Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива



Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива
Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива
Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива
Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива
Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива
Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива

 


Владельцы патента RU 2551439:

Басаргин Тимофей Логинович (RU)
Тимонин Александр Семёнович (RU)
Орлов Владислав Михайлович (RU)

Изобретение относится к энергетике. Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива, содержащее корпус с патрубком, образующий воздушную камеру, пластинчатый завихритель, соосно расположенный на головной части газораспределительного коллектора с патрубком и радиальными отверстиями для подачи газа в закрученный воздушный поток, выходящий из завихрителя, центральный воздуховод для прохождения первичного воздуха, трубопровод с форсункой для подачи жидкого топлива, причем пластинчатый завихритель выполнен в виде чередующихся между собой конфузоров и диффузоров, формирующих сужающие и расширяющие потоки воздуха, при этом пластины завихрителя закреплены попарно непосредственно на газораспределительном коллекторе или на съемной с коллектора втулке. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания газообразного и жидкого топлива путем активизации горения топлива с обеспечением экологической безопасности. 6 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и теплотехнике и может быть использовано в котлах и печах различного назначения, теплоэнергетических установках, в нефтепереработке, в технологических процессах с применением огневых воздействий в различных отраслях промышленности и энергетики.

Известно горелочное устройство / пат. РФ №2122154, кл. F23 17/00, 1998/, содержащее корпус с форсункой для подачи жидкого топлива, подачу воздуха в коллектор газа для подачи газообразного топлива с множеством радиальных газовых сопел и завихритель.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность сжигания топлива, а также большое количество выбросов вредных веществ в атмосферу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива /пат. РФ №2287110, МПК F23D 17/10, 2006 г./, включающее корпус с патрубком, образующим воздушную камеру, пластинчатый завихритель вторичного воздуха, газораспределительный коллектор с патрубком и радиальными отверстиями для подачи газа в закрученный воздушный поток, центральную трубу для прохождения первичного воздуха, в которую при необходимости устанавливают с кольцевым зазором трубопровод с форсункой для подачи жидкого топлива.

Недостатком данного устройства является ограниченное применение, так как только закрученный факел с большим углом раскрытия обеспечивает удовлетворительную рециркуляцию продуктов сгорания. В основном, это характерно для котельных установок и промышленных печей. При малых углах раскрытия факела циркуляция продуктов сгорания снижается и факел теряет стабильность горения, а при прямоточном факеле, когда угол раскрытия факела близок к нулю, горелочное устройство теряет работоспособность.

Задачей настоящего изобретения является существенное повышение эффективности сжигания газообразного и жидкого топлива путем активизации горения топлива с обеспечением экологической безопасности.

Поставленная задача решается за счет того, что горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива, содержащее корпус с патрубком, образующий воздушную камеру, пластинчатый завихритель, соосно расположенный на головной части газораспределительного коллектора с патрубком и радиальными отверстиями для подачи газа в закрученный воздушный поток, выходящий из завихрителя, центральный воздуховод для прохождения первичного воздуха, трубопровод с форсункой для подачи жидкого топлива, причем пластинчатый завихритель выполнен в виде чередующихся между собой конфузоров и диффузоров, формирующих сужающие и расширяющие потоки воздуха, при этом пластины завихрителя закреплены попарно непосредственно на газораспределительном коллекторе или на съемной с коллектора втулке под углом не более 90° друг к другу, длина пластины при прямоточном факеле горения одинакова, а при закрученном факеле горения - каждую вторую пластину выполняют до половины длины завихрителя.

На фиг. 1 схематично изображено горелочное устройство /общий вид/. На фиг. 2 и 3 представлены в четвертном разрезе головной части горелочного устройства наладки для получения различных форм факела горения, на фиг. 4, 5 и 6 - показаны развертки конфузорно-диффузорного завихрителя, обеспечивающего соответственно прямоточный /длинный/ и развернутые /короткие/ факелы горения.

Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива содержит следующие конструктивные элементы:

1 - корпус, снабженный патрубком подвода вторичного воздуха;

2 - пластинчатый конфузорно-диффузорный завихритель;

3 - газораспределительный коллектор с патрубком для подвода газа;

4 - радиальные отверстия для подачи газа в поток вторичного воздуха;

5 и 6 - торцевые отверстия для подачи газа в поток первичного и вторичного воздуха;

7 - центральная труба, в которую с кольцевым зазором 8 установлен газопровод 9 с сопловым наконечником 10 или трубопровод 11 с форсункой 12, соответственно для подачи газа или жидкого топлива;

13 - съемная втулка;

14 - пластины;

15 - укороченные пластины;

16 - осевое отверстие соплового наконечника 10 /первое исполнение соплового наконечника/;

17 - отверстия соплового наконечника 10 /второе исполнение соплового наконечника/;

18 - конфузорный насадок;

19 - диффузорный насадок.

Горелочное устройство работает следующим образом.

Газ подают с небольшой подачей через газораспределительный коллектор 3 в выходной насадок 18 или 19, где его поджигают от факела запальника, далее через воздушную камеру, образованную корпусом 1, также с небольшой подачей в зону горения подают вторичный воздух и при достижении вялого, но устойчивого факела горения, последовательно увеличивая подачу газа и воздуха, выводят работу горелочного устройства на рабочий режим, при котором вторичный воздух, через воздушную камеру корпуса 1, подают в пластинчатый конфузорно-диффузорный завихритель 2, который делит его на конфузорные /сужающие/ и диффузорные /расширяющие/ равные по числу разноскоростные потоки, соответствующие общему количеству пластин 14 при прямоточном и 14, 15 при закрученном факеле горения.

При выходе из завихрителя 2 эти потоки смешивают с газом /первый поток/, поступающим из газораспределительного коллектора 3 через его радиальные отверстия 4 и получают горючие смеси с разной концентрацией. В процессе горения диффузорная богатая смесь с α<1, протекающая с меньшей скоростью, образует промежуточные продукты горения с активными химическими элементами O, ОН, CH3 и др. - центрами горения, инициирующими цепные реакции, которые конфузорная бедная смесь с α>1, протекающая с большей скоростью, инжектирует и тем самым образует активную горючую смесь с α до 1,1, обеспечивающую устойчивый высокотемпературный (до 1600°C) как прямоточный (при одинаковой длине пластин 14) или развернутый (при разной длине пластин 14 и 15) факел горения, не зависящий от угла раскрытия, т.к. рециркуляция промежуточных продуктов горения в рассматриваемом изобретении дублируется разницей скоростей смешанных горючих потоков.

Факел при таком способе сжигания топлива получают мало светящимся (прозрачным), укороченным, длиной до 1 м. Для достижения мобильности конструкции горелочного устройства и изменения длины факела конфузорно-диффузорный завихритель 2 выполнен съемным в виде втулки 13 с закрепленными на ней пластинами 14 (для прямоточного факела) или 14 и 15 (для закрученного факела) и с выполненным на ее торце конусным (для закрученного факела) и цилиндрическим (для прямоточного факела) отбойником газовых струй, выходящих из радиального отверстия 4. Величина конуса определяет угол вхождения газовых струй в потоки вторичного воздуха, отчего меняется продолжительность смешивания газа с воздухом и, следовательно, длина факела горения.

Угол этого конуса выбирают в пределах 120°, предельное его значение 120° соответствует углу вхождения газа в потоки воздуха под углом 30°. Дальнейшее увеличение этого угла до 180°, соответствующее углу вхождения газа в потоке воздуха 90°, существенного изменения длины факела не даст.

Цилиндрический отбойник направляет струи газа параллельно оси горелочного устройства, при этом продолжительность смешивания газа с воздухом и длина пути смешивания увеличиваются, увеличивая при этом длину факела горения.

Кроме того, изменение длины и угла раскрытия факела без потери стабильности горения осуществляют изменением угла наклона (φ) конфузорно-диффузионных потоков к оси горелочного устройства. Его выбирают в пределах до 60°, при дальнейшем увеличении угла происходит резкое снижение скоростей потоков, отчего падает их рециркуляционная связь и соответственно активность процесса горения.

Для получения удлиненного факела горения (до 2 м), используемого как правило в энергетических и технологических установках, дополнительно в зону горения подают газ (второй поток) через торцевые отверстия 5 или 6 газораспределительного коллектора 3, выполненные к потоку соответственно первичного или вторичного воздуха под углом менее 30° относительно оси горелочного устройства. Этот предел угла выбран оптимальным, т.к. увеличение этого угла приводит к резкому уменьшению величины удлинения факела, а при 90° удлинение факела не будет.

Объем газа подаваемый через торцевые отверстия 5 и 6 (второй поток) выдерживают в пределах 35% к объему газа, подаваемого через радиальные отверстия 4 (первый поток), образуя горючую смесь с коэффициентом избытка воздуха α>1, а конфузорно-диффузорную горючую смесь выдерживают с α<1 с обеспечением в общем факеле горения α до 1,15.

В результате смешивания этих горючих смесей процесс горения за счет промежуточных активных продуктов горения конфузорно-диффузорной горючей смеси и вновь образующихся активных центров, инициирующих цепные реакции горения более активизируется, обеспечивая увеличение скорости прохождения химических реакций горения, снижения тепловых потерь и увеличение жаропроизводительности.

С целью дальнейшего увеличения длины факела горения свыше 2 м, применяемого в металлургической, химической и других промышленностях, по газопроводу 9 через осевое отверстие 16 или наклонные отверстия 17 соплового наконечника 10 подают в зону горения газ, (третий поток) в объеме 15% к сумме первого и второго газовых потоков, который смешивают с первичным воздухом, поступающим по кольцевому зазору 8, образуя горючую смесь с α>1, при этом сжигание первого и второго газовых потоков осуществляют с α<1, выдерживая в общем факеле горения коэффициент избытка воздуха в пределах α=1÷1,15. Это позволяет получать также промежуточные продукты горения с активными центрами горения в виде атомов водорода, кислорода, гидроксильных радикалов и других элементов - центрами инициации, возникновение и прохождение цепных реакций горения, тем самым, активизируя процесс горения в едином факеле.

Отклонение от указанных соотношений газа в потоках приводит к нарушению режима ступенчатого сжигания топлива, что повлечет за собой снижение активизации горения и увеличение содержания окислов азота в продуктах сгорания.

При сжигании жидкого топлива взамен газообразного, его под давлением подают по трубопроводу 11 в форсунку 12, которая производит в зоне горения его распыление. Распыленные частицы топлива с воздушными конфузорно-диффузорными потоками образуют активную горючую смесь, которая при сжигании, так же как и газовоздушная горючая смесь, резко повышает эффективность горения.

Таким образом, горелочное устройство обеспечивает существенное повышение эффективности сжигания топлива за счет получения промежуточной активной горючей среды и последовательной ее рециркуляции в общий факел горения топлива в три этапа (ступени), что позволило резко активизировать процесс сжигания топлива с уменьшением тепловых потерь с увеличением жаропроизводительности, и обеспечение экологической безопасности.

Горелочное устройство для сжигания газообразного и жидкого топлива, содержащее корпус с патрубком, образующий воздушную камеру, пластинчатый завихритель, соосно расположенный на головной части газораспределительного коллектора с патрубком и радиальными отверстиями для подачи газа в закрученный воздушный поток, выходящий из завихрителя, центральный воздуховод для прохождения первичного воздуха, трубопровод с форсункой для подачи жидкого топлива, отличающееся тем, что пластинчатый завихритель выполнен в виде чередующихся между собой конфузоров и диффузоров, формирующих сужающие и расширяющие потоки воздуха, при этом пластины завихрителя закреплены попарно непосредственно на газораспределительном коллекторе или на съемной с коллектора втулке под углом не более 90° друг к другу, длина пластины при прямоточном факеле горения одинакова, а при закрученном факеле горения - каждую вторую пластину выполняют до половины длины завихрителя.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к горелке предварительного смешивания для работы теплового генератора, по меньшей мере, содержащей вихревой генератор, смесительную секцию ниже по потоку от вихревого генератора и переходной элемент для передачи закрученного потока от вихревого генератора в смесительную секцию.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для сжигания газообразного и/или жидкого топлива как раздельно, так и совместно. Горелка содержит трубопровод с центральным и множеством боковых отверстий в выходной его части, из корпуса трубопровода и съемной насадки, и практически соосно расположенную в трубопроводе вставку с центральным каналом, выделяющую в трубопроводе кольцевой канал.

Горелка выполнена с центральной компоновкой подачи топлива, а также с охватывающим центральную компоновку подачи топлива кольцевым воздушным каналом для подачи топочного воздуха и с расположенными в кольцевом воздушном канале вихревыми лопатками.

Направляющая лопатка выполнена с одним первым устройством для подачи газа через насадку и одним дополнительным вторым устройством для подачи газа через насадку. В первые сопла топливо подается от первого распределительного трубопровода, а во вторые сопла - от второго распределительного трубопровода.

Изобретение относится к области энергетики. Модуль (10) горелки для сталелитейных установок содержит зону (18) смешивания, несколько каналов (32) подачи топлива для подачи горючего топлива в зону (18) смешивания, и несколько каналов (34) подачи воздуха для подачи воздуха для горения в зону (18) смешивания, первичную горелку (42) с кольцевым устройством (30) подачи, содержащим каналы (32) подачи топлива и каналы (34) подачи воздуха, центральный канал (44) через кольцевое устройство (30) подачи, при этом центральный канал (44) является соосным с кольцевым устройством (30) подачи, и вторичную горелку (46), расположенную в центральном канале (44) модуля (10) горелки, модуль (10) горелки содержит вспомогательные каналы (64, 66) подачи для подачи горючего топлива и/или воздуха для горения в зону (18) смешивания, при этом вспомогательные каналы (64, 66) подачи имеют меньшее поперечное сечение, чем поперечное сечение каналов (32) подачи топлива или каналов (34) подачи воздуха, и каналы (32) подачи топлива и каналы (34) подачи воздуха первичной горелки (42) предусмотрены в чередующемся по окружности порядке, при этом кольцевое устройство (30) подачи образовано кольцевым каналом, содержащим в себе несколько внутренних каналов, при этом внутренние каналы разделяют кольцевой канал на чередующиеся по окружности каналы (32) подачи топлива и каналы (34) подачи воздуха, при этом кольцевой канал подключен для транспортировки одного из типов горючего топлива или воздуха для горения, при этом внутренние каналы используются для транспортировки другого типа горючего топлива или воздуха для горения.

Изобретение относится к области энергетики. Система горелки для сжигания топлива в виде текучей среды имеет ступицу, по меньшей мере один подводящий воздух канал и для каждого вида топлива по меньшей мере один подводящий топливо канал (9, 12, 13, 16), при этом по меньшей мере один подводящий топливо канал (9, 12, 13, 16) выполнен, по меньшей мере, частично в ступице горелки.

Топливная трубка для горелки, в частности для горелки газовой турбины, содержит конец, который имеет поверхность под форсунки, а также, по меньшей мере, две топливные форсунки.

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, как раздельно, так и совместно, в любых соотношениях в печах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленностей.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство (20) горелки для топочной установки для сжигания текучих сред топлива и/или инертных материалов, в частности жидкого топлива и/или топочного газа, причем для каждого вида топлива и/или инертного вещества предусмотрено, по меньшей мере, одно средство (1, 2, 8, 9, 12, 13, 16) подвода среды, средство (3, 4) подвода воздуха и средство для смешивания среды с воздухом, выполненное в виде неподвижной создающей завихрение лопатки (6, 7), которые образованы в стенках связного металлического корпуса горелки, причем, по меньшей мере, одно средство (9, 13, 16) подвода среды отделено от прилегающих к нему зон корпуса горелки вдоль соответствующей отделяющей стенки с помощью, по меньшей мере, одной выполненной в виде выемки промежуточной полости (33, 43), так что в зонах, выполненных в виде выемки промежуточных полостей (33, 43), уменьшен теплообмен между примыкающими зонами корпуса горелки, в частности между соседними средствами (9, 13, 16) подвода среды.

Изобретение относится к области энергетики, а именно для сжигания газообразного топлива. Способ сжигания топлива включает подачу потока воздуха, подачу потока топлива первого типа по первому каналу, розжиг потока топлива первого типа с получением первого пламени, а также подачу потока топлива второго типа по расположенному практически соосно с первым второму кольцевому каналу, имеющему множество боковых струйных выходов в выходной части для получения второго пламени.

Горелка // 2560968
Настоящее изобретение относится к горелочным устройствам с регулируемыми параметрами факела и может быть использовано для сжигания газообразного или жидкого топлива, предварительно переведенного в газообразное состояние, в различных агрегатах. Горелка содержит корпус с расширяющимся участком, топливопровод с расположенным на конце жиклером, сопло, установленное над расширяющимся участком корпуса, и спираль. Корпус состоит из трех камер: первой смесительной камеры, турбулентной камеры и второй смесительной камеры. В первой смесительной камере выполнены по меньшей мере два воздухопроводных отверстия. Суммарная площадь сечений этих воздухопроводных отверстий должна быть не менее площади сечения корпуса. В турбулентной камере закреплена спираль. Спираль изготовлена из жаростойкого сплава. Во второй смесительной камере выполнены по меньшей мере два воздухопроводных отверстия. Сумма площадей сечений вышеуказанных воздухопроводных отверстий и площади сечения нерасширяющегося участка корпуса должна быть равна площади сечения сопла. Техническим результатом является получение экологически чистых продуктов сгорания, надежная и постоянная стабилизация пламени, широкий предел регулирования струи пламени, полное сгорание топлива, надежность конструкции горелки, уменьшение энергозатрат на горение. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Горелка предварительного смешивания многоконусного типа для газовой турбины содержит множество кожухов, расположенных вокруг центральной оси горелки и являющихся частями виртуального аксиально продолжающегося общего конуса , открытого в направлении вниз по потоку. Указанные части смещены перпендикулярно оси горелки для образования тангенциальной щели между каждой парой смежных кожухов. Виртуальный общий конус имеет угол конусности, изменяющийся в осевом направлении. Изобретение направлено на повышение стабильности горения. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройствам с непосредственным впрыскиванием жидкого углеводородного топлива нормальной или повышенной вязкости в капельном состоянии или газообразного углеводородного топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и подготовкой топливовоздушной смеси для сжигания в зоне горения с помощью воздуха. Двухтопливная форсунка содержит корпус 1 с каналами подвода жидкого и газообразного топлива, а также кожух 2, который одновременно является газораздающим насадком с сопловым и газораздающими отверстиями, и завихрителем воздушного потока. По оси форсунки концентрично каналам подачи топлива выполнен центральный канал подачи воздуха, а канал подачи жидкого топлива дополнительно оборудован распылителем 4, который связан с центральным каналом подачи воздуха и выполнен с возможностью центробежной закрутки топлива. В теле кожуха выполнены косые пазы 7, создающие зону завихрения в сопловой полости кожуха. Газораздающие отверстия выполнены с возможностью подавать газообразное топливо в зону завихрения, а также в зону горения, минуя зону завихрения и сопловое отверстие. Изобретение позволяет достигнуть полноты сгорания и стабилизации факела горения на всех режимах работы газотурбинных приводов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Газовая дутьевая горелка содержит цилиндрический корпус, состоящий из двух обечаек, воздушный короб, каналы для подачи первичного и вторичного воздуха, установленную по оси корпуса направляющую трубу для монтажа паромазутной горелки, газовый коллектор с газоводами и трубу для установки пилотной горелки, в упомянутом воздушном коробе выполнен карман для выравнивания потока воздуха по сечению горелки. Упомянутый карман выполнен в виде воздухозаборника, ограниченного внутренней обечайкой, металлической пластиной, разделяющей поперечное сечение воздушного короба, и пластиной, ограничивающей половину кольцевого зазора вторичного воздушного контура со стороны подвода воздуха. В корпусе горелки предусмотрены узлы независимого контроля факелов основной и пилотной горелок для установки оптических датчиков. Изобретение позволяет повысить качество сжигания топлива, безопасность и надежность работы горелки. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты процесса сжигания газовых и жидкостных сбросов. Устройство содержит обечайку с профилированным входом и выходом, установленную на раме, дежурную горелку, расположенную внутри обечайки, горелку, расположенную на оси обечайки и представляющую собой полый цилиндрический корпус, соединенный с трубопроводом подачи газовых сбросов, трубу, соосно установленную внутри корпуса и соединяющую трубопровод подачи жидкостных сбросов с пневматической форсункой, установленной в выходной части корпуса, несколько трубок, установленных снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом и соединенных с внутренней полостью корпуса, при этом на концах трубок установлены форсунки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного и раздельного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты процесса сжигания газовых и жидкостных сбросов. Устройство содержит обечайку с профилированным входом и выходом, установленную на раме, дежурную горелку, расположенную внутри обечайки, смесительную головку, расположенную на оси обечайки и включающую в себя блок подачи газовых сбросов, блок подачи жидкостных сбросов, представляющие собой два кольцевых коллектора, установленные соосно и соединенные между собой радиальными патрубками, форсунки, связывающие между собой блок подачи газовых сбросов и блок подачи жидкостных сбросов, состоящие из наконечника в виде полого цилиндра, соединенного с блоком подачи газовых сбросов, причем в его выходной части выполнено устройство для закрутки потока, предпочтительно в виде многозаходной спирали, втулку с цилиндрической внутренней поверхностью, соединенную с блоком подачи жидкостных сбросов и охватывающую с зазором наконечник, при этом на торце втулки закреплено сопло, трубопровод подачи газовых сбросов, трубопровод подачи жидкостных сбросов, соединенные со смесительной головкой. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного и раздельного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты процесса сжигания газовых и жидкостных сбросов. Комбинированное горелочное устройство содержит, как минимум, раму, смесительную головку, закрепленную на раме и состоящую из блока подачи газовых сбросов, блока подачи жидкостных сбросов, представляющие собой два кольцевых коллектора, установленные соосно и соединенные между собой двумя глухими патрубками, форсунок, расположенных по концентрическим окружностям и связывающих между собой блок подачи газовых сбросов и блок подачи жидкостных сбросов, состоящих из наконечника в виде полого цилиндра, соединенного с блоком подачи газовых сбросов. Причем в его выходной части выполнено устройство для закрутки потока, предпочтительно в виде многозаходной спирали, втулки с цилиндрической внутренней поверхностью, охватывающей с зазором наконечник и соединенной с блоком подачи жидкостных сбросов, дежурную горелку, расположенную на оси смесительной головки и закрепленную на раме, коллектор подачи газовых сбросов и коллектор подачи жидкостных сбросов, соединенные со смесительной головкой. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх