топочной камере топлива, подавать выше потока топливовоздушной смеси.

На чертеже представлено предлагаемое горелочное устройство.

Горелочное устройство содержит подключенный к изогнутому воздуховоду 1 корпус 2. По оси воздуховода на прямом участке 3 коаксиально размещен входной торец изогнутой трубы 4 с расположением выходного торца этой трубы выше оси корпуса 2 на расстоянии 3-4 диаметра корпуса. Внутри корпуса 2 установлен аксиальный завихритель 5 воздуха, в боковых стенках корпуса 2 размещен топливораздающий узел 6. Входной торец корпуса 2 сообщен с изогнутым участком 7 воздуховода 1, который входным сечением соединен с прямым участком 3 воздуховода. Внутри изогнутой трубы, на ее прямом участке размещен регулирующий шибер 8. Согласно данным [2] входной торец изогнутой трубы 4 расположен на расстоянии не менее шести диаметров воздуховода от ближайшего его гиба и не менее 2,5 диаметров воздуховода 1 от начала его изогнутого участка 7.

При работе горелочного устройства дутьевой воздух делится на два потока первичный и вторичный. Первичный воздух в количестве 70-80% от необходимого для полного сжигания топлива подается по изогнутому воздуховоду 1, а вторичный (20-30% ) по изогнутой трубе 4. Первичный воздух, проходя через завихритель 5, закручивается и смешивается с газообразным топливом, поступающим в виде струй из топливораздающего узла 6. Сжигание топливовоздушной смеси происходит на выходе из амбразуры горелочного устройства с недостатком воздуха, что позволяет организовать первую ступень двухстадийного сжигания топлива с продуктами неполного сгорания. Ввод вторичного воздуха выше выхода факела продуктов сгорания, образованного при сжигании топлива, смешанного с первичным воздухом, обеспечивает условия для создания двухстадийного сжигания и снижения выбросов оксидов азота с организацией второй ступени в топочной камере. Это позволит снизить температуру факела на выходе из амбразуры, предотвратить обгорание устья горелки и тем самым повысить надежность его работы.

Конструкция горелочного устройства позволяет независимо от ее тепловой нагрузки сохранять заданное соотношение расходов первичного и вторичного воздуха. При этом достигается устойчивый результат сокращения выбросов оксидов азота.

Использование: в теплоэнергетике, в частности в котельных агрегатах или других топливоиспользующих установках, в которых сжигается газообразное топливо, при необходимости снижения выбросов оксидов азота с дымовыми газами. Сущность изобретения: выходной торец трубы 4 выведен из воздуховода 1 и расположен выше его оси над корпусом 2 на расстоянии, равном 3 4 диаметра последнего. 1 ил.

ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с аксиальным завихрителем, воздуховод, подключенный к корпусу и имеющий изогнутый участок, периферийный кольцевой газовый коллектор, размещенный коаксиально корпусу, по оси воздуховода установлена труба с изогнутым участком и с открытыми входными и выходными торцами, при этом входной торец размещен до изогнутого участка воздуховода, отличающееся тем, что выходной торец трубы выведен из воздуховода и расположен выше оси корпуса на расстоянии 3 4 диаметров последнего.