МАЗУТНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2012 года по МПК F23D11/44 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к конструкции мазутных и газомазутных горелок, систем сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных областях техники.

Как известно, мазут, применяющийся в качестве жидкого топлива для горелочных устройств котельных и теплоэнергетических установок, наряду с рядом положительных свойств (низкая стоимость, высокая теплота сгорания) имеет такие недостатки, как широкий разброс химического состава и значительная вязкость. Это приводит к тому, что однородный и мелкодисперсный распыл мазута, осуществляемый при помощи топливных форсунок мазутных горелок, вызывает значительные трудности, заключающиеся в необходимости создания высокого перепада давлений на топливной форсунке для обеспечения мелкодисперсного распыла мазута. Естественно, это приводит к увеличению габаритов форсунки и запорно-регулирующей арматуры горелочных устройств, а также к увеличению потребной механической мощности на валу топливного насоса, нагнетающего мазут в форсунку. Другой путь, приводящий к снижению вязкости распыливаемого мазута и, следовательно, к уменьшению среднестатистического размера капель последнего - это нагрев мазута до высоких температур. Конкретное значение температуры мазута, обусловливающее его вязкость, достаточную для удовлетворительного качества распыла, зависит от марки мазута и типа форсунки, осуществляющей распыл последнего. Например, для мазута марки M100 ГОСТ 10585-75, распыляемого гидравлической форсункой, эта температура составляет приблизительно 140°C.

Однако если увеличением давления и температуры перед топливной форсункой можно добиться определенного снижения среднестатистического диаметра капель распыленного мазута, то ликвидировать широкий разброс размеров капель относительно среднестатистического и обеспечить равномерное распределение их по всему объему зоны горения указанными способами не представляется возможным. К тому же, горение капель мазута в среде воздуха, как и любое гетерогенное горение, характеризуется ограниченными площадями соприкосновения горючего (в данном случае - мазута) и окислителя (воздуха), что способствует неполному сгоранию топлива в зоне горения. Применительно к известным в настоящее время конструкциям мазутных горелочных устройств и осуществляемым в них процессам сжигания мазута, следует отметить, что, обладая определенной неполнотой сгорания топлива, они имеют относительно низкую экономичность и экологические показатели (неполное сгорание мазута приводит к наличию в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, угарного газа, углеводородных соединений) (см. RU №2013694. F23D 11/44, 1991).

Известна также мазутная горелка включающая корпус в полости которого, на продольной оси размещена, выполненная с возможностью подогрева мазутная форсунка, концентрично охватывая которую выполнен канал подвода первичного воздуха, при этом канал подвода вторичного воздуха выполнен концентрично каналу первичного воздуха, причем на выходном сечении канала первичного воздуха размещен его завихритель, кроме того, горелка снабжена дутьевым вентилятором, выполненным с возможностью подачи воздуха в каналы подвода первичного и вторичного воздуха, кроме того, горелка снабжена подогревателем мазута и снабжена топливным насосом выполненным с возможностью подачи мазута из подогревателя в мазутную форсунку (см. ОЛИМПИЯ КО., ЛТД, - Korea.: «Olympia». 2006 г. (ст.13)).

Недостатком данного типа горелок является использование в качестве подогревателя мазута до рабочей температуры штатного подогревателя мазута с поверхностными электронагревательными элементами, что обуславливает низкую надежность их работы, при разогреве тяжелых мазутов, ввиду интенсивного закоксовывания поверхности греющих электротенов.

Дутьевой воздух в горелке, подаваемый в зону распыла мазута, при смесеобразовании и воспламенении мазутного факела имеет низкую температуру, принимаемую по нормам 30°C, что снижает интенсивность испарения капель распыленного и нагретого до рабочей температуры мазута и охлаждает конус распыленного мазута.

Кроме того, наличие единого нестабилизированного потока воздуха в корпусе горелки, снижает эффективность смесеобразования при разделении его на первичный и вторичный потоки в дисковом радиальном завихрителе первичного воздуха, что приводит к нестабилизированному истечению факела из выходного патрубка горелки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение качественного выгорания мазута и уменьшение светящейся длины факела.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении надежности системы подогрева мазута до рабочей температуры, обеспечении процесса интенсивного испарения распыленного мазута на выходе из форсунки и стабилизация аэродинамики факела на выходе из выходного патрубка горелки.

Поставленная задача решается тем, что мазутная горелка, включающая корпус в полости которого, на продольной оси размещена, выполненная с возможностью подогрева мазутная форсунка, концентрично охватывая которую выполнен канал подвода первичного воздуха, при этом канал подвода вторичного воздуха выполнен концентрично каналу первичного воздуха, причем на выходном сечении канала первичного воздуха размещен его завихритель, кроме того, горелка снабжена дутьевым вентилятором, выполненным с возможностью подачи воздуха в каналы подвода первичного и вторичного воздуха, кроме того, горелка снабжена подогревателем мазута и снабжена топливным насосом, выполненным с возможностью подачи мазута из подогревателя в мазутную форсунку, отличающаяся тем, что использован паровой подогреватель мазута, пар для которого генерируется в пароводяном испарителе с электротеном, кроме того, канал подвода первичного воздуха связан с топочным пространством посредством рециркуляционных газопроводов, при этом в канале подвода первичного воздуха на участках его сопряжения с рециркуляционными газопроводами размещена эжектирующая кольцевая вставка, после которой установлены радиальные ламинирующие лопатки. Кроме того, мазутная форсунка, каналы подвода первичного и вторичного воздуха выполнены в виде единого блока, выполненного в виде цилиндрической вставки разъемно закрепленного между диффузором вентилятора подвода воздуха и амбразурой горелки.

Кроме того, суммарная площадь поперечного сечения рециркуляционных газопроводов составляет 15-20% от площади поперечного сечения канала подвода первичного воздуха. Кроме того, горелка снабжена пусковой форсункой. Кроме того, рециркуляционные газопроводы снабжены регуляторами расхода, например, газовыми регулирующими клапанами. Кроме того, рециркуляционному каналу, на участке пересечения им канала подвода вторичного воздуха придана обтекаемая форма.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

При этом совокупность отличительных признаков формулы изобретения решает следующие функциональные задачи.

Признак «… использован паровой подогреватель мазута, пар для которого генерируется в пароводяном испарителе с электротеном…» обеспечивает надежность работы подогревателей и возможность разогрева тяжелых мазутов.

Признаки «… канал подвода первичного воздуха связан с топочным пространством посредством рециркуляционных газопроводов…» позволяет подмешивать в поток первичного воздуха рециркулируемые горячие дымовые газы из топки котла, обеспечивая, тем самым, повышение температуры первичного воздуха в зоне распыла топлива на выходе из форсунки.

Признаки «… в канале подвода первичного воздуха, на участках его сопряжения с рециркуляционными газопроводами, размещена эжектирующая кольцевая вставка, после которой установлены радиальные ламинирующие лопатки…» направлены на организацию движения рециркулируемого газа, что дополнительно обеспечит более интенсивное возвратное движение топочных газов в топке котла к устью горелки, обуславливая устойчивое воспламенение и прогрев факела в зоне входа его в топку котла.

Признаки «… мазутная форсунка, каналы подвода первичного и вторичного воздуха выполнены в виде единого блока, выполненного в виде цилиндрической вставки разъемно закрепленного между диффузором вентилятора подвода воздуха и амбразурой горелки…» обеспечивает оперативность монтажно-демонтажных работ при необходимости ремонта узлов горелки.

Признак «суммарная площадь поперечного сечения рециркуляционных газопроводов составляет 15-20% от площади поперечного сечения канала подвода первичного воздуха…» направлен на обеспечение температуры подогрева смеси первичного воздуха и рециркуляционных газов перед завихрителем до 170-190°C.

Совокупность признаков четвертого пункта формулы изобретения предназначена для первичного запуска горелки.

Признаки «… рециркуляционные газопроводы снабжены регуляторами расхода, например, газовыми регулирующими клапанами…» обеспечивают регулирование объема рециркулируемых газов и, как следствие, - температуры первичного воздуха.

Совокупность признаков шестого пункта формулы изобретения обеспечивает стабилизацию потока вторичного воздуха.

На фиг.1 показан общий вид (сверху) мазутной горелки, на фиг.2 показан боковой вид горелки, на фиг.3 показан поперечный разрез горелки, на фиг.4 блок подогревателей мазута, на фиг.5 разрез блока подогревателей мазута.

Мазутная горелка состоит из цилиндрического корпуса 1 и цилиндрической вставки 2, в полости которой на продольной оси размещена выполненная с возможностью подогрева мазутная форсунка 3 (см. фиг.3). Концентрично охватывая мазутную форсунку 3, выполнен канал 4 подвода первичного воздуха, причем на выходном сечении канала 4 первичного воздуха размещен его завихритель 5. Канал 6 подвода вторичного воздуха выполнен концентрично каналу 4 первичного воздуха. Горелка снабжена дутьевым вентилятором 7 (см. фиг.1 и фиг.2), выполненным с возможностью подачи воздуха в каналы 4 и 6 подвода первичного и вторичного воздуха, подогревателем 8 мазута и топливным насосом 9, выполненным с возможностью подачи мазута из подогревателя 8 в мазутную форсунку 3. В качестве подогревателя 8 (см. фиг.4 и фиг.5) использован паровой подогреватель мазута, пар для которого генерируется в пароводяном испарителе (на чертежах не показан) с электротеном, (например, горизонтальный кожухотрубный подогреватель, установленный над парогенератором 10 (фиг.3), в котором осуществляется генерирование пара при кипении воды электрическими нагревательными элементами. На чертеже показаны патрубок 11, по которому пар из парогенератора 10 поступает в межтрубное пространство мазутоподогревателя 8, конденсат из которого возвращается по патрубку 12 в парогенератор. Подающий патрубок из парогенератора 10 снабжен предохранительным паровым клапаном 13 с вертикальной пароотводящей трубой. Входной патрубок 14 через который мазут подают в мазутоподогреватель 8 с давлением 14-25 кгс/см² и выходной патрубок 15, через который поступает в мазутную форсунку 3. Кроме того, канал 4 (см. фиг.3) подвода первичного воздуха связан с топочным пространством посредством рециркуляционных газопроводов 16, при этом в канале 4 подвода первичного воздуха, на участках его сопряжения с рециркуляционными газопроводами 16, размещена эжектирующая кольцевая насадка 17, после которой установлены радиальные ламинирующие лопатки 18. Мазутная форсунка 3, каналы подвода первичного 4 и вторичного 6 воздуха выполнены в виде единого блока, выполненного в виде цилиндрической вставки 2 разъемно закрепленного между диффузором 19 вентилятора 7 подвода воздуха и амбразурой 20 горелки. При этом суммарная площадь поперечного сечения рециркуляционных газопроводов 16 составляет 15-20% от площади поперечного сечения канала 4 подвода первичного воздуха. Рециркуляционные газопроводы 16 снабжены регуляторами расхода, например, газовыми регулирующими клапанами 21. Горелка снабжена пусковой форсункой 22, в которую через трубопровод подачи пускового топлива 23, использующий газ или дизельное топливо, запуск осуществляется от электрозапала (на чертежах не показан). Также для подогрева ствола форсунки 3 используются подающий 24 и обратный 25 трубопроводы подачи мазута. Рециркуляционным каналами 16, на участке пересечения им канала подвода вторичного воздуха придана обтекаемая форма 26. В корпусе дутьевого вентилятора установлен фотоэлемент 27 (см. фиг.1 и фиг.2), который контролирует наличие и обрыв факела.

Работу горелки осуществляют следующим образом. Горелку комплектуют системой автоматического пуска, регулирования и защиты (на чертежах не показана). Перед пуском горелки подают напряжение на цепи системы автоматики и открываются клапаны на магистральных подающим и рециркуляционным трубопроводах котельной (на чертежах не показаны). Система автоматики запускает топливный насос 9 горелки, в который из подающего трубопровода (на чертежах не показан) мазут с нормируемой температурой 80°C поступает в паромазутный подогреватель 8, откуда через нормально разомкнутый клапан (на чертежах не показан) мазут возвращается в трубопровод рециркуляции мазута. Одновременно система автоматики подает напряжение на электрические нагревательные элементы парогенератора 10, где генерируется пар под давлением 6 ата с температурой 159°C, который поступает в паромазутный подогреватель 8 и повышает температуру мазута в нем до 120-130°C, которую контролируют термодатчиком (на чертежах не показан) с выходом светового сигнала на панель управления. Дальнейший запуск может осуществляться в ручном или в автоматическом режиме.

Запускают дутьевой вентилятор 7 и производят продувку и вентиляцию топки и газоходов котла. При этом подают напряжение на электрозапал (на чертежах не показан) пусковой форсунки 22 и газ на пусковую форсунку 22, факел пусковой форсунки 22 контролируют фотоэлементом 27. При наличии газового факела срабатывает автоматика и подающие электромагнитные клапаны подачи мазута из паромазутного подогревателя 8 на мазутную рабочую форсунку 3, розжиг которой осуществляют от газового факела. При этом нормально разомкнутый клапан на рециркуляционном трубопроводе, на выходе из паромазутного подогревателя 8, закрывается. Контроль факела мазутной форсунки 3 производят тем же фотоэлементом 27 и после стабилизации горения мазутного факела, система автоматики отключает подачу газа на пусковую форсунку 22.

Воздух из дутьевого вентилятора 7 поступает в диффузор 19, откуда поступает в коаксиальные каналы подводов первичного 4 и вторичного 6 воздуха. Одновременно по рециркуляционным каналам газопроводов 16 рециркуляционные газы из топки поступают через эжектируюшую кольцевую насадку 17 в канал 4 подвода первичного воздуха. После смешения поток газовоздушной смеси с температурой 170-190°C стабилизируется ламирующими лопатками 18 и подается в устье мазутного конуса форсунки 3, при этом основной объем смеси газов и первичного воздуха поступает в завихритель 5. Потоки воздуха от устья форсунки 3 и из завихрителя 5 обеспечивают дробление мазутного конуса и смесеобразование факела, при этом вторичный воздух, выходя из канала 6 и взаимодействуя с газомазутной смесью, обеспечивает стабильное воспламенение этой смеси в амбразуре 20 горелки. Длину факела регулируют осевым перемещением завихрителя 5.

По мере прогрева топки и разогрева котла температура первичного воздуха повышается за счет увеличения температуры рециркулируемых газов, поступающих из топки котла в канал первичного воздуха, что обеспечивают эффективный процесс сжигания тяжелых мазутов в топочном факеле.

Изобретение относится к конструкции мазутных и газомазутных горелок, систем сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных областях техники. Горелка состоит из цилиндрического корпуса и цилиндрической вставки, в полости которой, на продольной оси, размещена выполненная с возможностью подогрева мазутная форсунка. Концентрично охватывая мазутную форсунку выполнен канал подвода первичного воздуха, причем на выходном сечении канала первичного воздуха размещен его завихритель. Канал подвода вторичного воздуха выполнен концентрично каналу первичного воздуха. Горелка снабжена дутьевым вентилятором, выполненным с возможностью подачи воздуха в каналы подвода первичного и вторичного воздуха, подогревателем мазута и топливным насосом выполненным с возможностью подачи мазута из подогревателя в мазутную форсунку. В качестве подогревателя использован паровой подогреватель мазута, установленный над парогенератором, в котором осуществляется генерирование пара при кипении воды электрическими нагревательными элементами. Кроме того, канал подвода первичного воздуха связан с топочным пространством посредством рециркуляционных газопроводов, при этом в канале подвода первичного воздуха на участках его сопряжения с рециркуляционными газопроводами размещена эжектирующая кольцевая насадка, после которой установлены радиальные ламинирующие лопатки. Мазутная форсунка, каналы подвода первичного и вторичного воздуха выполнены в виде единого блока, выполненного в виде цилиндрической вставки разъемно закрепленного между диффузором вентилятора подвода воздуха и амбразурой горелки. При этом суммарная площадь поперечного сечения рециркуляционных газопроводов составляет 15-20% от площади поперечного сечения канала подвода первичного воздуха. Рециркуляционные газопроводы снабжены регуляторами расхода, например, газовыми регулирующими клапанами. Горелка снабжена пусковой форсункой, в которую через трубопровод подачи пускового топлива, использующий газ или дизельное топливо, запуск осуществляется от электрозапала. Также для подогрева ствола форсунки используются подающий и обратный трубопроводы подачи мазута. Рециркуляционным каналам на участке пересечения им канала подвода вторичного воздуха придана обтекаемая форма. В корпусе дутьевого вентилятора установлен фотоэлемент, который контролирует наличие и обрыв факела. Технический результат: повышение надежности системы подогрева мазута до рабочей температуры, обеспечение процесса интенсивного испарения распыленного мазута на выходе из форсунки и стабилизация аэродинамики факела на выходе из выходного патрубка горелки. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Мазутная горелка, включающая корпус, в полости которого на продольной оси размещена выполненная с возможностью подогрева мазутная форсунка, концентрично охватывая которую выполнен канал подвода первичного воздуха, при этом канал подвода вторичного воздуха выполнен концентрично каналу первичного воздуха, причем на выходном сечении канала первичного воздуха размещен его завихритель, кроме того, горелка снабжена дутьевым вентилятором, выполненным с возможностью подачи воздуха в каналы подвода первичного и вторичного воздуха, кроме того, горелка снабжена подогревателем мазута и снабжена топливным насосом, выполненным с возможностью подачи мазута из подогревателя в мазутную форсунку, отличающаяся тем, что использован паровой подогреватель мазута, пар для которого генерируется в пароводяном испарителе с электротеном, кроме того, канал подвода первичного воздуха связан с топочным пространством посредством рециркуляционных газопроводов, при этом в канале подвода первичного воздуха на участках его сопряжения с рециркуляционными газопроводами размещена эжектирующая кольцевая насадка, после которой установлены радиальные ламинирующие лопатки.

2. Мазутная горелка по п.1, отличающаяся тем, что мазутная форсунка, каналы подвода первичного и вторичного воздуха выполнены в виде единого блока, выполненного в виде цилиндрической вставки, разъемно закрепленного между диффузором вентилятора подвода воздуха и амбразурой горелки.

3. Мазутная горелка по п.1, отличающаяся тем, что суммарная площадь поперечного сечения рециркуляционных газопроводов составляет 15-20% от площади поперечного сечения канала подвода первичного воздуха.

4. Мазутная горелка по п.1, отличающаяся тем, что горелка снабжена пусковой форсункой.

5. Мазутная горелка по п.1, отличающаяся тем, что рециркуляционные газопроводы снабжены регуляторами расхода, например газовыми регулирующими клапанами.

6. Мазутная горелка по п.1, отличающаяся тем, что рециркуляционному каналу на участке пересечения им канала подвода вторичного воздуха придана обтекаемая форма.