EA015315B1 - Способ сжигания жидкого топлива и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в промышленности, строительстве дорог и теплоустановках для повышения качества сжигания мазута длинным факелом горения в теплотехническом устройстве, таком, например, как жаровая труба котла или битумного подогревателя. Задачами настоящего изобретения являются увеличение длины распыла и повышение качества горения за счет улучшения подготовки качества топливовоздушной смеси, предварительного подогрева воздуха и подачи его к корню факела, улучшение стабилизации и повышение длины факела сжигания топлива при упрощении конструкции горелки. Поставленные задачи решаются тем, что поток воздуха подают по периферии потока жидкого топлива, а образованный топливовоздушный факел периферийной частью подают на разогретую внутреннюю поверхность цилиндрической обечайки, при этом вокруг факела в обратном направлении обеспечивают подачу рециркуляционных газов. Имеются и другие отличия от прототипа. Такое выполнение способа и устройства для сжигания жидкого топлива позволяет значительно упростить устройство, повысить его надежность и обеспечить качественное управление сгоранием на различных режимах и мощности. В наибольшей степени положительный эффект замечен на сжигании смесей при большой мощности, поскольку не все форсунки могут обеспечить качественное сжигание из-за активного охлаждения большими потоками свежего топлива.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в промышленности, строительстве дорог и теплоустановках для повышения качества сжигания мазута длинным факелом горения в теплотехническом устройстве, таком, например, как жаровая труба котла или битумного подогревателя.

Известен способ сжигания углеводородного топлива [1], заключающийся в раздельном подводе топлива и воздуха в горелку, распылении топлива в двухслойном коаксиальном воздушном потоке и сжигании топлива при нестехиометрическом соотношении компонентов в объеме факела. Подаваемый в горелку воздух разделяется на первичный, участвующий в горении топлива в корневой области факела, и вторичный, участвующий в дожигании хвоста факела. Вторичный воздух подается в зону горения порционно, за счет чего снижается температура в ядре факела и, как следствие, уменьшается образование оксидов азота.

Этот способ сжигания топлива не позволяет снизить выбросы окислов азота без существенного ухудшения горения и увеличения образования других окислов - углерода. Снижение температуры факела при нестехиометрическом горении приводит к неполному выгоранию углерода и образованию коксовых остатков. Двухступенчатое сжигание топлива не получило распространения в энергетике, поскольку этот способ связан с существенным ухудшением полноты выгорания топлива и, как следствие, снижением КПД котла в целом. Кроме того, известный способ не позволяет получить длинного факела сгорания, необходимого для работы в жаровых трубах топливоэнергетических установок.

В качестве прототипа для способа выбран способ сжигания углеводородного топлива, реализованный устройством [2], включающий подачу топлива и распыливающего газа осевым потоком и их сжигание в факеле, при этом поток воздуха подают с завихрением по периферии дисперсного потока жидкого топлива. Подачу топлива осуществляют из центра горелки, а воздушный поток подают в камеру завихрения

Одним из недостатков этого способа является уменьшение температуры при большом избытке холодного вторичного воздуха, а следовательно, уменьшение КПД. Вторым недостатком способа сжигания углеводородного топлива, взятого за прототип, является ухудшение горения в целом и образование несгоревших частиц углерода в центральной части факела при незначительном снижении выхода оксидов азота. Незначительное переобогащение центральной области факела топливом приводит к некоторому снижению выхода оксидов азота, но одновременно при этом ухудшается эффективность сжигания топлива и снижается КПД котла, факел выбрасывает дым и копоть. При этом на выступающих частях образуется нагар, что загрязняет сжигающее устройство и делает работу устройства неэффективной.

Известны двухтопливная распылительная горелка, предназначенная для стабилизации потока жидкого топлива без значительного колебания уровня подачи жидкого топлива, даже при низких расходах топлива [3, 4]. В этой горелке для разложения жидкого топлива посредством воздуха и сжигания разложенного топлива горелка содержит емкость для жидкого топлива, выполненную в виде трубки с дном в нижней части и отверстиями, выполненными над уровнем жидкого топлива для подачи топлива через каналы в выходное отверстие. Концентрично трубке с топливом выполнен канал для подачи первичного воздуха. Концентрично и снаружи его выполнен второй канал для подачи вторичного воздуха. Дно горелки выполнено плоским, с установкой на нем двух концентричных труб для разделения факельной зоны на несколько отдельных зон.

Недостатками известной горелки являются сложность конструкции и громоздкость. Другим недостатком является вертикальное исполнение горелки, что не позволяет ее использовать в некоторых видах котлов с длинным горизонтальным факелом горения.

В качестве прототипа для устройства принята двухкомпонентная форсунка для жидкого топлива, содержащая корпус для подвода распыливающего компонента, внутри которого соосно с ним размещена форсунка жидкого компонента с выходным каналом и газовый завихритель, при этом в днище выполнено отверстие, соосное с выходным каналом жидкости, образующее с газовым завихрителем или центробежной форсункой два кольцевых концентрических коллектора, при этом в днище газового завихрителя вокруг отверстия выполнены осевые каналы [2].

К недостаткам прототипа относятся громоздкость и недостаточная надежность конструкции, обусловленная необходимостью использования газовой форсунки. Кроме того, центробежные силы, возникающие при завихрении, отбрасывают капли горючей жидкости на внутреннюю поверхность камеры, что вызывает закоксовывание внутренних поверхностей горелочного устройства. Другим недостатком является отсутствие камеры газификации, а также малая длина факела распыла, обусловленная разбросом вращающихся частиц жидкого топлива центробежной силой, а следовательно, невозможность сжигания его в длинных футерованных жаровых трубах.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности сжигания жидкого топлива в футерованной жаровой трубе постоянного диаметра с малым коэффициентом избытка воздуха при естественной тяге воздуха за счет улучшения подготовки качества топливовоздушной смеси и подачи предварительно подогретого воздуха к корню факела при упрощении конструкции горелки.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе сжигания жидкого топлива, включающем подачу топлива и воздуха осевым потоком и их сжигание в факеле, при этом поток воздуха подают с завихрением по периферии дисперсного потока жидкого топлива, согласно изобретению, периферий

- 1 015315 ную часть образованного топливовоздушного факела подают на разогретую внутреннюю поверхность цилиндрической обечайки, при этом вокруг факела в обратном направлении обеспечивают подачу рециркуляционных газов вместе с пламенем, а дожигают факел в жаровой трубе с естественной тягой воздуха.

Поставленная задача решается также и тем, что к корневой части топливовоздушного факела сквозь разогретую обечайку подают предварительно нагретый вспомогательный воздух.

Поставленная задача для устройства решается тем, что в известном устройстве для сжигания жидкого топлива в жаровой трубе, включающем комбинированную форсунку с выходным каналом и газовый завихритель, при этом в днище выполнено отверстие, соосное с выходным каналом жидкости, согласно изобретению, дополнительно выполнена камера газификации топлива и устройство розжига, форсунка помещена в дно камеры газификации топлива, а края камеры газификации образованы обечайкой устройства розжига, внутри обечайки размещена втулка с гофрированной стенкой.

Поставленная задача решается также и тем, что обечайка устройства розжига выполнена с полыми стенками и отверстиями для подачи подогретого воздуха в камеру газификации.

Такое выполнение способа и устройства позволяет так организовать факел распыляемой жидкости в смеси с воздухом, что на выходе из форсунки образуется длинный топливовоздушный факел распыла, который содержит на периферии мелкодисперсное распыленное топливо. После розжига посторонним источником горения при одновременной эжекции в прикорневую часть факела предварительно нагретого дополнительного воздуха загорается периферийная часть. Кроме того, периферийная часть факела касается внутренней части камеры розжига и гофрированной втулки. За счет горения и теплового излучения эти элементы устройства нагреваются и подогревают проходящий по ним воздух. Сквозь гофры гофрированной втулки за счет эжекции внутрь камеры розжига попадает горящая смесь, которая поддерживает самовозгорание смеси без дополнительного источника горения. Свежий воздух, проходя внутри стенок обечайки, ограничивающей камеру розжига, охлаждает ее, отбирая у нее излишнее тепло, при этом сам нагревается и способствует предварительному подогреву топливовоздушной смеси. При этом, учитывая бедный по кислороду режим, факел горит преимущественно по поверхности топливовоздушного, доставляя разогретую смесь в жаровую трубу, где за счет естественной тяги воздуха смесь обогащается кислородом и полностью дожигается в достаточно длинном по протяженности факеле внутри жаровой трубы. При этом образовавшиеся за счет теплового разрушения топливных капель основного факела горения внутренние мелкие капли попадают на футеровку трубы, испаряются и сгорают. Этот процесс исключает тепловое перенапряжение футеровки и забирает кислород, что исключает кислородную коррозию.

Перемещая часть форсунки относительно камеры входа тангенциально закрученного воздуха, можно изменять структуру факела и количество сгораемой непосредственно в камере розжига топливовоздушной смеси и таким образом повысить температуру у корня факела и изменить режим сжигания основной части факела в жаровой трубе.

Кроме того, размещение на выходе из камеры розжига гофрированной втулки позволяет сузить проходное сечение горелки на выходе. При этом возникающее пониженное давление в камере розжига засасывает в нее рециркуляционные газы и горящую смесь по гофрам втулки. Это поднимает температуру в камере розжига.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства для сжигания жидкого топлива.

На фиг. 2 изображен вид В фиг. 1 на форсунку.

На фиг. 3 изображен вид Б фиг. 1.

На фиг. 4 изображен разрез А-А фиг. 1.

Устройство для сжигания жидкого топлива представляет собой комбинированную форсунку 1 для совместной подачи жидкого топлива, в частности мазута 2, и воздуха 3. Форсунка 1 состоит из корпуса 4, в котором размещена коническая втулка 5 с тангенциальными каналами 6 для подачи воздуха. Внутри конической втулки 5 размещена коническая втулка 7 для подачи жидкого топлива. Внутри последней размещен регулятор 8 для регулировки положения конической втулки подачи топлива 7. Он выполнен, например, в виде прутка входящего в коническую втулку для подачи жидкого топлива 7, и при его повороте втулка 7 удаляется от конической втулки 5. Форсунка 1 смонтирована в дне камеры розжига, выполненной в виде обечайки 9. Обечайка выполнена в виде втулки с полыми стенками и отверстиями 10 для подачи подогретого воздуха в камеру розжига 11. В данной конструкции обечайка 9 выполнена из наружной толстостенной трубы и внутренней тонкостенной трубы с выштампованными отверстиями 10. На выходе из камеры розжига установлена втулка с гофрированной стенкой 12. Вся конструкция укрепляется известными способами (не показаны) в начале жаровой трубы 13. Жаровая труба 13 внутри футерована кирпичом 14.

Устройство работает следующим образом. Известными методами предварительно разогревают обечайку 9 камеры розжига 11. После ее разогрева подают жидкое топливо 2, например мазут, и воздух 3. Пропорцию подачи воздуха и топлива оператор определяет опытным путем. При розжиге и стабильной работе может использоваться аппаратура автоматического регулирования. При этом, помимо отдельного

- 2 015315 регулирования давления воздуха и давления жидкого топлива, можно регулировать регулятором 8 соотношение топлива и воздуха, обеспечивая бедный или обогащенный режим горения.

На выходе из камеры розжига 11 установлена втулка 12 с гофрированной стенкой. Установка втулки 12 частично сужает активный проход для топливовоздушной смеси и благодаря этому вдоль гофр в камеру розжига попадает пламя, что поддерживает стабильность горения.

Выполнение обечайки 9 камеры розжига 11 полой с отверстиями 10, а также пониженное давление в камере розжига позволяют охлаждать обечайку воздухом, засасываемым на входе жаровой трубы.

Такое выполнение способа и устройства для сжигания жидкого топлива позволяет значительно упростить устройство, повысить его надежность и обеспечить качественное управление сгоранием на различных режимах и мощности. В наибольшей степени положительный эффект замечен на сжигании смесей при большой мощности, поскольку не все форсунки могут обеспечить качественное сжигание из-за активного охлаждения большими потоками свежего топлива.

Изобретение испытано на установке приготовления асфальтобитумной смеси в Дорожностроительном тресте № 3 г. Могилева (Республика Беларусь). Разработана конструкторская документация. Ведется разработка модельного ряда форсунок для установок различной мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Патент ФРГ № 3327597, МПК Е23С 7/02, опубл. 07.02.1985.

2. Патент РФ № 2231715, МПК Ε23Ό 11/10, опубл. 27.02.2004 - прототип для способа и устройства.

3. Международная заявка АО 2008/018430, МПК Ε23Ό 17/06, опубл. 14.02.2008.

4. Международная заявка АО 2008/018431, МПК Ε23Ό 17/06, опубл. 14.02.2008.

Claims (4)

1. Устройство для сжигания жидкого топлива в жаровой трубе, включающее комбинированную форсунку с выходным каналом и газовый завихритель, при этом в днище выполнено отверстие, соосное с выходным каналом жидкости, отличающееся тем, что дополнительно выполнена камера газификации топлива и устройство розжига, форсунка помещена в дно камеры газификации топлива, а края камеры газификации образованы обечайкой устройства розжига, внутри обечайки размещена втулка с гофрированной стенкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обечайка устройства розжига выполнена с полыми стенками и отверстиями для подачи подогретого воздуха в камеру газификации.

3. Способ сжигания жидкого топлива, включающий подачу топлива и воздуха осевым потоком и их сжигание в факеле, при этом поток воздуха подают с завихрением по периферии дисперсного потока жидкого топлива, отличающийся тем, что периферийную часть образованного топливовоздушного факела подают на разогретую внутреннюю поверхность цилиндрической обечайки, при этом вокруг факела в обратном направлении обеспечивают подачу рециркуляционных газов вместе с пламенем, а дожигают факел в жаровой трубе с естественной тягой воздуха.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что к корневой части топливовоздушного факела сквозь стенки разогретой обечайки подают предварительно нагретый вспомогательный воздух.