ГОРЕЛКА ДЛЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА Российский патент 2005 года по МПК F23D11/12 

Изобретение относится к устройствам для распыления жидкого топлива, преимущественно мазута, и может быть использовано при его сжигании в печах тепловых агрегатов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в том числе в трубчатых и шатровых печах нефтеперерабатывающих заводов, в установках по перегонке нефти и другого углеводородного сырья.

Известна горелка для жидкого топлива, используемая в топках парогенераторов, содержащая расположенную по ее оси форсунку, отражатель, камеру сгорания, напорный воздуховод и эжекторы подачи первичного и вторичного воздуха (см. авторское свидетельство СССР №1513310 по кл. F 23 D 7/00, 1989).

Однако указанная горелка не обеспечивает стабильности факела при широкой вариации состава топлива, его параметров (давления, температуры, расхода) и соотношения расходов газа и жидкости (мазута), а главное - из-за неоднородности получаемой горючей смеси наблюдаются повышенные выбросы вредных веществ в атмосферу.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой горелки является горелка для жидкого топлива, представленная в патенте РФ №2072475 по кл. F 23 D 11/10, 1997. Горелка содержит расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку с гидравлическим отражателем и соединенные с ней паровую и топливную питательные трубы.

Поскольку каждая из упомянутых питательных труб в этой конструкции горелки образует самостоятельное ответвление, такую горелку трудно скомпоновать в виде длинного тонкого ствола компактной конструкции, требуемого по условиям эксплуатации горелки в печах нефтеперерабатывающих заводов, а то, что паровая питательная труба присоединена радиально к корпусу самой форсунки, не позволяет получить достаточно однородную горючую смесь. Другим недостатком прототипа является то, что топливо и пар поступают в смесительную камеру форсунки параллельными потоками вдоль оси горелки, что не позволяет добиться максимально высокой степени измельчения топлива, особенно в случае использования мазута. Кроме того, в конструкции этой горелки отсутствует устройство регулирования подачи топлива, которое позволяло бы обеспечивать устойчивую подачу топлива в смесительную камеру форсунки при колебаниях давления пара, а также в случае необходимости изменять номинальную производительность горелки.

Техническим результатом изобретения является максимальная компактность конструкции горелки, требуемая по условиям эксплуатации горелки в печах нефтеперерабатывающих заводов, снижение содержания экологически вредных примесей в продуктах сгорания за счет повышения качества распыла и полноты сгорания топлива, устойчивость подачи его в смесительную камеру форсунки, а также возможность, в случае необходимости, изменения номинальной производительности горелки путем несложного видоизменения одного из узлов горелки.

Указанный технический результат достигается тем, что в горелке для жидкого топлива, преимущественно мазута, содержащей расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку с гидравлическим отражателем и соединенные с ней топливную и паровую питательные трубы, последняя выполнена в виде ствола, охватывающего топливную питательную трубу и образующего с ней кольцевой канал, соединенный с источником пара радиальной питательной трубой; упомянутый гидравлический отражатель аэродинамической форсунки выполнен в виде конической выемки, установленной в ее смесительной камере на входе топливного сопла; паровые сопла аэродинамической форсунки расположены радиально или тангенциально в зоне между торцом гидравлического отражателя и выходом топливного сопла. При этом горелка снабжена устройством регулирования подачи топлива - стабилизатором подачи топлива, выполненным в виде установленного в топливной питательной трубе пакета дроссельных шайб, причем в упомянутом пакете дроссельных шайб применены дроссельные шайбы двух типов - с центральным отверстием и с отверстием, смещенным относительно оси дроссельной шайбы.

На фиг.1 показан продольный разрез горелки, на фиг.2 - продольный разрез аэродинамической форсунки горелки, на фиг.3 - сечение по А-А фиг.2, на фиг.4 - узел стабилизатора подачи топлива в разрезе: а) с максимальным количеством дроссельных шайб; б) с уменьшенным количеством дроссельных шайб.

Как показано на фиг.1, предлагаемая горелка для жидкого топлива содержит расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку 1, снабженную гидравлическим отражателем 2, и соединенные с ней топливную 3 и паровую 4 питательные трубы.

В соответствии с целью изобретения паровая питательная труба 4 выполнена в виде ствола заданной длины (до 650 мм), охватывающего топливную питательную трубу 3 и образующего с ней кольцевой канал 5, соединенный с источником пара радиальной питательной трубой 6. Топливная питательная труба 3 соединена с топливоподающей системой с помощью топливного фланцевого соединения 7, причем левый фланец этого соединения, как показано на фиг.1, имеет утолщение 8 с конусной поверхностью, к которой своим правым концом приварена паровая питательная труба 4. Своим левым концом эта труба опирается на три вкладыша 9 (см. фиг.2 и 3), приваренные к левому концу топливной питательной трубы 3. Правый конец этой трубы приварен встык к трубчатому ответвлению упомянутого левого фланца.

Аэродинамическая форсунка 1 горелки (фиг.2) состоит из стаканообразного корпуса 10 с выходными соплами 11 и расположенного внутри него завихрителя 12, образующих смесительную камеру 13. Завихритель 12 соединен с левым концом топливной питательной трубы 3 через топливный наконечник 14, с которым он имеет резьбовое соединение. Сам топливный наконечник 14 приварен к левому концу топливной питательной трубы 3.

Аналогичным образом корпус 10 форсунки соединен с паровой питательной трубой 4 через паровой наконечник 15, приваренный к левому концу этой трубы. Резьбовые соединения уплотнены кольцевыми уплотнениями 16 и 17 соответственно.

Как показано на фиг.2, гидравлический отражатель 2 форсунки выполнен в виде стержня, установленного в смесительной камере 13 по ее оси на выходе топливного сопла 18. Рабочий торец отражателя 2 снабжен конической выемкой, угол которой при вершине конуса может быть взят в пределах 90-150°. Паровые сопла 19, выполненные в завихрителе 12, расположены радиально или тангенциально в зоне между рабочим торцом отражателя 2 и выходом топливного сопла 18. Эта зона, в которой струя топлива, истекающая из топливного сопла 18, разбивается, ударяясь о рабочий торец отражателя 2, является первой, гидравлической, ступенью распыла топлива. Вторая, газовая, ступень распыла, где происходит “размалывание” топлива паром, находится в той части смесительной камеры 13, которая окружает стержень отражателя 2.

Предлагаемая горелка снабжена устройством регулирования - стабилизатором 20 подачи топлива (фиг.1, 4), который представляет собой пакет или набор дроссельных шайб 21, установленный на входе топливной питательной трубы 3. Дроссельные шайбы 21 помещены в трубчатый корпус 22 со стопорной втулкой 23 и фланцем 24 и зафиксированы винтом 25. Такова конструкция стабилизатора подачи топлива при применении максимального количества дроссельных шайб (в нашем примере на фиг.4а - семь дроссельных шайб). В случае необходимости уменьшения количества дроссельных шайб, например до трех, как показано на фиг.4б, между пакетом дроссельных шайб и винтом 25 устанавливают распорную втулку 26. Количество дроссельных шайб в стабилизаторе подачи топлива определяется требуемым расходом топлива.

Стабилизатор подачи топлива фиксируют в топливной питательной трубе, зажимая его фланец 24 между фланцами топливного фланцевого соединения, как показано на фиг.1, с применением уплотнительных прокладок 27.

В описанном стабилизаторе подачи топлива применены дроссельные шайбы двух типов: с центральным отверстием и с отверстием, смещенным относительно оси дроссельной шайбы. Они установлены, чередуясь между собой и таким образом создавая зигзагообразное течение топлива, что более эффективно сглаживает возможные пульсации давления в топливоподающей системе. В целом стабилизатор подачи топлива предназначен для изменения номинальной производительности горелки и обеспечения устойчивой подачи топлива в смесительную камеру при колебаниях давления пара перед горелкой.

Горелка работает следующим образом.

Топливо подводится к фланцевому соединению 7 (см. фиг.1) и, проходя сквозь стабилизатор 20 подачи топлива, поступает в топливную питательную трубу 3 и далее через топливное сопло 18 (см. фиг.2) в смесительную камеру 13 форсунки. При этом струя топлива ударяется о коническую выемку на рабочем торце отражателя 2, что усиливает распыл топлива.

Сжатый пар через радиальную питательную трубу 6 поступает в кольцевой канал 5, образованный топливной 3 и паровой 4 питательными трубами. Затем пар через паровые сопла 19, радиально или тангенциально просверленные в завихрителе 12, поступает в смесительную камеру 13, а именно в ее первую ступень распыла, находящуюся в зоне между гидравлическим отражателем 2 и выходом топливного сопла 18, подхватывает разбившуюся об отражатель струю топлива и продолжает затем перемалывать его во второй ступени распыла - в зоне вокруг стержня гидравлического отражателя 2. Образовавшаяся таким образом мелкодисперсная паротопливная смесь через выходные сопла 11 форсунки поступает в амбразуру печи. При выходе из сопел 11 топливо дополнительно дробится за счет резкого расширения пара и топлива.

Дополнительное управление режимом работы горелки производят изменением подачи в нее пара и топлива.

Горелка особенно эффективна при сжигании мазута.

Источники информации

SU 1513310 А1, 07.10.1989.

RU 2072475 С1, 27.01.1997 (прототип).

Горелка выполнена в виде ствола заданной длины (до 650 мм). Топливо, проходя сквозь стабилизатор подачи топлива, поступает в топливную питательную трубу и далее через топливные сопла в смесительную камеру форсунки. При этом струя топлива ударяется о коническую выемку на рабочем торце отражателя, что усиливает распыл топлива. Сжатый пар поступает в кольцевой канал, образованный топливной и паровой питательными трубами. Затем пар через паровые сопла, радиально или тангенциально просверленные в завихрителе, поступает в первую (гидравлическую) ступень распыла смесительной камеры, находящуюся в зоне между торцом гидравлического отражателя и выходом топливного сопла, подхватывает разбившуюся об отражатель струю топлива и продолжает затем перемалывать его во второй (газовой) ступени распыла - в зоне вокруг стержня гидравлического отражателя. Горелка особенно эффективна при сжигании мазута. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Горелка для жидкого топлива, преимущественно мазута, содержащая расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку с гидравлическим отражателем и соединенные с ней топливную и паровую питательные трубы, отличающаяся тем, что указанная паровая питательная труба выполнена в виде ствола, охватывающего топливную питательную трубу и образующего с ней кольцевой канал, соединенный с источником пара радиальной питательной трубой, а упомянутый гидравлический отражатель аэродинамической форсунки выполнен в виде конической выемки, установленной в ее смесительной камере на входе топливного сопла.2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что паровые сопла аэродинамической форсунки расположены радиально или тангенциально в зоне между гидравлическим отражателем и выходом топливного сопла.3. Горелка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она снабжена устройством регулирования - стабилизатором подачи топлива, выполненным в виде установленного в топливной питательной трубе пакета дроссельных шайб.4. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что в упомянутом стабилизаторе подачи топлива применены дроссельные шайбы двух типов - с центральным отверстием и с отверстием, смещенным относительно оси дроссельной шайбы.