ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК F23Q9/00 

Изобретение относится к горелочным устройствам, применяемым для распыления и сжигания жидкого, преимущественно водоугольного (ВУТ) и мазутного топлива.

Изобретение может быть использовано в теплоэнергетике, а также в отраслях промышленности, где применяются теплогенерирующие установки, работающие на жидком топливе, например, в металлургической промышленности.

Известны конструкции центробежных, механических и пневмомеханических форсунок (1. Адамов В.Л. Сжигание мазута в топках котлов. -Л.: Недра, 1984 г., с. 38, с.118. 2. Ахмедов P.Б., Цирульников Л.М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. - Л.: Недра, 1984 г., с.32. 3. Пажи Д.Г., Галустов В. С, Основы техники распыливания жидкостей. -М.: Химия, 1984 г., с.168-170).

Недостатками указанных форсунок являются:
- низкая эффективность при распыливании высоковязкого жидкого топлива, каким являются водоугольное и мазутное топливо;
- возможность забивания каналов сопл форсунки твердыми частицами, находящимися в водоугольном топливе.

Известна также конструкция центробежной форсунки для распыления и сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, обеспечивающая эффективное распыление топлива (Мурко В.И., Фомичева М.П., Храмешкин С.И "Центробежная форсунка. Заявка N 97114438 или Перегудов B.C. и др. Плазменный розжиг мазутного факела, Энергетика, 1997, N 2, c. 16 - 17). Недостатком предложенной конструкции является то, что вследствие низкой реакционной способности и относительно малой калорийности используемого ВУТ (< 5000 ккал/кг) необходимо устанавливать дополнительный источник тепловыделения (например, мазутную или газовую форсунку) для зажигания и стабилизации горения ВУТ, т.е. устанавливать дополнительное устройство. В то же время факел водоугольного топлива без дополнительной подсветки горит в отдельных случаях с малой светимостью и температурой факела, что ограничивает область применения форсунок в тепловых агрегатах, требующих более высокой температуры и светимости факела, например, в металлургических печах.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности сжигания водоугольного топлива и расширения области его использования.

Для достижения поставленной задачи предлагается конструкция горелочного устройства, дозволяющая обеспечить додачу дополнительного высокореакционного жидкого топлива, например, мазута, солярового масла и т.д. С этой целью в горелочном устройстве камера для приема топлива снабжена дополнительным тангенциальным патрубком для подачи дополнительного более реакционного топлива, установленным по ходу подачи основного водоугольного топлива. При этом расстояние в радиальном направлении от оси горелочного устройства до осей основного и дополнительного патрубков для подачи топлив связаны соотношением
R_g=R_o+r_o+r_g, (1)
где R_g, R_o - расстояние в радиальном направлении между осью горелочного устройства и осями дополнительного и основного патрубков соответственно;
r_o, r_g - половина характерного размера в радиальном направлении поперечного сечения основного и дополнительного патрубков соответственно на входе в камеру приема топлива.

Кроме того, в обтекателе выполнено осевое сквозное отверстие, в котором установлено запальное устройство, необходимое для зажигания дополнительного высокореакционного топлива (мазут, солярное масло) в начальный период работы горелочного устройства.

Таким образом, новыми отличительными признаками в конструкции горелочного устройства являются:
- оборудование камеры приема топлива дополнительным патрубком для подачи дополнительного более реакционного топлива, установленным по ходу подачи основного топлива;
- выполнение соотношения (1) при оборудовании дополнительного патрубка;
- в обтекателе выполнено сквозное осевое отверстие, в котором установлено запальное устройство.

На фиг.1 представлены разрез горелочного устройства и вид по стрелке А; на фиг.2 - разрезы В-В и Г-Г.

Горелочное устройство состоит из корпуса 1 с камерой для приема осевого воздуха 2, камерой для приема двух видов топлива 3 и камерой для приема воздуха и смешения воздуха с топливом 4. Камера 3 оборудована патрубком 5 для подачи основного водоугольного топлива, а также дополнительным тангенциальным патрубком 6, установленным по ходу подачи основного топлива. Кроме того, конструктивные параметры размещения патрубков от оси горелочного устройства связаны соотношением (1). Между камерами 3 и 4 установлены направляющие лопасти 7 с образованием между собой тангенциальных каналов для входа потока воздуха в камеру смешения. В центральном отверстии выходного фланца установлен обтекатель 8 с коническими винтовыми каналами для выхода распыленного топлива, В обтекателе выполнено осевое сквозное отверстие, в котором установлено запальное устройство 9.

Горелочное устройство работает следующим образом.

Дополнительное высокореакционное топливо (мазут, солярное масло) подается в камеру приема топлива 3 через тангенциальный патрубок 6 и далее в камеру для смешения топлива с воздухом. Воздух на смешение и раскручивание топлива поступает через тангенциальные патрубки и далее через тангенциальные каналы, образованные направляющими лопастями. В результате взаимодействия вращающегося потока топлива и воздушных потоков образуется гомогенизированная топливно-воздушная смесь. Закрученная смесь топлива и воздуха срывается высокоскоростным осевым воздушным потоком, подаваемым через винтовые каналы, расположенные на внешней поверхности обтекателя. Вылетающая с высокой скоростью через сопла топливно-воздушная смесь эффективно распыляется и воспламеняется за счет теплового воздействия включенного запального устройства, установленного в осевом сквозном отверстии обтекателя. После установления устойчивого горения высокореакционного топлива и прогрева камеры сгорания осуществляется подача основного водоугольного топлива в камеру приема топлива горелочного устройства через основной тангенциальный патрубок 5. В камере приема топлива происходит первичное смешение более тяжелого водоугольного топлива ( ρ = 1180-1250 кг/м³) с мазутом или соляровым маслом ( ρ = 900-950 кг/м³). При этом вследствие увеличенного радиуса тангенциальной подачи согласно соотношению (1) более "легкого" высокореакционного жидкого топлива, осуществляемой по ходу основного, более "тяжелого" ВУТ, происходит отжимание более "легкого" топлива к оси камеры приема топлива, что улучшает процесс предварительного смешения топлив в приемной камере.

Хорошо гомогенизированная и распыленная смесь топлив (основного и дополнительного высокореакционного) и воздуха, попадая в предварительно прогретое пространство камеры сгорания, обеспечивает дальнейшее развитие и полную стабилизацию процесса горения. При этом процесс горения происходит устойчиво и при высокой светимости факела. Запальное устройство отключается и при необходимости может быть удалено от высокотемпературного ядра пламени.

Таким образом, предложенная конструкция горелочного устройства обеспечивает надежное зажигание дополнительного высокореакционного топлива (мазут, соляровое масло) в начальный период работы и стабильное горение c высокой светимостью факела смеси топлив.

Эффективность работы горелочного устройства подтверждается результатами промышленных испытаний по сжиганию смеси топлив: водоугольного топлива и мазута в зажигательном горне агломашины на Абагурской аглофабрике ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат". В зажигательном горне агломашины были установлены 3 форсунки: N 1 - центробежная форсунка для подачи и сжигания водоугольного топлива, N 2 - горелочное устройство предлагаемой конструкции для подачи и сжигания ВУТ и мазута, N 3 - мазутная форсунка обычной конструкции (прямоструйная).

В процессе испытаний было установлено, что при работе только центробежной форсунки N 1, работающей только на ВУТ, температура факела составляла 1000-1200^oC, что не обеспечивало необходимую температуру для процесса зажигания агломерационной шихты (1300-1400^oC). В результате требовалось включение мазутной форсунки N 3. При работе горелочного устройства N 2, также как и мазутной форсунки (N 3) обеспечивалась необходимая температура для зажигания аглошихты.

В таблице представлены данные по результатам работы форсунок и горелочного устройства.

Как видно из данных таблицы, использование горелочного устройства для совместного сжигания ВУТ и мазута позволило обеспечить необходимую температуру факела и зажигание аглошихты за счет повышения эффективности сжигания ВУТ, при этом отмечена устойчивая работа горелочного устройства. Технико-экономические расчеты показали, что использование горелочного устройства позволяет экономить расход мазута за счет эффективного сжигания ВУТ. При этом экономия каждых 10% мазута на аглофабрике дает экономический эффект 1 млрд.руб. в год (в ценах 1997 г.).

На фиг, 3 представлена: фотография факела ожигаемой смеси водоугольного топлива и мазута, распыленных горелочным устройством предлагаемой конструкции в зажигательном горне агломашины на Абагурской аглофабрике ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат".

Изобретение может быть использовано в топливной промышленности, а также теплогенерирующих установках, работающих на жидком топливе, используемых в других отраслях промышленности, например в металлургической промышленности. Изобретение позволяет за счет использования дополнительного высокореакционного топлива (мазут, солярное масло) и запального устройства производить зажигание и устойчивое горение водоугольного топлива, обеспечить более высокую температуру и светимость факела. Сущность изобретения заключается в том, что горелочное устройство для распыления и сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива снабжено дополнительным тангенциальным патрубком для подвода дополнительного высокореакционного топлива, установленным по ходу подачи основного топлива, при этом расстояние в радиальном направлении от оси горелочного устройства до осей основного и дополнительного патрубков связаны соотношением R_g = R_o+r_o+r_g, где R_g, R_о - расстояние в радиальном направлении от оси горелочного устройства до осей дополнительного и основного патрубков соответственно; r_o, r_g - половина характерного размера в радиальном направлении поперечного сечения основного и дополнительного патрубков соответственно; а в обтекателе выполнено сквозное осевое отверстие, в котором установлено запальное устройство. 1 табл., 4 ил.

Горелочное устройство для сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, включающее корпус с камерой для приема топлива с тангенциальным патрубком, патрубки для подвода сжатого воздуха, обтекатель, отличающееся тем, что камера снабжена дополнительным патрубком для подачи дополнительного топлива, установленным по ходу подачи основного топлива, при этом расстояние в радиальном направлении от оси горелочного устройства до осей основного и дополнительного патрубков связаны соотношением
R_д = R_о + r_о + r_д,
где R_д, R_о - расстояние в радиальном направлении от оси горелочного устройства до осей дополнительного и основного патрубков, соответственно;
r_о, r_д - половина характерного размера в радиальном направлении поперечного сечения основного и дополнительного патрубков соответственно,
а в обтекателе выполнено сквозное осевое отверстие, в котором установлено запальное устройство.