Горелка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива с пониженным выбросом окислов азота

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, как раздельно, так и совместно, в любых соотношениях с распиливанием жидкого топлива водяным паром и принудительной подачей холодного и/или горячего воздуха на горение от вентилятора в печах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленностей. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры факела и снижении образования окислов азота. Указанный технический результат достигается в горелке, содержащей систему подачи воздуха и стволы для подачи газа и/или форсунку для подачи жидкого топлива. Система подачи воздуха включает центральный, средний и периферийный каналы, причем центральный канал выполнен с возможностью подачи воздуха в зону выходных отверстий стволов для подачи газа и/или форсунки, а средний и периферийный канал выполнены с возможностью подачи воздуха к средней и верхней зонам факела соответственно. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива, как раздельно, так и совместно, в любых соотношениях с распиливанием жидкого топлива водяным паром и принудительной подачей холодного и/или горячего воздуха на горение от вентилятора в печах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленностей.

Известны газовые горелки, содержащие центральный газовый ствол, установленный в цилиндрическом воздуховоде вдоль его оси, и кольцевой газовый коллектор, соединенный с соплами (RU 20368 U1, опубл. 27.10.2001; RU 54656 U1, опубл. 10.07.2006). Недостатком горелок является высокое содержание окислов азота в продуктах горения.

Наиболее близкой к предложенной является горелка для сжигания газообразного и жидкого топлива, включающая систему подачи воздуха, стволы для подачи газа и форсунку для подачи жидкого топлива (US 2008/0206693 А1, опубл. 28.08.2008). В известной горелке процесс горения происходит с избытком воздуха для снижения образования окислов азота. Факел при этом получается голубым, следовательно, он значительно хуже излучает в камере радиации и, таким образом, перегружает камеру конвекции.

Задачей заявляемого изобретения является создание конструкции горелки, имеющей пониженную температуру факела, как на холодном, так и на горячем дутьевом воздухе, а следовательно, уменьшенное образование окислов азота, за счет обеспечения постепенного подвода воздуха в процессе горения.

Задача решается тем, что в горелке для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, содержащей систему подачи воздуха и стволы для подачи газа и/или форсунку для подачи жидкого топлива, система подачи воздуха включает центральный, средний и периферийный каналы, причем центральный канал выполнен с возможностью подачи воздуха в зону выходных отверстий упомянутых газовых стволов и форсунки, а средний и периферийный каналы выполнены с возможностью подачи воздуха к средней и верхней зонам факела соответственно.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в уменьшении температуры факела и уменьшении образования окислов азота.

Система подачи воздуха позволяет подавать воздух постепенно: по центральному каналу осуществляется подача первой части первичного воздуха на горение в зону выходных отверстий стволов для подачи газа и/или форсунки, по среднему каналу осуществляется подача второй части первичного воздуха на горение в среднюю зону факела. Это приводит к тому, что процесс горения начинается в условиях недостатка воздуха с образованием сажистых частиц, обладающих хорошей излучательной способностью. Большее количество передачи тепла в камеру радиации осуществляется излучением, и, таким образом, не происходит перегрузка камеры конвекции.

Подача вторичного воздуха на горение осуществляется по периферийному каналу в верхнюю зону факела через отверстия в горелочном камне.

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный (дифференцированный) подвод воздуха на горение и, следовательно, снижение температуры факела, как на холодном, так и на горячем дутьевом воздухе, что обеспечивает уменьшение образования окислов азота.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения центральный, средний и периферийный каналы могут быть образованы тремя коаксиально установленными цилиндрическими обечайками, причем центральный канал образован внутренними стенками внутренней обечайки и в нем расположены стволы для подачи газа и/или форсунка для подачи жидкого топлива, средний канал образован наружными стенками внутренней обечайки и внутренними стенками средней обечайки, а периферийный канал образован наружными стенками средней обечайки и внутренними стенками наружной обечайки и соединен с отверстиями в горелочном камне.

Центральный и средний канал могут быть соединены с одним воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха, а периферийный канал может быть соединен с дополнительным воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен продольный разрез горелки.

На фиг.2 изображен вид А на фиг.1.

На фиг.3 изображен вид Б на фиг.1.

Горелка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива включает газовые стволы 1 (всего 6 стволов), снабженные выходными отверстиями 2 (фиг.2) для подачи газа, форсунку 3, вставленную в центровочную трубу 4, снабженную выходными отверстиями 5 (фиг.2) для подачи жидкого топлива, и систему подачи воздуха. Система подачи воздуха включает центральный канал 6, средний канал 7 и периферийный канал 8. Каналы 6, 7 и 8 образованы тремя коаксиально установленными внутренней, средней и наружной обечайками 9, 10 и 11 соответственно. Центральный канал 6 образован внутренними стенками внутренней обечайки 9, и в нем расположены газовые стволы 1 и/или форсунка 3, средний канал 7 образован наружными стенками внутренней обечайки 9 и внутренними стенками средней обечайки 10, а периферийный канал 8 образован наружными стенками средней обечайки 10 и внутренними стенками наружной обечайки 11 и соединен с цилиндрическими отверстиями 12 (всего 19 отверстий) в горелочном камне 13. Центральный канал 6 и средний канал 7 соединены с одним воздуховодом 14, снабженным регулятором 15 подачи воздуха. Периферийный канал 8 соединен с воздуховодом 16, снабженным регулятором 17 подачи воздуха.

Подача воздуха на горение осуществляется следующим образом.

Подача первой части первичного воздуха на горение из воздуховода 14 через центральный канал 6 в зону 18 выходных отверстий 2 для подачи газа осуществляется через окна 19 (всего 6 окон), выполненные в нижней части внутренней обечайки 9. Подача второй части первичного воздуха на горение из воздуховода 14 через средний канал 7 в среднюю зону факела осуществляется через зазор, образованный внутренней и средней обечайками. Подача вторичного воздуха на горение из воздуховода 16 через периферийный канал 8, соединенный с цилиндрическими отверстиями 12 в горелочном камне 13 в верхнюю зону факела, осуществляется через зазор, образованный средней и наружной обечайками.

Работа предложенной горелки на газовом топливе.

При сжигании газового топлива его подача в газовую камеру 20 осуществляется через газопроводящий патрубок 21. Далее, газ через отверстия 2 в газовых стволах 1 истекает в объем печной амбразуры горелочного камня 13, где смешивается с первичным воздухом.

При первоначальном пуске горелки регулятор 17 воздуховода 16 для подачи вторичного воздуха на горение должен быть открыт полностью, а регулятор 15 воздуховода 14 для подачи первичного воздуха на горение на 30%, затем следует медленно открывать запорный орган подачи газа на горелку до воспламенения газовоздушной смеси. После воспламенения газовоздушной смеси регулятор 17 воздуховода 16 для подачи вторичного воздуха должен быть открыт, а регулятор 15 воздуховода 14 для подачи первичного воздуха должен быть открыт, чтобы коэффициент избытка воздуха α был равен 1,15.

Работа предложенной горелки на жидком топливе.

Из внутренней трубы мазут через отверстия 22 жиклера поступает на внутренние стенки эмульсатора 23, куда через три тангенциальных отверстия входит пар. Паровые струи, выходя со скоростью 120-200 м/с, образуют вихрь, дробят мазутную пленку с образованием парожидкостной эмульсии, которая, истекая из отверстий 5, распыляется, смешивается с первичным воздухом, воспламеняется и сгорает в огнеупорной амбразуре горелочного камня 13.

При первоначальном пуске горелки регулятор 17 воздуховода 16 для подачи вторичного воздуха на горение должен быть открыт полностью, а регулятор 15 воздуховода 14 для подачи первичного воздуха на горение на 50%. Количество подаваемого воздуха должно быть таким, чтобы коэффициент избытка воздуха α был равен 1,2. Это исключает срыв пламени при холодных стенках амбразуры горелочного камня 13.

Пуск форсунки необходимо производить медленным открытием регулировочного вентиля на мазутной линии, при этом пар должен быть открыт заранее при давлении не более 0,2 МПа (2,0 кгс/см²).

Увеличение подачи как газа, так и мазута с паром, до требуемых значений необходимо производить постепенно: вслед за каждым увеличением подачи топлива должен приоткрываться регулятор 15 первичного воздуха. Степень открытия регулятора должна быть такой, чтобы коэффициент избытка воздуха α соответствовал заданному в технической характеристике.

При испытании заявляемой горелки на промышленном стенде получены следующие результаты: на холодном воздухе - NO_x=40 мг/м³, на горячем воздухе - N_x=60 мг/м³.

1. Горелка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, включающая систему подачи воздуха, стволы для подачи газа и/или форсунку для подачи жидкого топлива, отличающаяся тем, что система подачи воздуха включает центральный, средний и периферийный каналы, причем центральный канал выполнен с возможностью подачи воздуха в зону выходных отверстий упомянутых газовых стволов и форсунки, а средний и периферийный каналы выполнены с возможностью подачи воздуха к средней и верхней зонам факела горелки соответственно.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что центральный, средний и периферийный каналы образованы тремя коаксиально установленными цилиндрическими обечайками, причем центральный канал образован внутренними стенками внутренней обечайки и в нем расположены стволы для подачи газа и/или форсунка для подачи жидкого топлива, средний канал образован наружными стенками внутренней обечайки и внутренними стенками средней обечайки, а периферийный канал образован наружными стенками средней обечайки и внутренними стенками наружной обечайки и соединен с отверстиями в горелочном камне горелки.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что центральный и средний каналы соединены с одним воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха, а периферийный канал соединен с другим воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха.