Способ подачи мазута и система для его осуществления

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к конструкциям мазутных и газомазутных горелок систем сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных областях техники. Увеличение полноты сгорания путем повышения мелкодисперсного распыла при расширении диапазона регулирования расхода мазута и применяемых его марок достигается тем, что перед распылением мазута в него вводят воздух под давлением, превышающим давление мазута. Повышение экономичности и снижение уровня вредных выбросов топки достигается тем, что на входе в форсунку 7 установлен эмульгатор 5 в виде участка магистрали подачи мазута 2 с расположенной внутри перфорированной трубкой 6, причем последняя соединена через запорный клапан 18 и газовый дроссель 17 с источником сжатого газа 14. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к конструкциям мазутных и газомазутных горелок, систем сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных областях техники.

Как известно, применяющийся в качестве жидкого топлива для горелочных устройств мазут наряду с такой совокупностью положительных свойств, как низкая стоимость, недефицитность, высокая теплота сгорания, имеет недостатки, к которым можно отнести значительную вязкость и широкий разброс химического состава. Это приводит к определенным трудностям при обеспечении качественного (мелкодисперсного) распыливания мазута в топке. Грубое же распыливание мазута приводит к неполному сгоранию последнего в объеме топки, следствием чего является низкая экономичность и высокий уровень вредных выбросов теплоэнергетической установки.

В настоящее время в горелочных устройствах, использующих в качестве топлива мазут, получило широкое распространение применение гидравлических форсунок различных типов. Такие форсунки надежнее, компактнее и проще ротационных, хотя проигрывают им в качестве распыливания при низких значениях давления мазута, характерных для работы котлоагрегата на режимах частичной нагрузки, а также требуют более высоких температур распыливаемого мазута. Кроме того, существуют типы гидравлических форсунок, использующих для повышения качества распыливания мазута без увеличения давления последнего, явление эжекции. Для этого сопла таких форсунок выполнены двухканальными, при этом в один канал (центральный) подается мазут, а в второй (кольцевой) - вспомогательное рабочее тело, осуществляющее эжектирование мазута и способствующее дроблению капель последнего. В качестве вспомогательного рабочего тела используется водяной пар или воздух.

В качестве аналога изобретения рассматриваются способ распыливания мазута с помощью пара и мазутная форсунка с паровым распыливанием.

Вместе с такими положительными характеристиками как высокая надежность, тонкое распыливание мазута, широкий диапазон регулирования паровые форсунки имеют ряд существенных недостатков. Во-первых, в период запуска котлоагрегата для обеспечения работоспособности паровой форсунки необходима подача пара в ее сопло, если на стационарном режиме работы такая форсунка может использовать пар, вырабатываемый котлом, в период запуска и выхода котлоагрегата на режим требуется автономный источник пара, что усложняет эксплуатацию горелочного устройства. Во-вторых, для распыливания мазута посредством паровой форсунки используется перегретый или сухой насыщенный пар с давлением 0,2. . . 205 МПа, т. е. вырабатываемый паровым котлом, поэтому крайне затруднена эксплуатация горелочных устройств по аналогу при работе их с водогрейными котлами. В-третьих, часть расхода пара, вырабатываемого паровым котлом, обслуживаемым форсункой - аналогом, обычно 3% . . . 5% паропроизводительности котла затрачивается в качестве рабочего тела форсунки, естественно, полезная паропроизводительность котла при этом снижается на указанную величину. В-четвертых, введение в топку пара связано с понижением температуры в последней, что также негативно влияет на тепловую мощность котла. И, в-пятых, водяной пар в объеме топки соединяясь с сернистыми соединениями, возникающими при горении мазута, образует коррозионно-активную среду, сокращая тем самым ресурс элементов топки.

В качестве прототипа изобретения выбран способ подачи мазута в топку, предусматривающий эжектирование распылива- емого мазута в полость топки посредством воздуха. Естественно, при этом способе возникает ряд преимуществ перед упомянутым выше способом по аналогу: не снижается температура и не создается коррозионно-активная среда в топке, отпадает необходимость наличия источника пара и затрат последнего в качестве рабочего тела форсунки. Вместе с тем способ по прототипу имеет недостатки. Количество воздуха, используемого как эжектирующее рабочее тело должно составлять для эффективной эжекции и распыливания мазута 50% . . . 70% от всего расходуемого на сжигание воздуха. Например, применительно к распыливанию и сжиганию расхода мазута, равного 27 г/с (что характерно для горелки тепловой мощностью 1,1 МВт), для сжигания которого необходим расход воздуха 0,342 куб. м/с, при осуществлении процесса распыливания способом по прототипу, на эжектирование распыливаемого в топку мазута необходимо подать расход воздуха, равный 0,171. . . 0,329 куб. м/с. Для эффективного эжектирования распыливаемого мазута необходимо обеспечить высокую скорость (около 1000 м/с) потока эжектирующего воздуха при значительном его расходе. Для этого необходима подача указанного расхода воздуха через сопло с небольшим проходным сечением, имеющее в силу малости проходного сечения высокое сопротивление потоку воздуха, что требует от устройства подачи воздуха в топку одновременного обеспечения как высокого расхода воздуха, так и его высокого давления. Это делает невозможным применения вентилятора (наиболее распространенный тип воздухоподающих устройств, применяемых в котлоагрегатах) в составе действующего по способу-прототипу горелочного устройства, способного развивать приемлемую из условий промышленного применения тепловую мощность. В связи с этим воздушные форсунки применяются обычно в комбинации с газовыми горелками в тех случаях, когда основным топливом является газ, причем производительность воздушных форсунок не превышает 29 кг/ч, в то время как, например, форсунка мазутной горелки тепловой мощности 1,1 МВт должна обладать производительностью, равной 27 г/с, что соответствует 97,2 кг/ч.

Таким образом, в областях промышленного применения способ и система подачи по прототипу не способны обеспечить необходимой мелкодисперсности распыливания мазута и, следовательно, обеспечивают недостаточные экономичность и экологические показатели теплоэнергетического оборудования, особенно при применении тяжелых марок мазута.

Цель изобретения - повышение полноты сгорания путем увеличения мелкодисперсности распыливания при расширении диапазонов регулирования расходов мазута и применяемых его марок, а также повышение экономичности и снижение уровня вредных выбросов топки при расширении диапазонов регулирования расхода мазута и применяемых его марок.

Это достигается тем, что перед распыливанием мазута в него вводят воздух под давлением, превышающим давление мазута. При этом мазут, поступающий на распыливание, представляет собой мазутовоздушную эмульсию и имеет пенообразную структуру. Распыливание такого насыщенного воздухом мазута представляет собой сочетание процесса дробления капель мазута в результате увеличения кинетической энергии разогнанной в сопле форсунки струи и процесса дробления капель мазута под воздействием расширяющихся пузырьков воздуха, находящихся в мазуте. При этом достигается высокое качество распыливания мазута и среднестатистический размер капель последнего меньше, чем при распыливании мазута способом по прототипу. Кроме того, на качество распыливания мазута оказывает существенное влияние перепад давления на форсунке. В связи с этим при снижении расхода мазута через последнюю, что характерно для режимов частичной нагрузки котлоагрегата, при распыливании мазута в топку возможно обеспечение сохранения качества распыливания при снижении давления распыливаемого мазута. Это достигается увеличением расхода воздуха, вводимого в мазут воздуха относительно мал по сравнению со способом по прототипу и составляет в зависимости от марки мазута, его температуры и давления и давления на входе в форсунку не более 5% по массе от расхода распыливаемого мазута.

Таким образом, изобретение позволяет повысить полноту сгорания мазута благодаря повышению мелкодисперсности его распыливания. Преимущество способа особенно заметно в случае работы котлоагрегата на режиме частичной нагрузки, тем более, если в качестве топлива используется мазут тяжелых марок. Кроме того, цель достигается установкой на входе в топливную форсунку эмульгатора в виде участка магистрали подачи мазута с расположенной внутри перфорированной трубкой, соединенной через запорный клапан и газовый дроссель с источником сжатого воздуха.

Конструкция системы подачи мазута в топку обеспечивает дозированную подачу воздуха в эмульгатор, который в свою очередь вводит воздух в виде мелких пузырьков в мазут, поступающий после этого в топливную форсунку, и распыливается в топку в виде мазутовоздушной эмульсии, чем обеспечивается высокое качество распыливания и, следовательно, высокая полнота сгорания мазута, определяющая повышение экономичности и снижение уровня вредных выбросов топки при расширении диапазонов регулирования расхода мазута и его марок по сравнению с прототипом.

В результате реализуется новое свойство предлагаемой системы, а именно независимость экономических и экологических показателей топки от марки применяемого мазута и расхода последнего в топку.

На чертеже графически изображена схема системы подачи мазута реализующей способ подачи мазута в топку.

Система содержит топливный насос 1, магистраль подачи мазута 2 с топливным клапаном 3, топливным дросселем 4, эмульгатором 5 в виде участка магистрали подачи мазута 2 с расположенной внутри перфорированной трубкой 6, форсункой 7, воздухоподающий тракт 8 с вентилятором 9 и эмульгирующее устройство, состоящее из малорасходного объемного компрессора 10 с приводом от электромотора 11, подключенного к электрической сети через управляющее устройство (УУ) 12, обратного клапана 13 на выходе из компрессора 10, ресивера 14, к которому присоединены два сигнализатора 15 и 16 давления, подключенных к УУ 12, последовательно расположенных газового дросселя 17 и запорного клапана 18 на выходе из ресивера 14, причем выход клапана 18 сообщен с перфорированной трубкой 6 эмульгатора 5.

В исходном состоянии клапаны 3 и 18 закрыты, УУ 12 выключено, благодаря чему электромотор 11 обесточен, вентилятор 9 остановлен.

При запуске системы включается УУ 12, при этом сигнализаторы 15 и 16 давления осуществляют контроль значения давления воздуха в ресивере 14, причем сигнализатор 16 настроен на максимально допускаемое значение, а сигнализатор 15 - на минимально допускаемое значение в последнем. Если при включении УУ 12 реальное значение давления в ресивере 14 оказывается меньшим или равным минимально допускаемому, то сигнализатор 15 выдает сигнал на УУ 12. По этому сигналу УУ 12 замыкает цепь электропитания электромотора 11. Электромотор 11 приводит в действие компрессор 10. Компрессор 10 нагнетает атмосферный воздух в ресивер 14 через обратный клапан 13 до тех пор, пока давление в ресивере 14 не примет максимально допускаемое значение. При этом произойдет замыкание сигнализатора 16, которые выдаст сигнал на УУ 12, а последнее при этом обесточит электромотор 11, после чего произойдет останов компрессора 10 и прекратится подача воздуха в ресивер 14. Обратный клапан 13 предотвращает возможность стравливания воздуха из ресивера 14 через полости компрессора 10, если последний оставлен. Далее включается вентилятор 9, подающий воздух в топку (для организации процесса горения мазута) по воздухоподводящему тракту 8. Затем запускается топливный насос 1 и открываются клапаны 3 и 18. При этом мазут нагнетается топливным насосом 1 в магистраль подачи мазута 2 и по ней через открытый клапан 3 и топливный дроссель 4 в полость эмульгатора 5, туда же через перфорированную трубку 6 поступает воздух высокого давления из ресивера 14 через газовый дроссель 17 и открытый клапан 18. В эмульгаторе 5 происходит насыщение воздухом мазута, откуда полученная мазутовоздушная эмульсия поступает в форсунку 7 и далее в распыленном виде в топку, где смешивается с воздухом, подающимся туда же посредством вентилятора 9 через воздухоподводящий тракт 8. Система выходит на стационарный режим.

На стационарном режиме при уменьшении давления в ресивере 14 до минимально допускаемого значения замыкается сигнализатор 15, который выдает сигнал на УУ 12. При этом УУ 12 замыкает цепь электропитания электромотора 11, чем приводится в действие компрессор 10, с помощью которого давление в ресивере 14 доводится до максимально допускаемого, после чего следует замыкание сигнализатора 16 и останов компрессора 10 посредством отключения от электросети электромотора 11 управляющим устройством 12 по сигналу сигнализатора 16.

Регулирование расхода мазута в топку на стационарном режиме производится посредством изменения проходного сечения топливного дросселя 4, а поддержание качества распыливания мазута при изменении давления последнего на входе в форсунку 7 - посредством изменения проходного сечения газового дросселя 17.

При останове системы подачи мазута в топку закрываются клапаны 3 и 18, останавливается насос 1. При этом прекращается подача мазута и воздуха высокого давления в эмульгатор 5 и следовательно прекращается подача мазутовоздушной эмульсии в форсунку 7 и далее в топку. Затем останавливается вентилятор 9, в результате чего прекращается подача воздуха в топку по воздухоподводящему тракту 8. Далее выключается управляющее устройство 12. Система приводится в исходное состояние.

Способ и устройство разработаны на предприятии - заявителе при разработке технического предложения на газомазутную агрегатированную автоматизированную горелку тепловой мощностью 1,1 МВт.

Благодаря предварительному насыщению воздухом мазута и распыливанию его в виде мазутовоздушной эмульсии повышается тонкость распыла, что приводит к повышению экономичности и снижению уровня вредных выбросов топки при расширении диапазонов регулирования расхода мазута и его применяемых марок.

(56) Панин В. И. Котельные установки малой и средней мощности. М. : Стройиздат, 1975, с. 141.

То же, с. 144.

Формула изобретения

1. Способ подачи мазута в топку, предусматривающий распыление мазута под давлением, отличающийся тем, что перед распылением мазута в него вводят воздух под давлением, превышающим давление мазута.

2. Система подачи мазута в топку, содержащая насос, магистраль подачи мазута с запорно-регулирующей арматурой и топливную форсунку, отличающаяся тем, что на входе в форсунку установлен эмульгатор в виде участка магистрали подачи мазута с расположенной внутри перфорированной трубкой, причем последняя соединена через запорный клапан и газовый дроссель с источником сжатого воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1