Комбинированная горелка и завихритель горелки Советский патент 1992 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива в теплогенераторах (на тепловых станциях, производственно-отопительных котельных, станциях аэрации, печах и т.д.).

Цель изобретения - повышение коэффициента использования топлива и тепло- производительности агрегата и снижение выбросов оксидов азота.

На фиг.1 изображена горелка с завихри- телем, разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - вид А на фиг.2.

Горелка содержит центральную трубу 1 для установки жидкотоплииной форсунки (не показана) и коаксиально размещенные среднюю трубу 2 с входным патрубком 3 и выходными соплами 4 для подачи высококалорийного газа, воздушную трубу 5 и периферийную трубу 6 для подачи низкокалорийного газа, а также завихритель, размещенный перед выходными соплами средней трубы 2.

Горелка дополнительно содержит обечайку 7, установленную в кольцевом зазоре между периферийной и воздушной трубами , 6 и 5, выходной срез последней заведен в полость обечайки 7, средняя труба 2 заглушена с выходного торца при помощи заглушки 8 и выходные сопла 4 расположены радиально на ее боковой поверхности, кольцевой зазор между обечайкой 7 и периферийной трубой 6 на выходе перекрыт заглушкой 9, а лопаточный завихритель установлен в кольцевом зазоре между средней трубой 2 и обечайкой 7, причем на ее боковой поверхности за лопаточным завих- рителем выполнены сквозные отверстия 10. В кольцевом зазоре между воздушной трубой 5 и обечайкой 7 установлены кольцевые перегородки 11 и 12 со сквозными каналами 13 и 14, причем перегородка 11 жестко скреплена с воздушной трубой 5, а

перегородка 12 - с лопаточным завихрите- лем с возможностью их совместного вращения. Лопаточный завихритель выполнен в виде коаксиально размещенных двух венцов 15 и 16 аксиальных лопаток с различной степенью крутки, установленных с торцовым зазором, причем диаметр внутренней обечайки 17 наружного венца 15 превышает диаметр наружной обечайки 18 внутреннего венца 16. Обечайки 17 и 18 плотно скреплены между собой при помощи перфорированного отверстиями 19 конусного переходника 20, Оси отверстий 10 и 19 взаимно перпендикулярны. Патрубок 3 плотно соединен с патрубком 21, а труба 6 при помощи своего входного патрубка 22 плотно соединена с патрубком 23. Патрубки 21 и 22 сообщены с патрубком 23, в котором на участке между патрубками 21 и 22 установлена задвижка 24.

Перегородка 12 скреплена с наружной обечайкой 25 наружного венца 15.

Горелка работает следующим образом.

При работе на высококалорийном газе, например природном газе, посредством задвижки 24 прекращается подача газа к патрубку 22 и топливо поступает только в патрубок 21, из которого направляется в полость трубы 2. Затем газ через сопла 4 поступает на смешение с закрученным потоком воздуха в полость обечайки 7. Воздух на горение подается в полость трубы 5 и после прохождения через венцы 15 и 16 завихрителя закручивается и поступает на смешение с газом. Подготовленная газовоздушная смесь сгорает на выходе из полости обечайки 7. При работе на низкокалорийном газе, например биогазе, или его смеси с высококалорийным задвижка 24 переводится в положение, обеспечивающее подачу газа в патрубок 23. После подачи газа его часть следует в патрубок 21, из которого после прохождения полости трубы 2 через сопла 4 поступает на смешение с воздухом и после образования топливо- воздушной смеси сгорает. Другая часть газа через патрубок 22 следует в полость трубы 6, из которой через отверстия 10 и кольцевой зазор 26 поступает в полость обечайки 7. Часть газа, поступающего в обечайку 7 через кольцевой зазор 26, внедряется в незакрученный воздушный поток, а затем, проходя через венцы 15 и 16, смешивается с воздушным потоком. Другая часть газового потока, поступающего в обечайку 7 через отверстия 10, внедряется в закрученный топливовоздушный поток. Смешение газового потока, поступающего через отверстия 10, с газовоздушным потоком интенсифицируется за счет.смешения потока

газа с бедным газовоздушным потоком, проходящим через отверстия 19. Образовавшийся газовоздушный закрученный поток затем смешивается с потоком газа,

поступающего в обечайку 7 через сопла 4. Образованная газовоздушная смесь на выходе из обечайки 7 сгорает. При необходимости сжигания жидкого топлива, например мазута, в трубу 1 вводится фор0 сунка, работа которой осуществляется известным способом. При необходимости изменения соотношения расхода газообразного топлива, поступающего через кольцевой зазогр 26 и отверстия 10, путем

5 вращения венцов 15 и 16 и вместе с ними перегородки 12 изменяется площадь совмещения сквозных каналов 13 и 14, тем самым изменяется площадь проходного сечения в кольцевом зазоре 26. Розжиг уст0 ройства осуществляется известным способом.

Для интенсификации смешения низкокалорийного газа, например биогаза и, сле- довательно, улучшения условий его

5 сжигания и, как следствие, расширения диапазона рабочего регулирования и устойчивой работы смешение осуществляется в три стадии. Поток газообразного топлива разбивается на три части. Первая направ0 ляется в незакрученный воздушный поток (с нулевой степенью крутки), вторая - в частично закрученный воздушный поток (с промежуточной степенью крутки), а третья - в воздушный поток после завершения про5 цесса смешения. При подводе газа через кольцевой зазор 26 в незакрученный поток . воздуха создается бедная горючая смесь, неспособная к горению, которая, проходя через венцы 15 и 16 завихрителя, хорошо

0 перемешивается с вторым потоком газа и таким образом обогащается. Для исключения возможности горения в этой зоне отверстия 10 подачи вторичного газа выполнены под углом, что обеспечивает ускоренный вы5 нос топливной смеси, Выполнение же переходника 20 двухвенцового завихрителя перфорированным снижает сопротивление воздушному потоку и улучшает качество смешения во второй зоне. Третий поток газа поступает в полностью закрученный топли0 вовоздушный поток и создает подготовленную горючую смесь и, как следствие, устойчивое ее горение.

Создание условий, при которых воздушный поток после прохождения первого (по

5 ходу движения потока) венца 15 завихрителя приобретает степень крутки 0,4-0,6, обеспечивает равномерное увеличение энергии завихрения потока в два этапа. Тем самым значительно снижаются энергетические затраты на приобретение воздушным потоком вращательного движения.

Повышение устойчивости горения достигается полнотой сжигания топлива и созданием таких условий, при которых горение тазовой смеси может возникать только после смешения с полностью закрученным потоком воздуха, т.е. на выходе из горелки. Указанный эффект достигается тем, что в первую зону смешения направля- ют 5-35% газа, что приводит к образованию газовоздушной смеси, концентрация метана в которой находится ниже предела взры- ваемости. Во второй зоне смешения в образовавшийся двухфазный поток добэв- ляется поток газа, но он в значительной степени разбавлен воздушным потоком, протекающим между закручиваемыми воздушными потоками. В результате концентрация метана в газовоздушной смеси остается ниже предела взрываемости и лишь после смешения с третьим потоком газа образуется подготовленная к горению горючая смесь.

Снижение интенсивности образования оксидов азота обеспечивается за счет сокращения зоны горения горючих компонентов, достигаемого в результате качественного смешения топлива и воздуха, а также за счет уменьшения степени крутки газовоздушного потока.

Использование лопаточного завихрите- ля, выполненного в виде двух разнесенных аксиальных лопаточных завихрителей, позволяет растянуть процесс смешения двух газовых потоков, тем самым обеспечивая полноту их смешения в случае работы как на высококалорийном, так и на низкокалорийном (забалластированном) газе или на их смеси. Выполнение диаметра внутрен- ней обечайки 17 наружного венца 15 лопаточного завихрителя большим диаметра наружной обечайки 18 внутреннего венца 16 лопаточного завихрителя обеспечивает прохождение части воздушного потока между венцами, ослабляя аэродинамическое сопротивление газовому потоку. Вь|- полнение между внутренней обечайкой 17 наружного венца 15 и наружной обечайкой 18 внутреннего венца 16 плотно установ- ленного переходника 20 со сквозными, отверстиями 19 перфорации также позволяет обеспечить направленное перетекание части воздушного потока, что способствует улучшению смешения газовых потоков.

Изменение степени перекрытия кольцевого зазора 26, образованного между трубой 5 подачи воздуха и обечайкой 7, позволяет регулировать соотношение длин участков, на которых формируется газовоздушная смесь, тем самым изменяя длину и форму факела, что обеспечивает регулирование топочного процесса и, в конечном итоге, его оптимизацию.

Формула изобретения

1.Комбинированная горелка, содержащая центральную трубу для установки жид- котопливной форсунки и коаксиально размещенные среднюю трубу с входным патрубком и выходными соплами для подачи высококалорийного газа, воздушную трубу и периферийную трубу для подачи низкокалорийного газа, а также завихри- тель, размещенный перед выходными соплами средней трубы, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента использования топлива и теплопроизво- дительности и снижения выбросов оксидов азота, горелка дополнительно содержит обечайку, установленную в кольцевом зазоре между периферийной и воздушной трубами, выходной срез последней заведен в полость обечайки, средняя труба заглушена с выходного торца и выходные сопла расположены радиально на ее боковой поверхности, кольцевой зазор между обечайкой и периферийной трубой на выходе перекрыт заглушкой, а лопаточный завихритель установлен в кольцевом зазоре между средней трубой и обечайкой, причем на ее боковой поверхности за лопаточным завихрителем выполнены сквозные отверстия,

2.Горелка по п,1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в кольцевом зазоре между воздушной трубой и обечайкой установлены кольцевые перегородки со сквозными каналами, причем одна из перегородок жестко скреплена с воздушной трубой, а другая - с лопаточным завихрителем с возможностью совместного вращения.

3.Лопаточный завихритель горелки, о т- личающийея тем, что он выполнен в виде коаксиально размещенных двух венцов аксиальных лопаток с различной степенью крутки, установленных с торцовым зазором, причем диаметр внутренней обечайки наружного венца превышает диаметр наружной обечайки внутреннего венца.

4.Завихритель по п.З, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что указанные обечайки плотно скреплены между собой при помощи перфорированного конусного переходника.

t

9 Ka

ВидА

Изобретение позволяет за счет создания условий для более качественного смешения газообразного топлива с воздухом обеспечить полноту сжигания топлива, в частности низкокалорийного. После подачи низкокалорийного газа по патрубку 22 одна его часть поступает в незакрученный воздушный поток через каналы 13, 14, другая через отверстия 10 поступает в воздушный поток, имеющий промежуточную степень крутки. Одновременно низкокалорийный газ поступает в горелку через патрубок 21, из которой через сопла 4 поступает в полностью закрученный воздушный поток. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 йл.

:Фиг.З