ГОРЕЛКА Российский патент 1998 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии на технологических печах.

Известна горелка, содержащая газовый коллектор с отверстиями для выхода газа, стабилизатор пламени, лопаточный завихритель для регулирования подачи воздуха и мазутную форсунку [1].

Однако эта горелка имеет повышенную сложность конструкции и предъявляет высокие требования к качеству топлива, подаваемого на сжигание.

Наиболее близкой к предложенной является горелка, содержащая кольцевой газовый коллектор с осевыми и радиальными отверстиями для выхода газа, воздухоподводящий корпус с регулятором подачи воздуха, коническую обечайку для регулировки формы пламени и мазутную форсунку [2].

Недостаток этой горелки - низкое номинальное давление мазута перед горелкой, вследствие чего обнаруживается недостаточный распыл и низкая линейная скорость жидкого топлива (мазута) перед зоной горения, а также повышенное коксообразование на внутренних элементах мазутной форсунки. Кроме того, из-за недостаточной линейной скорости мазута происходит его частичное "передавливание" распыливающим паром в зоне смесеобразования. Все это снижает коэффициент полезного действия горелки и ее тепловую мощность.

Изобретение направлено на увеличение давления мазута перед горелкой.

Это достигается тем, что в горелке, содержащей кольцевой газовый коллектор с осевыми и радиальными отверстиями для выхода газа, воздухоподводящий корпус с регулятором подачи воздуха, коническую обечайку для регулировки формы пламени и мазутную форсунку, последняя снабжена прикрепленным к ее входной части коническим расширяющимся ко входу форсунки стаканом с отверстиями в его стенке для подачи мазута.

Указанный конический стакан с отверстиями обеспечивает соударение поступающих через отверстия отдельных струй мазута (жидкого топлива) с образованием эффекта кумуляции.

На фиг.1 изображена предлагаемая горелка в общем виде; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1 с указанием схем потоков и скоростей.

Горелка состоит из газовой части, содержащей кольцевой газовый коллектор 1 с осевыми 2 и радиальными 3 отверстиями для выхода газа, воздухоподводящий корпус 4 с регулятором 5 подачи воздуха, коническую обечайку 6 с отверстиями 7, и жидкостной части, содержащей мазутную форсунку 8 с прикрепленным к ее входной части коническим расширяющимся ко входу форсунки стаканом 9 с отверстиями 10 в его стенке.

Для подачи мазута в конический стакан 9 его отверстия 10 соединены с мазутоподводящим трубопроводом (не показан), посредством патрубков 11.

Горелка работает следующим образом.

В газовый коллектор 1 подают газ, а в конический стакан 9 по патрубкам 11 - мазут. Через регулятор подачи воздуха 5 поступает воздух, который в периферийной части воздухоподводящего корпуса 4 смешивается с газом, истекающим из осевых 2 и радиальных 3 отверстий газового коллектора. Часть газа проходит отверстия 3 и 7 в коллекторе 1 и обечайке 6, соответственно, смешивается с воздухом и сгорает в бесцветном коротком факеле. Другая часть газа скользит вдоль обечайки, сливается в сплошное облако и в высокотемпературной зоне сгорает с образованием удлиненного факела заданной светимости.

В конический стакан 9 мазут поступает в виде отдельных потоков I и II со скоростью w₀ и сходящимися фронтами с углом при вершине 2α (см. фиг.2). При столкновении таких потоков происходит явление кумуляции и образуется кумулятивная струя III, скорость w которой в несколько раз больше входящей скорости w₀ потоков I и II.

Формирование кумулятивной струи проиллюстрируем на основе уравнений, с использованием обозначений на фиг.2. Скорость кумулятивной струи w равна:

Скорости v и v₁ определяются из треугольника скоростей в зависимости от w₀:

тогда

С учетом того, что

получим:

Из последнего уравнения следует, что скорость образующейся кумулятивной струи мазута w, а следовательно и ее давление, может в несколько раз превышать скорость w₀ сходящихся потоков I и II. Например, при угле раскрытия стаканами 2α = 60^° скорость кумулятивной струи w в 3,7 раза выше начальной скорости w₀, и, соответственно, давление кумулятивной струи возрастает в 13,9 раза по сравнению с начальным давлением.

Из конического стакана 9 кумулятивный поток жидкого топлива поступает в мазутную форсунку 8, где происходит его смесеобразование с паром и тонкий распыл топлива. На выходе из форсунки 8 топливная смесь подхватывается потоком воздуха, поступающего по центральной части воздухоподводящего корпуса 4 и выносится в зону горения, где происходит ее высокотемпературный пиролиз.

Увеличение давления мазута и, как следствие, более тонкий и качественный распыл жидкого топлива при использовании предлагаемой горелки позволит по сравнению с прототипом увеличить коэффициент полезного действия горелки, снизить коксообразование и количество вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, при работе горелки только на мазуте достигается требуемая тепловая мощность и длина факела за счет увеличения линейных скоростей движения жидкого топлива и производительности мазутной форсунки.

Источники информации:
1. Гилод В. Я. Сжигание мазута в металлургических печах. - М.: Металлургия, 1973, с. 161-170.

2. Патент РФ N 2052724, F 23 D 17/00, F 23 C 1/08, 01.02.94 г. (прототип).

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии на технологических печах и направлено на увеличение давления мазута перед горелкой. Горелка состоит из газовой части, содержащей кольцевой газовый коллектор 1 с осевыми 2 и радиальными 3 отверстиями для выхода газа, воздухоподводящий корпус 4 с регулятором 5 подачи воздуха, коническую обечайку 6 с отверстиями 7, и жидкостной части, содержащей мазутную форсунку 8 с прикрепленным к ее входной части коническим расширяющимся ко входу форсунки стаканом 9 с отверстиями 10 в его стенке. Для подачи мазута в конической стакан 9 с отверстиями 10 соединены с мазутоподводящим трубопроводом (не показан), например, посредством патрубков 11. Технический результат заключается в увеличении давления мазута и более качественном распыле жидкого топлива. 2 ил.

Горелка, содержащая кольцевой газовый коллектор с осевыми и радиальными отверстиями для выхода газа, воздухоподводящий корпус с регулятором подачи воздуха, коническую обечайку для регулировки формы пламени и мазутную форсунку, отличающаяся тем, что мазутная форсунка снабжена прикрепленным к ее входной части коническим расширяющимся к входу форсунки стаканом с отверстиями в его стенке для подачи мазута.