ГОРЕЛКА Российский патент 2012 года по МПК F23C99/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих жидкое топливо.

Известна горелка, содержащая воздушный короб с прямоугольным насадком и форсунку для распыливания жидкого топлива, установленную в вертикальной плоскости симметрии воздушного короба (В.А.Спейшер, А.Д.Горбаненко. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. М., Энергоиздат, 1982, с.72-99). Недостаток горелки - высокий температурный уровень, развиваемый жидкотопливным факелом, вследствие чего в направлении выходного сечения горелки формируется большой тепловой лучистый поток, вызывающий активное терморазрушение горелочных насадков и необходимость их частых ремонтов и замен. Кроме того, высок уровень выхода с продуктами сгорания вредных оксидов азота.

Известна также горелка, содержащая воздушный короб и несколько форсунок для распыливания жидкого топлива, установленных в вертикальной плоскости симметрии воздушного короба в вертикальный ряд (авторское свидетельство СССР №1458675, МПК F27В 7/36 от 14.10.86 г.; БИ №6 от 15.02.89 г.). Недостаток горелки - высокий температурный уровень, развиваемый жидкотопливным факелом, вследствие чего в направлении выходного сечения горелки формируется большой тепловой лучистый поток, вызывающий активное терморазрушение горелочных насадков и необходимость их частых ремонтов и замен. Кроме того, высок уровень выхода с продуктами сгорания вредных оксидов азота.

Известна горелка, содержащая воздушный короб и форсунку для распыливания жидкого шлама, установленную в вертикальной плоскости симметрии воздушного короба (Выбор технологии сжигания сгущенных шламов в энергетических котлах / А.М.Хидиятов, В.В.Осинцев, С.П.Костовецкий и др. // Электрические станции, №6, 1990. - с.12-16). Недостаток - большой недожог и перерасход топлива.

Известна горелка, содержащая воздушный короб и установленные внутри короба форсунки для распыливания жидкого топлива и обводненного жидкотопливного шлама, появляющегося на ТЭС и котельных при периодических промывках систем хранения и подачи мазута к котлам (Подготовка мазута к сжиганию на металлургических предприятиях / Я.М.Щелоков, А.А.Винтовкин // Промышленная энергетика, №10, 1985. - с.23-25). Недостаток - большой недожог и перерасход топлива.

Известна также наиболее близкая по конструкции горелка, содержащая два примыкающих друг другу параллельных вертикально-щелевых прямоугольных равных по высоте короба первичного и вторичного воздуха, оснащенных вертикально-щелевыми конфузорными насадками с двухсторонними углами закрытия, форсунки для распыливания жидкого топлива, размещенные в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха в вертикальный ряд, и форсунки для распыливания жидкотопливного шлама (патент RU №2306484, МПК F23D 17/00 от 13.06.2006 г., БИ №26 от 2007 г.). Недостаток горелки - повышенный уровень недожога и перерасход топлива, а также высокий уровень концентрации оксидов азота в период включения в работу форсунок для периодического распыливания жидкотопливного шлама.

Задачей изобретения является снижение степени недожога топлива и концентрации оксидов азота при сжигании жидкого топлива и жидкотопливного шлама.

Поставленная задача достигается в горелке, содержащей два примыкающих к друг другу параллельных вертикально-щелевых прямоугольных равных по высоте короба первичного и вторичного воздуха, оснащенных вертикально-щелевыми конфузорными насадками с двухсторонними углами закрытия, форсунки для распыливания жидкого топлива, размещенные в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха в вертикальный ряд, и форсунки для распыливания жидкотопливного шлама, согласно изобретению форсунки для периодического распыливания жидкотопливного шлама размещены также в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха и установлены между форсунками для распыливания жидкого топлива, при этом все форсунки образуют общий вертикальный ряд и установлены с равномерным шагом h_ф=(0,5-1,5)·В₁, расстояние между выходными сечениями конфузорных насадков горелки B₀=(0,5-3,5)·B₁, а ширина конфузорного насадка короба вторичного воздуха в выходном сечении В₂=(1,2-4,0)·B₁, где В₁ - ширина конфузорного насадка короба первичного воздуха в выходном сечении, м.

При размещении форсунок для распыливания жидкотопливного шлама в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха с их установкой между форсунками для распыливания жидкого топлива и образованием общего вертикального ряда с равномерным шагом h_ф=(0,5-1,5)·В₁, выдерживании расстояния между выходными сечениями конфузорных насадков B₀=(0,5-3,5)·B₁ и ширины конфузорного насадка короба вторичного воздуха в выходном сечении B₂=(1,2-4,0)·B₁ достигается поставленная задача уменьшения уровня недожога и концентрации оксидов азота в продуктах сгорания как в период утилизации жидкотопливного шлама, так и в периоды работы только на основном жидком топливе.

Например, при установке горелок в топке котла БК3-210-140Ф с шагом h_ф=1,0·B₁ и расстояниями B₀=2,0·B₁, B₂=2,0·B₁ при сжигании мазута без подачи жидкотопливного шлама степень выгорания топлива a≈1,0, концентрация оксидов азота NO_x≈250 мг/нм³. То же при вводе жидкотопливного шлама на утилизацию через форсунки в коробе первичного воздуха в количестве до 40% основного топлива а≈0,995, концентрация оксидов азота NO_x≈280 мг/нм³. При незначительном отклонении значений параметров h_ф, В₀, В₂ в пределах заявленных диапазонов в большую или меньшую стороны а≈1,0, NO_x≈250 мг/нм³ без подачи шлама и а≈0,995, NO_x≈280 мг/нм³ с подачей шлама. При достижении граничных значений хотя бы одного из параметров h_ф=0,5·B₁, h_ф=1,5·В₁, В₀=0,5·В₁, В₀=3,5·В₁, В₂=1,2·B₁, B₂=4,0·B₁ контролируемые значения a≈0,995, NO_x≈280 мг/нм³ без подачи шлама и a≈0,99, NO_x≈300 мг/нм³ с подачей шлама. Как только один из рассматриваемых параметров выходит за границы заявленных диапазонов h_ф<0,5·B₁, h_ф>1,5·В₁, B₀<0,5·B₁, B₀>3,5·B₁, В₂<1,2·В₁, В₂>4,0·В₁ значение степени выгорания топлива а≤0,96, а концентрации оксидов азота NO_x≈750 мг/нм³, как с подачей, так и без подачи шлама. Иначе, вне заявленных диапазонов параметров h_ф, В₀, В₂ значение a резко скачкообразно уменьшается, значение NO_x резко скачкообразно увеличивается. Отсюда диапазоны h_ф=(0,5-1,5)·В₁, В₀=(0,5-3,5)·В₁, В₂=(1,2-4,0)·B₁ и конструкцию горелки можно считать оптимальными, а задачу изобретения решенной.

Конструкция предлагаемой горелки поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен горизонтальный разрез горелки, установленной на стене с вертикальными экранными трубами топки, на фиг.2 - вид А на выходное сечение горелки на фиг.1; на фиг.3 - схема установки горелки на стене топки с вертикальными экранными трубами.

Горелка содержит примыкающие друг к другу параллельные между собой коробы 1, 2 первичного и вторичного воздуха, каждый короб оснащен конфузорными насадками 3, 4 с вертикальными стенами 5, 6 и 7, 8 соответственно, установленными с закрытием выходных сечений 9, 10 на углы γ₁ и γ₂. Стены конфузора 5, 6 и 7, 8 симметричны относительно плоскостей симметрии 11, 12. В коробе первичного воздуха 1 с насадком 3 установлены механические форсунки 13 для распыливания жидкого мазута - основного топлива, а также форсунки 14 для распыливания обводненного жидкотопливного шлама, получаемого периодически при промывках мазутных резервуаров и мазутопроводов (последние на фиг.1, 2, 3 не показаны). Горелка установлена с наружной стороны топки 15 на стене 16, экранированной трубами 17. В трубах 17 выполнены трубные разводки 18, 19, открывающие выход реагентным потокам из коробов 1, 2 с насадками 3, 4 через выходные сечения 9, 10 в топку 15. К коробам 1, 2 подключены воздуховоды 20, 21, а к форсункам 13, 14 - трубопроводы 22, 23 соответственно.

Работа горелки осуществляется путем подачи в коробы 1, 2 с конфузорными насадками 3, 4 первичного и вторичного потоков воздуха из воздуховодов 20, 21, а в форсунки 13, 14 основного топлива - мазута и обводненного жидкотопливного шлама из трубопроводов 22, 23 соответственно с последующим их выводом через выходные сечения 9, 10 в топку 15. В топке 15 распыленный в капли форсункой 13 мазут воспламеняется и образует жидкотопливный топочный факел. Периодически при промывках мазутных резервуаров и трубопроводов образуется обводненный жидкотопливный шлам, который без подсветки основным топливом не воспламеняется и не горит. При подаче жидкотопливного шлама в форсунки 14, размещенные между форсунками 13 основного топлива - мазута, распыленный в капли шлам воспламеняется и образует общий жидкотопливный факел. На характер горения оказывают влияние шаг установки форсунок в вертикальном ряду h_ф, расстояние между выходными сечениями конфузорных насадков В₀ и соотношение ширины выходных сечений конфузорных насадков В₂/В₁ Так, при установке горелок в топке котла БК3-210-140Ф с шагом h_ф=1,0·В₁ и расстояниями B₀=2,0·B₁, B₂=2,0·B₁ в период сжигания мазута без подачи жидкотопливного шлама степень выгорания топлива а≈1,0, концентрация оксидов азота NO_x≈250 мг/нм³. При вводе жидкотопливного шлама на утилизацию через форсунки в коробе первичного воздуха в количестве до 40% основного топлива а≈0,995, концентрация оксидов азота NO_x≈280 мг/нм³. При незначительном отклонении значений параметров h_ф, В₀, В₂ в пределах заявленных диапазонов в большую или меньшую стороны контролируемые величины равны a≈1,0, NO_x≈250 мг/нм³ без подачи шлама и соответственно а≈0,995, NO_x≈280 мг/нм³ с подачей шлама. При достижении граничных значений хотя бы одного из параметров h_ф=0,5·B₁, h_ф=1,5·В₁, B₀=0,5·B₁, B₀=3,5·B₁, B₂=1,2·B₁, B₂=4,0·B₁ контролируемые значения составляют а≈0,995, NO_x≈280 мг/нм³ без подачи шлама и а≈0,99, NO_x≈300 мг/нм³ с подачей шлама. Как только один из рассматриваемых параметров выходит за границы заявленных диапазонов h_ф<0,5·В₁, h_ф>1,5·В₁, В₀<0,5·В₁, В₀>3,5·В₁, B₂<1,2·B₁, B₂>4,0·B₁, значения а≤0,96, NO_x≥750 мг/нм³, как с подачей, так и без подачи шлама. Иначе, вне заявленных диапазонов параметров h_ф, В₀, В₂, значение а резко скачкообразно уменьшается, значение NO_x резко скачкообразно увеличивается. Отсюда диапазоны h_ф=(0,5-1,5)·В₁, В₀=(0,5-3,5)·B₁, В₂=(1,2-4,0)·B₁ и конструкцию горелки можно считать оптимальными, а задачу изобретения решенной.

Горелка на фиг.1, 2, 3 может быть установлена на стенах топок других котлов, сжигать иное, например жидкое печное топливо и обводненный шлам от промывок резервуаров печного топлива.

Работа горелки на фиг.1, 2, 3 при сжигании печного топлива и его шлама осуществляется также, как при сжигании мазута и обводненного жидкотопливного шлама, получаемого после промывок мазутных резервуаров и мазутопроводов. При этом абсолютные уровни степени недожога топлива а и концентрации оксидов азота NOx в зависимости от сорта печного топлива могут отличаться от полученных значений на котле БК3-210-140Ф при сжигании мазута и жидкотопливного шлама, однако полностью сохраняется оптимальность параметров h_ф/В₁, В₀/В₁, В₂/В₁, поддерживающих максимальные значения а и минимальные значения NO_x.

Кроме того, горелка может быть установлена в топке на стене в отсутствие экранных труб при сжигании, например, дизельного топлива с использованием паромеханических форсунок. Опыт сжигания такого топлива на котле ТП-35 показал оптимальность конструкции горелки с минимальными значениями показателя NO_x и максимальными значениями показателя а при условии выдерживания заявленных диапазонов h_ф=(0,5-1,5)·B₁, B₀=(0,5-3,5)·B₁; B₂=(1,2-4,0)·B₁.

Положительный технический эффект связан с использованием горелки на котлах при сжигании жидкого топлива и жидкотопливного шлама, образующегося после промывок резервуаров для хранения и подающих топливопроводов. В сравнении с аналогами при использовании горелки снижается до 5% недожог и расход основного топлива, а также уменьшается в 2-3 раза концентрация оксидов азота с продуктами сгорания.

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих жидкое топливо, и обеспечивает снижение степени недожога топлива и концентрации оксидов азота при сжигании жидкого топлива и жидкотопливного шлама. Указанный технический результат достигается в горелке, содержащей два примыкающих друг другу параллельных вертикально-щелевых прямоугольных равных по высоте короба первичного и вторичного воздуха, оснащенных вертикально-щелевыми конфузорными насадками с двухсторонними углами закрытия, форсунки для распыливания жидкого топлива, размещенные в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха в вертикальный ряд, и форсунки для распыливания жидкотопливного шлама, причем форсунки для периодического распыливания жидкотопливного шлама размещены также в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха и установлены между форсунками для распыливания жидкого топлива, при этом все форсунки образуют общий вертикальный ряд и установлены с равномерным шагом h_ф=(0,5-1,5)·В₁, расстояние между выходными сечениями конфузорных насадков горелки В₀=(0,5-3,5)·В₁, а ширина конфузорного насадка короба вторичного воздуха в выходном сечении B₂=(1,2-4,0)·B₁, где B₁ - ширина конфузорного насадка короба первичного воздуха в выходном сечении, м. 3 ил.

Горелка, содержащая два примыкающих друг к другу параллельных вертикально-щелевых прямоугольных равных по высоте короба первичного и вторичного воздуха, оснащенных вертикально-щелевыми конфузорными насадками с двухсторонними углами закрытия, форсунки для распыливания жидкого топлива, размещенные в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха в вертикальный ряд, и форсунки для распыливания жидкотопливного шлама, отличающаяся тем, что форсунки для периодического распыливания жидкотопливного шлама размещены также в вертикальной плоскости симметрии короба первичного воздуха и установлены между форсунками для распыливания жидкого топлива, при этом все форсунки образуют общий вертикальный ряд и установлены с равномерным шагом h_ф=(0,5-1,5)·B₁, расстояние между выходными сечениями конфузорных насадков горелки B₀=(0,5-3,5)·B₁, a ширина конфузорного насадка короба вторичного воздуха в выходном сечении B₂=(1,2-4,0)·B₁, где B₁ - ширина конфузорного насадка короба первичного воздуха в выходном сечении, м.