Комбинированная горелка и завихритель горелки

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 F 23 0 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4466702/06 (22) 20.06.88 (46) 29.02,92. Бюл. М 8 (71) Проектный и научно-исследовательский институт "Мосгазниипроект" и Академия коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова (72) К.Ф.Ридер, Е.Н,Шуркин, А.М,Кожуринчев, Р.Л.Релин, П.А.Жбанков и Л.С,Аронов (53) 662.951.2 (088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

N 964351, кл. F 23 О 1.7/00, 1981. (54) КОМБИНИРОВАННАЯ ГОРЕЛКА И 3АВИХРИТ =ЛЬ ГОРЕЛКИ

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 теплопроиэводительности агрегата и снижение выбросов оксидов азота.

На фиг.1 изображена горелка с завихрителем, разрез; на фиг,2 — узел! на фиг.1; на фиг.3 — вид А на фиг.2.

Горелка содержит центральную трубу 1 для установки жидкотопливной 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, размеЯЦ,, 1716255 А1 (57) Изобретение позволяет за счет соэдания 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 ил. щенный перед выходными соплами средней трубы 2.

Горелка дополнительно содержит о6ечайку 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 за-. глушки 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 обвчайкой 7, причем на ее боковой поверхности за лопаточным завихрителем 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

1716255 перегородка 12 — с лопаточным завихрителем с воэможностью их совместного вращения, Лопаточный ээвихритель 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 зэвихрителя 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 s 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 топливовоздушной 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 иенцы 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 эа счет. смешения потока

55 газа с бедным газовоздушным потоком, проходящим через отверстия 19. Образовавшийся газовоэдушный 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 форсунка, работа которой осуществляется.известным способом. При необходимости изменения соотношения расхода газообразного топлива, поступающего через кольцевой зазор 26 и отверстия 10, путем 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. Роэжиг устройства осуществляется известным способом.

Для интенсификации смешения низкокалорийного газа, например биогаза и, следовательно, улучшения условий его сжигания и, как следствие, расширения диапазона рабочего регулирования и устойчивой работы смешение осуществляется в три стадии. Поток газообразного топлива разбивается на три части. Первая направляется в незакрученный воздушный поток (c нулевой степенью крутки), вторая — в частично закрученный воздушный поток (с промежуточной степенью крутки), а третья— в воздушный поток после завершения процесса 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 перемешивается с вторым потоком газа и таким образом обогащается. Для исключения возможности горения в этой зоне отверстия 10 подачи вторичного газа выполнены подуглом, что обеспечивает ускоренный вынос 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 топливовоздушный поток и создает подготовленную горючую смесь и, как следствие. устойчивое ее горение.

Создание условий, при которых воздушный поток после прохождения первого (по 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 энергетиче1716255 ские затраты на приобретение воздушным потоком вращательного движения.

Повышение устойчивости горения достигается полнотой сжигания топлива и созданием таких условий, при которых горение газовой 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 направляют 5-35% газа, что приводит к образованию газовоздушной смеси, концентрация метана в которой находится ниже предела вэрываемости, Во второй зоне смешения в образовавшийся двухфазный поток добавляется поток газа, но он в значительной степени разбавлен воздушным потоком, протекающим между эакручиваемыми 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 компо. нентов, достигаемого в результате качественного смешения топлива и воздуха, а также эа счет уменьшения степени крутки газовоздуш ного потока.

Использование лопаточного завихрителя, выполненного в виде двух разнесенйых 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 (забаппастированном) газе или на их смеси. Выполнение диаметра внутренней 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. Вы-. полнение между внутренней обечайкой 17 наружного венца 15 и наружной обечайкой

18 внутреннего венца 16 плотно установленного 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 междутру10

20

30

40 ной трубой и обечайкой установлены коль45

55 бой 5 подачи воздуха и обечайкой 7, позволяет регулировать соотношение длин участков, на которых формируется гаэовоздушная 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 жидкотопливной форсунки и коаксиально размещенные среднюю трубу с входныМ патрубком и выходными соплами для подачи высококалорийного газа, воздушную трубу и периферийную трубу для подачи низкокапорийного газа, а также завихритель, размещенный перед выходными сопламисреднейтрубы, отл ич а юща яся тем, что, с целью повышения коэффициента использования топлива и теплопроизводительности 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, отличающаяся тем, что в кольцевом зазоре между воздушцевые 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 тл ича ю щи йся тем, чтоон 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 и 3, отл и ч а ю щи йс я тем, что указанные обечайки плотно скреплены между собой при помощи перфорированного конусного переходника.

1716255

Составитель А. Костарев

Редактор Л. Веселовская Техред ММоргентал Корректор H. Ревская

Заказ 600 Т.и раж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Х-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101