Способ интенсификации процесса сжигания топлива и горелочное устройство для его реализации

Авторы патента:


Способ интенсификации процесса сжигания топлива и горелочное устройство для его реализации
Способ интенсификации процесса сжигания топлива и горелочное устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2453767:

Чумак Виктор Ташеевич (RU)

Изобретение может быть использовано для сжигания жидкого и газообразного топлива в топках и камерах сгорания котлов и теплоэнергетических установок. Способ интенсификации процессов сжигания топлива включает подачу первичного воздуха и вторичного, закрученного завихрителями первой ступени воздуха и повторно закрученного завихрителями второй ступени газообразного топлива из коллектора газа через множество радиальных газовых сопел, которое смешивается со встречным потоком вторичного воздуха, и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения. При этом осуществляют снижение скорости воздушного потока и сформированной газовоздушной смеси двумя ступенями пластинчатых завихрителей, а формирование высококачественной газовоздушной смеси посредством того, что часть радиальных газовых сопел диаметром от 1,0 до 7,5 мм находится перед второй ступенью пластинчатых завихрителей, вторая часть газовых сопел между ними и третья часть после пластинчатых завихрителей, а также за счет угла раскрытия факела, предотвращающего проскок пламени вовнутрь горелки или отрыв пламени. Трехступенчатое смешивание воздушного потока с газовым потоком позволяет получить высокоэффективную газо-воздушную смесь, а снижение скорости воздушного и газовоздушного потоков посредством двух ступеней пластинчатых завихрителей делает возможной по времени реализацию полного сжигания газа. Изобретение позволяет обеспечить высокоэффективное и безопасное сжигание топлива, его экономию, снижение вредных выбросов в атмосферу, увеличение производительности котлов и снижение затрат на их содержание. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области экзотермических процессов, в частности к области сжигания жидкого и газообразного топлива в топках и в камерах сгорания котлов и теплоэнергетических установок.

Известен способ повышения энергетических и экологических показателей горелочных устройств и устройство для его реализации (1). Способ характеризуется низкой эффективностью сжигания топлива и выбросами вредных веществ в атмосферу.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ интенсификации процессов сжигания топлива, включающий подачу первичного воздуха, вторичного и закрученного завихрителями, газообразного топлива из коллектора газа через множество радиальных газовых сопел, которое смешивается со встречным потоком вторичного воздуха, и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения. При этом осуществляют снижение скорости сформированной газовоздушной смеси посредством того, что радиальные газовые сопла с диаметром от 1,0 до 7,5 мм находятся в устье угла раскрытия факела, а торец форсунки расположен на одном вертикальном уровне с торцом коллектора газа, а также за счет угла раскрытия факела, предотвращающего проскок пламени вовнутрь горелки или отрыв пламени (2).

Недостатком известного способа является низкая эффективность сжигания топлива при работе горелки в диапазоне от розжига до нагрузки 45-55%. Только после повышения производительности горелки от указанных величин до 100% сжигание газа достигает заявленного в способе результата.

Цель изобретения - экономия топлива, снижение вредных выбросов в атмосферу при работе горелки в диапазоне от розжига до 100%-й нагрузки.

Задача решается за счет способа интенсификации процессов сжигания топлива, включающего подачу первичного воздуха и вторичного, закрученного завихрителями первой ступени воздуха и повторно закрученного завихрителями второй ступени газообразного топлива из коллектора газа через множество радиальных газовых сопел, которое смешивается со встречным потоком вторичного воздуха и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения.

Согласно изобретению осуществляют снижение скорости воздушного потока и сформированной газовоздушной смеси двумя ступенями пластинчатых завихрителей, а формирование высококачественной газовоздушной смеси посредством того, что часть радиальных газовых сопел находится перед второй ступенью пластинчатых завихрителей, вторая часть газовых сопел между ними и третья часть после пластинчатых завихрителей, а также за счет угла раскрытия факела, предотвращающего проскок пламени вовнутрь горелки или отрыв пламени. Реализация поставленной цели осуществляется посредством горелочного устройства, содержащего корпус с форсункой для подачи жидкого топлива, подачу воздуха, коллектор газа для подачи газообразного топлива с множеством радиальных газовых сопел и две ступени пластинчатых завихрителей. Согласно изобретению завихрители выполнены пластинчатыми и устанавливаются на коллекторе газа в две ступени. Скорость воздушного потока регулируется первой ступенью пластинчатых завихрителей, скорость газовоздушной смеси (ГВС) регулируется пластинчатыми завихрителями второй ступени и за счет угла раскрытия факела.

Формирование высокоэффективной ГВС осуществляется трехступенчатым смешиванием воздушного потока с газовым потоком, при этом часть газового потока, выходящего из множества газовых сопел, расположенных радиально на коллекторе газа до пластинчатых завихрителей второй ступени, смешивается со встречным турбулентным потоком воздуха с последующим резким изменением направления газовоздушного потока, который повторно смешивается с другой частью газового потока, выходящего из множества газовых сопел между пластинчатыми завихрителями и далее газовоздушный поток в третий раз смешивается с газовым потоком после пластинчатых завихрителей с последующим повторным изменением направления потока.

Отличие данного способа от известного состоит в том, что в коллекторе газа выполнено множество газовых сопел в количестве от 50 до 500. Часть газовых сопел располагается до пластинчатых завихрителей, другая часть между пластинчатыми завихрителями и третья часть после пластинчатых завихрителей. При этом соотношение располагаемых сопел до, между и после пластинчатых завихрителей должно быть в пределах от 0 до 35%, от 0 до 35% и от 30 до 100% соответственно. Трехступенчатое перемешивание газа и воздуха с двойным изменением угла движения газового потока обусловлено необходимостью формирования высокоэффективной смеси газ-воздух на всем диапазоне работы горелки от розжига до 100%-й нагрузки, снижением скорости газовоздушной смеси (ГВС), рассеиванием струй раскаленных газов по всему фронту их движения. Снижение скорости ГВС после горелки делает достаточным по времени реализацию реакций (2) и (3) при нагрузке горелки от розжига и до 100%, исключает образование окиси углерода и сажи, являющейся одной из основных причин разрушения футеровки и труб, сгорающей на поверхности при температуре около 2000°С:

и предотвращает проскок пламени во внутрь горелки или отрыв пламени. Двойное изменение направления потока достигается тем, что горелочное устройство имеет два ряда пластинчатых завихрителей. Первый ряд пластинчатых завихрителей расположен до радиальных отверстий для выхода газа и предназначен для снижения скорости воздушного потока. Угол наклона пластин первого ряда от 10 до 90 градусов. Расстояние пластин первого ряда от второго ряда 20-50 мм. Второй ряд пластинчатых завихрителей расположен на расстоянии 30-70 мм от торца горелки. Угол наклона пластин второго ряда от 45 до 90 градусов. Применение двойного ряда пластинчатых завихрителей с регулированием скорости воздушного и газовоздушного потоков позволяет формировать высококачественную газовоздушную смесь, более точно регулировать угол выхода газовоздушной смеси со снижением скорости, вполне достаточной для реализации сжигания газа с более полным и равномерным прогревом труб и всего топочного пространства во всем диапазоне работы горелки. Выполнение условий формирования ГВС позволяет также при сжигании газа выделить инфракрасное излучение с наибольшей температурой ядра факела сразу после розжига со значительной экономией газа по сравнению с прототипом.

Таким образом, совокупное использование указанных признаков позволяет обеспечить достижение цели - высокоэффективное и безопасное сжигание топлива, его экономию, снижение вредных выбросов в атмосферу, увеличение производительности котлов и снижение затрат на их содержание.

Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Поиск дополнительных технических решений, определяемый указанными отличительными признаками, не выявил известности их совокупного использования в других областях техники для достижения цели, на основании чего можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».

Результаты практического осуществления способа в реальных производственных условиях.

Реализация данного способа сжигания топлива может быть осуществлена с помощью горелочного устройства, относящегося к горелкам с принудительной подачей воздуха без предварительного смешения по классификации ГОСТ 21204-83 «Горелки газовые промышленные». На схеме представлена газомазутная горелка до усовершенствования (фиг.1) и газомазутная горелка после усовершенствования (фиг.2). Горелочное устройство (фиг.2) содержит корпус 1, пластинчатые завихрители воздуха первой ступени 2, пластинчатые завихрители газовоздушной смеси второй ступени 3, расположенные на коллекторе газа 4, с множеством сопел для выхода газа, расположенных радиально 5, кольцевой канал первичного воздуха с форсункой 6 для сжигания жидкого топлива.

Торец коллектора 4 примыкает к основанию амбразуры 7. Торец форсунки 6 устанавливается на одной вертикали с торцом газового коллектора 4. Горелочное устройство работает следующим образом: ламинарный поток воздуха из корпуса 1 подается в пластинчатые завихрители воздуха первой ступени 2, на выходе из которых сформированный турбулентный поток воздуха со сниженной скоростью смешивается с частью газового потока, выходящего из сопел 5, расположенных перед пластинчатыми завихрителями второй ступени 3 с повторным резким изменением направления газовоздушного потока, который смешивается со второй частью газового потока, выходящего из газовых сопел, расположенных между пластинчатыми завихрителями, и далее газовоздушный поток в третий раз смешивается с газовым потоком, выходящим из газовых сопел, расположенных после пластинчатых завихрителей с последующим повторным изменением направления газовоздушного потока. Окончательно сформированный турбулентный, с высокой степенью смешивания газ-воздух, высокоэффективный газовоздушный поток поступает в амбразуру с расширяющимся конусом, теряя при этом скорость, приобретая необходимые условия для высокоэффективного сжигания газа, близкие к стехиометрическим.

Сформированная газовоздушная смесь поджигается запальным устройством. Устанавливается требуемый по производительности режим работы горелки. В начальной стадии разогрева, после розжига, цвет факела приобретает чистый прозрачный цвет и сжигание газа переходит в безфакельное с выделением коротковолнового инфракрасного излучения в ядре факела, поверхности футеровки и труб отражают малиновый цвет, что свидетельствует о высокой эффективности сжигания газа с высоким тепловыделением. По мере разогрева камеры сгорания и концентрации тепла, на всех параметрах работы горелки сжигание газа остается таким же высокоэффективным С высоким тепловыделением, с полной реализацией реакций (2) и (3). Температура ядра факела достигает 1800-1850°С и обусловлена наличием в молекуле метана (СН4) молекулы углерода (С), в три раза превышающего по массе молекулу водорода (Н2). При этом 10-20% тепла передается тепловоспринимающим поверхностям посредством конвективного теплообмена, остальные 80-90% тепла передаются за счет коротковолнового инфракрасного излучения (лучевой энергии) от ядра факела равномерно по всем направлениям камеры сгорания, достигающего самые труднодоступные участки.

Равномерность прогрева труб и футеровки с исключением локального перегрева способствует экономии топлива от 10% и более, увеличивает производительность котлов на 10-15%, снижает затраты на их содержание и увеличивает срок службы котлов. Этому способствует безсажевое сжигание газа, так как сажа, сгорая на поверхности труб и футеровки при температуре около 3000°С, провоцирует их локальный перегрев и преждевременный износ.

Анализ состава отходящих газов за котлом показал отсутствие в них угарного газа (СО) и снижение оксидов азота на 10-15%. Предлагаемый способ интенсификации сжигания топлива и горелочное устройство для его реализации позволяют эффективно сжигать топливо с коэффициентом избытка воздуха, равного 1,01-1,02; снизить удельный расход газа на выработку одной тонны пара, снизить вредные выбросы в атмосферу и увеличить срок службы котлов и их производительность.

Источники информации

1. Патент №2122154, 6 F23D 17/00. Способ повышения энергетических и экологических показателей горелочных устройств и устройство для его реализации. Ридер К.Ф., Хохлов Л.К.

Бюл. №32 20.11.1998.

2. Патент №2287110, F23D 17/00. Способ интенсификации процесса сжигания газа и горелочное устройство для его реализации. Чумак В.Т. Бюл. №31, 10.11.2006.

1. Способ интенсификации процессов сжигания топлива, включающий подачу первичного воздуха и вторичного, закрученного пластинчатыми завихрителями, газообразного топлива, выходящего из множества газовых сопел, расположенных радиально на коллекторе газа, смешивается со встречным ламинарным потоком воздуха и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения, отличающийся тем, что на коллекторе газа устанавливаются две ступени пластинчатых завихрителей, из которых первая ступень регулирует скорость воздушного потока, вторая ступень скорость газовоздушной смеси, формируемой трехступенчатым смешиванием с газом, выходящим из радиальных газовых сопел, расположенных перед пластинчатыми завихрителями, между пластинчатыми завихрителями и после пластинчатых завихрителей второй ступени с резким снижением скорости сформированной газовоздушной смеси посредством угла раскрытия факела, предотвращающего проскок пламени вовнутрь горелки или отрыв пламени.

2. Грелочное устройство, содержащее корпус с форсункой для подачи жидкого топлива, коллектор газообразного топлива с множеством радиальных газовых сопел, отличающееся тем, что в коллекторе газа выполнено множество газовых сопел в количестве от 50 до 500 из которых от 0 до 35% расположено до пластинчатых завихрителей, от 0 до 35% между пластинчатыми завихрителями и от 30 до 100% после пластинчатых завихрителей второй ступени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано в котельных установках, работающих на пылеугольном топливе при транспортировании его в горелку по пылепроводам системы подачи пыли высокой концентрации (ПВК) под давлением, и обеспечивает при его использовании повышение устойчивости горения и экономичности сжигания переменного по реакционности топлива при низком уровне образования вредных веществ (оксидов азота NOx) в топочных газах.

Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, транспорта и к другим областям, где имеют место процессы смешения различных жидкостей и газов, в том числе процессы смесеобразования различных топлив с воздухом и сжигания «бедной» топливовоздушной смеси (ТВС), в частности к созданию малоэмиссионных камер сгорания (МКС) авиационных газотурбинных двигателей (ТТЛ) и стационарных газотурбинных установок (ГТУ) на базе малоэмиссионных горелок (МГ) с предварительной подготовкой и сжиганием «бедных» смесей жидких или газообразных топлив и воздуха.

Изобретение относится к горелке для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в зону горения печи, такой как вращающаяся печь для производства цементного шлака или подобных ему материалов, и обеспечивает при его использовании возможность легко демонтировать для ремонта или замены и/или для ремонта или замены элементы, включенные в наконечник горелки.

Изобретение относится к горелке для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в зону горения печи, такой как ротационная печь для производства цементного шлака или подобная ей печь.

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.

Горелка // 2421661
Изобретение относится к энергетике, может быть использовано для сжигания газа в топочных устройствах различного назначения и позволяет снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания с одновременным повышением качества сжигания газа и эксплуатационной надежности.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива в топках котлов и в печах, и позволяет обеспечить интенсификацию горения топлива для снижения химического недожога во всем диапазоне изменения тепловых нагрузок котельного агрегата.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих газ и угольную пыль. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах, сжигающих пылеугольное и газообразное топлива. .

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов обработки и переработки древесной биомассы и может быть использовано в промышленной теплоэнергетике для повышения технико-экономических и экологических показателей работы при сжигании коросодержащих отходов неоднородного гранулометрического состава топливной смеси

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих природный газ, угольную пыль, топливную суспензию

Изобретение относится к области энергетики

Горелка // 2488041
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих жидкое топливо, в том числе водоугольные суспензии, мазут, дизельное топливо

Изобретение относится к области энергетики

Изобретение относится к объектам энергетического машиностроения. Изобретение направлено на создание экономичных котельных, использующих горелки без электропотребления от внешних источников. Эта задача решается использованием части тепловой энергии продуктов сгорания топлива для выработки электроэнергии посредством электрогенератора. Для этого нагнетатель воздуха в зону горения выполнен в виде турбокомпрессора 7, вал которого кинематически связан с электрогенератором 9 и топливным насосом 3, в газоводе на выходе камеры горения 1 установлен теплообменник 10, вход и выход теплопринимающего тракта которого сообщены, соответственно, с выходом компрессора и входом турбины турбокомпрессора 7, а выход турбины - со входом воздушного тракта в камеру горения 4. Изобретение направлено на повышение экономичности малых котельных. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к комбинированным пылеугольным горелкам, и может быть использовано в энергетическом машиностроении на пылеугольных котлах с подачей в горелки угольной пыли высокой концентрации (УПВК) по трубам под давлением. Комбинированная пылеугольная горелка содержит воздушный короб, каналы пылевоздушной смеси (ПВС) и вторичного воздуха, трубу для подачи угольной пыли высокой концентрации (УПВК) и устройство разброса УПВК. Каналы ПВС и вторичного воздуха размещены в проекции на вертикальную плоскость друг над другом с зазором между ними, а в канале ПВС расположена труба для подачи УПВК, за торцом которой установлено устройство разброса УПВК, состоящее из горизонтального рассекателя уголкового типа и размещенного за ним вертикального рассекателя, боковые стенки которого разделяют канал ПВС на два выходных участка вертикально-щелевого типа, причем внешние вертикальные стенки канала ПВС выполнены сужающимися по длине горелки до вершины вертикального рассекателя, а после него - расширяющимися по горизонтали с увеличением высоты. Канал вторичного воздуха снабжен форсуночной трубой для установки мазутной форсунки и трубками для подачи газообразного топлива. Технический результат - снижение вредных выбросов NOx и недожога топлива. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к газомазутной вихревой горелке с принудительной подачей воздуха. Горелка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива применяется в паровых и водогрейных котлах. Горелка состоит из основной горелки с устройством для подачи газообразного топлива и с устройством для подачи жидкого топлива, пилотной горелки и запальной горелки. Пилотная горелка с принудительной подачей воздуха расположена в корпусе основной горелки. При работе на газообразном топливе пилотная горелка используется для контроля факела основной горелки. В качестве датчика факела основной горелки, работающей на жидком топливе, используется фотодатчик. Запальная горелка, расположенная в корпусе основной горелки используется для розжига факела пилотной горелки и факела основной горелки, работающей как на газообразном, так и на жидком топливе. Задача изобретения - создание безопасной горелки для котлов большой мощности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх