ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2002 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топливного газа в топках печей нефтехимических предприятий.

Известна газожидкостная горелка, разработанная ВНИИНЕФТЕМАШем [1]. Она состоит из трех узлов: жидкостного, газового и воздушного. Для розжига и поддержания горения в амбразуре устанавливается пилотная горелка, которая является неотъемлемой частью основной горелки. Сама пилотная горелка зажигается и работает после розжига основной горелки.

Недостатком этой горелки является отсутствие жесткой связи основной и пилотной горелок, отклонение установочных размеров при эксплуатации приводит к нарушению горения. Кроме того, периферийное расположение пилотной горелки в момент ее розжига из-за срыва пламени воздушным потоком приводит к "хлопкам" и разрушению изоляции горелочной амбразуры.

Более надежными являются газовые горелки, в частности, для сжигания отбросных газов химических производств с использованием пилотных горелок центробежного типа [2] , выбранных в качестве прототипа. Горелка содержит воздухоподающий корпус с завихрителем и газовой трубой, установленной в корпусе с образованием кольцевого зазора. Кроме того, она содержит дополнительный завихритель и стабилизирующий насадок в виде усеченного конуса. Стабильность горения пилотной горелки обеспечивается качественным перемешиванием топливного газа и воздуха, выходящих на насадок из завихрителей, и наличием газовой трубки, обеспечивающей раннее зажигание горелки.

Недостатком газовых горелок с пилотной горелкой [2] является отсутствие возможности использования их в высокотемпературных процессах (пиролиз углеводородного сырья, синтеза газа, котельные агрегаты и т.д). Высокая радиация в топках (температура дымовых газов и материальной части в топках 1100÷400^oС) приводит к обгоранию и выходу из строя корпуса и насадка пилотной горелки.

Техническим результатом является повышение надежности работы газовой горелки с пилотной горелкой в широком диапазоне производительности для различных тепловых режимов топок печей.

Технический результат достигается тем, что в газовой горелке на выходе из вихревой смесительной камеры установлена пилотная горелка, причем отношения площади сечения газовых каналов пилотной горелки к площади сечения газовых каналов основной горелки и площади сечения сопла пилотной горелки составляют 0,03÷0,05 и 0,3÷0,6, угол наклона газовых каналов в основной и пилотной горелках к осевым линиям составляет 8÷40^o, а угол наклона поверхности дискового отражателя составляет 5÷20^o.

На чертеже показан продольный разрез заявляемой газовой горелки.

Горелка содержит корпус 1, вихревую смесительную камеру 2, выходной стабилизирующий насадок 3, против которого установлен дисковый отражатель 4, завихритель с газовыми каналами 5 и подводящей газовой трубой 9; на выходе вихревой смесительной камеры установлена пилотная горелка, содержащая корпус 6, газовые каналы для топлива 7 и газоподводящую трубу 8.

Газовая горелка работает следующим образом.

Топливный газ подается в пилотную горелку по газоподводящей трубе 8 в газовые каналы для топлива 7, в корпус 6 и на дисковый отражатель 4, где за счет центробежной силы при закрутке в корпусе разворачивается в плоский диск. Розжиг пилотной горелки осуществляется с помощью запального устройства. В свою очередь пилотная горелка является запальником для основной горелки. При включении основной горелки топливный газ подается в газоподводящую трубу 8, завихритель с газовыми каналами 5 и вихревую смесительную камеру 2. Разрежение в вихревой смесительной камере 2, возникающее за счет закрутки топлива, способствует подсосу из окружающей среды воздуха для стабилизации процесса горения. Топливовоздушная смесь из вихревой смесительной камеры 2 выходит на выходной стабилизирующий насадок 3 и разворачивается в плоский диск.

Предусматривается совместная работа основной и пилотной горелок на всех режимах работы топок - при пуске, останове, эксплуатационном режиме, при выжиге кокса и т.д., причем подача топливного газа к горелкам осуществляется по самостоятельным газопроводам.

Заявляемые соотношения геометрических размеров заявляемой газовой горелки объясняются следующим образом.

При отношении площадей сечений газовых каналов пилотной и основной горелок более 0,05 нарушаются условия использования пилотных горелок (по ГОСТ 21204-95 тепловая мощность их не должна превышать 5% номинальной тепловой мощности основной горелки).

При отношении площадей газовых каналов менее 0,03 значительно снижается объем топлива из пилотной горелки, падает его концентрация в плоском настильном диске за счет разбавления дымовыми газами, нарушается процесс горения.

При отношении площади газовых каналов пилотной горелки к площади выходного сопла диаметром D более 0,6 резко возрастает скорость топливного газа в пристенной области и на выходе из горелки, что способствует увеличению разрежения по оси горелки и потоку дымовых газов из топки. Встречные потоки топлива и дымовых газов приводят к образованию вихрей, нарушается геометрия плоского настильного факела, пламя становится нестабильным.

При отношении площади газовых каналов пилотной горелки к площади сопла диаметром D менее 0,3 значительно падает окружная скорость топливного газа на выходе из горелки, нарушается конфигурация плоского настильного пламени, объемное горение приводит к нарушению необходимого контакта топлива с воздухом, пламя теряет свою стабильность.

При угле наклона γ газовых каналов в основной и пилотной горелках к осям более 8^o, при верхних значениях производительностей, из-за резкого уменьшения осевой составляющей скорости топливного потока происходит частичный выброс его в окружающую среду, нарушается режим работы горелки.

При угле наклона γ газовых каналов в основной и пилотной горелках к осям менее 40^o резко возрастает осевая составляющая скорости топливного потока и падает окружная, что приводит на выходе из сопел к нарушению геометрии факелов, объемному горению, нарушению теплового режима топок.

При угле наклона α поверхности дискового отражателя более 20^o топливный газ с пилотной горелки, внедряясь в топливовоздушный поток основной горелки под большим углом, нарушает его плоскую геометрию, приводит к вихревому объемному горению, пламя становится нестабильным.

При угле наклона α поверхности дискового отражателя менее 5^o топливный газ от пилотной горелки недостаточно контактирует с топливовоздушным потоком основной горелки. Тяга в топке, нарушая геометрию плоского диска топливного газа, не обеспечивает полного контакта топлива с необходимым для горения воздухом, наблюдается пульсационное нестабильное горение.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Шарихин В.В., Ентус Н.Р., Коновалов А.А., Скороход А.А. Трубчатые печи нефтегазопереработки и нефтехимии - М., 2000, с.56-57.

2. А. с. 16031145 (СССР). Пилотная горелка. /ГосНИИ азотной промышленности и продуктов оргсинтеза и Ионавское ПО "Азот"; Авт.изобр. Э.А.Гудымов, В. И. Бродин, Р.Е.Мудренко, Л.И.Каминскас и В.К.Берсенас - Заявл. 23.05.88 4441009/24-06; Опубл. В Б. И. , 1990, 40, МКИ F 23 Q 9/00, УДК 662.951.2 (088.8).

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топливного газа в топках печей нефтехимических предприятий. Технический результат: повышение надежности работы газовой горелки с пилотной горелкой в широком диапазоне производительности для различных тепловых режимов топок печей достигается тем, что в газовой горелке на выходе из вихревой смесительной камеры установлена пилотная горелка, причем отношения площади сечения газовых каналов пилотной горелки к площади сечения газовых каналов основной горелки и площади сечения сопла пилотной горелки составляют 0,03-0,05 и 0,3-0,6, угол наклона газовых каналов в основной и пилотной горелках к осевым линиям составляет 8-40^o, а угол наклона поверхности дискового отражателя составляет 5-20^o. 1 ил.

Газовая горелка, содержащая корпус, вихревую смесительную камеру с выходным стабилизирующим насадком, завихритель с газовыми каналами и осевую трубку раннего зажигания, отличающаяся тем, что на выходе вихревой смесительной камеры установлена пилотная горелка, причем отношения площади сечения газовых каналов пилотной горелки к площади сечения газовых каналов основной горелки и площади сечения сопла пилотной горелки составляют 0,03-0,05 и 0,3-0,6, угол наклона газовых каналов в основной и пилотной горелках к осевым линиям составляет 8-40^o, а угол наклона поверхности дискового отражателя составляет 5-20^o.