RU201414U1 - Топка выносная для получения газообразного теплоносителя сжиганием газообразного топлива - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива без проведения термотехнологических процессов в них, а именно к выносным (отдельно стоящим) топкам, и может быть использована для получения теплоносителя необходимых параметров, используемого в различных термотехнологических установках вне топки. Топка выполнена сборно-разборной из блоков и содержит топочный узел, средства для подачи и сжигания топлива, средства подачи воздуха, средства вывода продуктов сгорания и монтажные элементы. Топочный узел включает металлический корпус в виде цилиндра, закрытый с торцов плитами, и цилиндрическую топочную камеру, размещенную соосной с корпусом с образованием между ними кольцевого пространства. К фронтальной плите посредством фланцевых соединений закреплены горелочное устройство и стабилизатор горения. Центральное горелочное устройство - струйно-нишевая газовая горелка расположена по оси топочной камеры. Стабилизатор горения включает жидкостную горелку, которая выполнена из трубы, снабженной кавитационной форсункой. Пространство между корпусом и топочной камерой заполнено термоизоляционным материалом слоем не менее 150 мм. Топочная камера выполнена из жаропрочной стали, цилиндр топочной камеры усилен снаружи уголками и на противоположном от фронтальной плиты конце снабжен усеченным конусом, закрепленным к газоходу, который оборудован газоотводом. Фронтальная плита имеет внутреннюю и внешнюю стенки с пространством между ними, которое заполнено термоизоляционным материалом. Создана высокоэффективная конструкция выносной топки с оптимизированным режимом работы на газообразном и/или жидком топливе с максимально улучшенными параметрами по аэродинамике, улучшенными условиями обслуживания и ремонта. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива без проведения термотехнологических процессов в них, а именно к выносным (отдельно стоящим) топкам и может быть использована для получения теплоносителя необходимых параметров, используемого в различных термотехнологических установках вне топки, в частности в процессе термохимического разложения органосодержащего сырья, преимущественно в системе низкотемпературного пиролиза, а также может быть использована при реконструкции или разработке нового топочного оборудования в теплотехнике, химии, энергетике, металлургии, экологии и других отраслях промышленности.

Рабочий процесс современных технических объектов, таких как установки пиролиза, печи различного назначения, сушила и др.) экологической, металлургической, машиностроительной и химической промышленности, производств строительных и огнеупорных материалов и др., включает в себя множество различных физико-химических процессов, протекающих при высоких температурах. Обострившиеся топливно-энергетический и экономический кризисы заставляют задуматься о развитии этих технических объектов с точки зрения энергоэффективности и экономической целесообразности их внедрения. В этой связи основные мероприятия по улучшению показателей экономичности, экологической безопасности и надежности связаны с организацией высокоэффективных схем топочных процессов.

Известно, что производительность и экономичность различных теплотехнических установок напрямую зависят от размеров и конструкции топки (https://geyz.ru/news/2013-12-06-627). Следовательно, поиск путей дальнейшего усовершенствования конструкций топочных устройств является очень актуальным, особенно в настоящее время, когда оборудование топок одновременно является одной из проблем импортозамещения, для решения которой в короткие сроки необходимы как усилия крупной заинтересованной компании, так и участие государства (https://chemtech.ru/importozameshhenie-vy sokotemperaturnogo-oborudovanij a-dlj a-neftepererabaty vaj ushhih-i-neftehimicheskih-predprijatij-rossii/).

Конструкции топок разнообразны, разрабатываются в зависимости от вида сжигаемого в них топлива и каждая из них соответствует определенному способу сжигания (https://www.chem21.info/info/1765287/). Наиболее простыми и компактными в конструктивном отношении являются топочные устройства для сжигания жидкого или газообразного топлива. В этом случае устройство состоит только из топочной камеры, в которой устанавливаются одна или несколько форсунок или горелок. Применяются различные типы форсунок или горелок и разные схемы их размещения (https://www.chem21.info/info/1765287/).

Необходимость применения выносных топок объясняется невозможностью выноса процессов горения в рабочий объем установки и конструктивной сложностью совмещения топочного устройства с агрегатом.

Известно, что выносная топка для сжигания топлива и получения топливных газов использована для получения теплоносителя в установке для утилизации птичьего помета. Выносная топка соединена через конденсатор воздушного охлаждения и смеситель топливных газов с воздухом со входом рубашки горизонтального цилиндрического корпуса камеры термообработки реактора пиролиза. На входе топки установлен баллон с природным газом, из которого в топку подают для сжигания природный газ при запуске процесса пиролиза, когда вновь полученного топлива еще нет. Топливные газы от сжигания обратного газового топлива и жидкого топлива, полученные в процессе пиролиза, используют в качестве исходного теплоносителя для поддержания температуры пиролиза (патент RU 2447045, C05F 3/00, C05F 3/06, В09В 3/00, 10.04.2012).

Недостатком является неэффективная организация топочного процесса для эффективной работы установки. Неправильно выбранный способ сжигания газа и неудачное расположение горелок снижают производительность и КПД установки. Низкая ремонтопригодность.

Известно использование выносной топки в установке для утилизации медицинских отходов. Выносная топка соединена с устройством выгрузки коксозольного остатка из камеры термического разложения и посредством газохода отвода дымовых газов с полостью между камерой термического разложения и ее внешним кожухом. Газоход парогазовой смеси из камеры термического разложения соединен с устройствами для его сжигания, расположенными в топочной полости вдоль внешней поверхности камеры термического разложения (патент RU 170802, F23G 5/027, A61L 11/00,11.05.2017).

Недостатком является неэффективная организация топочного процесса, не обеспечены необходимый уровень эксплуатационных характеристик, обслуживания и ремонта.

Из патента RU 2393200, C10G 1/10, C10L 5/48, С10В 49/02. C08J 11/00, F23G 5/027, 27.06.2010 известно использование выносной топки в установке для осуществления способа термической переработки твердых органических отходов. Выносная топка оборудована газомазутной горелкой для получения газообразного теплоносителя, который подается в реактор низкотемпературного пиролиза. Конструкция топки в описании не представлена, в графических материалах представлена только ее принципиальная схема в составе установки. В качестве теплоносителя используют часть собственных неконденсирующихся газов пиролиза.

Недостатком является неэффективная организация топочного процесса, не обеспечен необходимый уровень эксплуатационных характеристик, обслуживания и ремонта.

Известно выносное топочное устройство, дымовые газы из которого подаются в обогревательную камеру устройства для газификации бытовых и промышленных отходов (BaurA.,Atzger J. - EnergiegewinnungansKunststoffabfallen - Kunststoffe, 73 /1983/, 7, 349-351).

Недостатком является слабая организация топочного процесса, плохие условия теплопередачи, что приводит к некачественному прогреву сырья. Низкая ремонтопригодность.

Известна цилиндрическая (круглая), горизонтально расположенная топка, содержащая в середине камеру сгорания, выполненную из огнеупорного кирпича, регулируемые отверстия на фронтовой плите, из которых подсасывается вторичный воздух, охлаждающий наружную поверхность камеры сгорания и на выходе из топки разбавляющий дымовые газы, и наружный кожух. При больших расходах воздуха его подают от вентиляторов через патрубки, установленные тангенциально к стенке наружного кожуха топки (https://www.chem21.info/info/1765287/).

Недостатком является низкий удельный съем, высокий расход топлива и небольшая производительность. К недостаткам таких топок можно отнести также малую интенсивность смешения продуктов сгорания с воздухом, значительное аэродинамическое сопротивление, повышенное содержание окислов азота в продуктах сгорания, малую виброустойчивость, сложность в изготовлении, обслуживании и ремонте. Отсутствие полезного теплоотвода в объеме топки приводит к повышенной температуре, к быстрому износу кладки и горелочного оборудования.

Известна топка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, включающая камеру сгорания, устройство для ввода воздуха нижнего дутья, горелочное устройство для подачи жидкого и/или газообразного топлива дискретными потоками, размещенное в устройстве нижнего дутья по всей его ширине (патент RU 88102, F23G 5/24, 27.10.2009).

Недостатком является неэффективная организация топочного процесса, низкий уровень эксплуатационных характеристик, ограниченные функциональные возможности. Низкая экономичность, связанная с особенностями аэродинамики топки. Не обеспечивается равномерное перераспределение топлива и воздуха.

В то же время, известна струйно-нишевая технология (СНТ) сжигания топлива, с управляемой структурой течения горючего и окислителя, которая основана на равномерной раздаче газа в потоке воздуха (без привлечения закрутки потока) с образованием устойчивой вихревой структуры, обеспечивающей смесеобразование и стабилизацию горения с самоохлаждением горелочного модуля. В струйно-нишевой системе в широких пределах режимных факторов реализуются устойчивые и легкоуправляемые вихревые структуры с высокой интенсивностью турбулентности потоков газа и воздуха, обеспечивающие качественное смесеобразование топливной смеси с необходимым уровнем горючей концентрации и надежную аэродинамическую стабилизацию горения (http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=53961).

На сегодняшний день СНТ является единственной универсальной технологией сжигания широко апробированной на всех типах огнетехнических устройств (ОУ) (Абдулин М.З. Струйно-нишевая технология сжигания топлива - решение проблем современных горелочных устройств // Журнал «Петербургский строительный рынок» №3 - Санкт-Петербург, 2008. - С. 55-57).

Известно использование эжекционных струйно-нишевых подовых горелок без принудительной подачи воздуха для нагрева цилиндрического пустотелого барабана реактора пиролиза, смонтированных в топочном пространстве в нише, выполненной в нижней части термоизоляционного кожуха по всей длине газовыпускного ряда вдоль продольной оси барабана, в решении комплекса термохимической конверсии органосодержащего сырья (патент RU 2646917, С10В 47/00, С10В 47/30, F23G/20, 12.03.2018).

Недостатком является размещение эжекционных струйно-нишевых подовых горелок во встроенной топке. Конструкция топочной полости топки не позволяет обеспечить необходимый и оптимальный температурный режим в зоне прохождения реакции, достаточно высокую эффективность и экономичность технологического процесса вследствие недостаточно оптимальной организации топочного процесса. Трудно обеспечить равномерный прогрев сырья, что сказывается на стабильности процесса пиролиза. Не обеспечено в полном объеме эффективное сжигание топлива. Конструкция топочной полости пиролизного реактора не позволяет обеспечить необходимый и оптимальный температурный режим в зоне прохождения реакции пиролиза и данное обстоятельство влияет на качество переработки и уменьшение объема переработки сырья. Не обеспечен необходимый уровень эксплуатационных характеристик. Неудачное расположение горелок снижает производительность и коэффициента полезного действия (кпд) установки, повышает пожаро- и взрывобезопасность, создает проблемы с охлаждением.

Известна цилиндрическая выносная топка, содержащая размещенную в кожухе с образованием кольцевого зазора футерованную горизонтальную цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством по оси и пережимом в выходной части камеры сгорания, в торцовой стенке которой выполнены сегментные каналы, и торцовую камеру, сообщенную с кольцевым зазором. Топливо в смеси с дутьевым воздухом подается в камеру сгорания через горелочное устройство. Смешение рециркулята с продуктами сгорания с целью подготовки теплоносителя происходит в зоне выходного пережима (патент RU 1574985, F23C 5/00, 30.06.1990).

Недостатком является неэффективная организация топочного процесса, не обеспечен необходимый уровень эксплуатационных характеристик, обслуживания и ремонта. Существуют трудности обеспечения устойчивой работы, обслуживания и ремонта, опасность проскока пламени, увеличенные потери теплоты с уходящими газами, сниженная устойчивость факела по отношению к отрыву.

Известна камера сгорания (топочный узел), включающая цилиндрический корпус, соосную с ним топочную камеру - пламенную трубу, в торце которой расположен смеситель с отверстиями для подачи воздуха, центральное горелочное устройство, расположенное с фронта по оси пламенной трубы, с отверстиями для прохода воздуха, с установленным на выходе из горелочного устройства коническим стабилизатором горения, цилиндрический экран, образующий кольцевой канал с пламенной трубой, расположенный снаружи пламенной трубы. Воздух подается нагнетателем (патент RU 145913, F23R 3/46, 27.09.2014). По совокупности существенных признаков данное техническое решение принято за прототип.

Недостатком являются ограниченные функциональные возможности, неэффективная организация топочного процесса, не обеспечен необходимый уровень эксплуатационных характеристик, сложная конструкция. Низкая экономичность, повышенная материалоемкость, связанная с особенностями аэродинамики топки. Существуют трудности обеспечения устойчивой работы, обслуживания и ремонта.

Известно, что современные конструкции выносных топок цилиндрической формы имеют кожуха, которые выполняются сварными из листовой углеродистой стали, а кожуха топок, работающих при высоких давлениях и температурах, выполняются из легированной стали. Они более компактны, имеют меньший вес, чем кирпичные, и более надежны и удобны, отличаются от использовавшихся ранее не только меньшими габаритами, но и пониженным аэродинамическим сопротивлением, значительно меньшей коррозией, малой инерционностью и меньшими потерями тепла в окружающую среду. Кроме того, отпадает надобность в каталитической дожигательной насадке. Топки этого вида имеют различные модификации и обычную организацию процесса горения. Однако отдельные конструктивные отличия существующих на данный момент выносных цилиндрических топок не оказывают существенного влияния на организацию процесса горения (https://www.chem21.info/info/1765287/).

По аэродинамическому признаку в выносных топках, известных из уровня техники, для смесеобразования и стабилизации горения применяется закрутка потока, либо система завихрителей, либо их комбинация. Такая организация рабочего процесса не позволяет в совокупности обеспечить высокую полноту сжигания, надежное зажигание, устойчивость горения, диапазон регулирования по мощности, отсутствие перегрева. Поэтому практически все зарубежные и отечественные производители вынуждены усложнять систему управления и контроля для компенсации недостатков, заложенных в конструкции горелочного устройства, представляя это как большое техническое достижение.

Таким образом, применяемые в настоящее время конструкции выносных топок с используемыми в них технологиями сжигания топлива не обеспечивают необходимого уровня эксплуатационных характеристик, в том числе возможности удобного обслуживания и ремонта, и не отвечают широкому спектру современных требований. Неправильно выбранный способ сжигания топлива и особенности конструктивного выполнения известных выносных топок снижают производительность и кпд установок, в которых они используются. При проектировании топок необходимо учитывать, что задачи интенсификации технологического процесса и повышения эффективности использования топлива должны решаться с наименьшими материальными затратами и с соблюдением ряда других условий, таких как надежность работы, безопасность и т.д. При этом также следует учитывать, что требуемая максимальная интенсификация технологического процесса, повышение кпд, а также удовлетворение других требований, предъявляемых к теплотехнологической установке, не могут быть обеспечены только выбором того или иного горелочного устройства, а будут достигнуты при правильном решении всего комплекса вопросов теплообмена и аэродинамики, включающих, в том числе, конструктивные особенности топки, обеспечивающие оптимальный режим сжигания топлива (https://studfile.net/preview/2665903/).

Задачей, решаемой заявленным предложением, является разработка новой конструкции выносной топки для получения теплоносителя сжиганием газообразного и/или жидкого топлива, обеспечивающей организацию устойчивого процесса горения, равномерный подвод тепла при непрерывности протекания технологического процесса, потребляющего тепло, обладающей улучшенными параметрами по аэродинамике, эксплуатационным характеристикам, ремонтопригодности и расширяющей арсенал технических решений выносных топок.

Техническим результатом является создание высокоэффективной конструкции выносной топки для получения теплоносителя с оптимизированным режимом работы на газообразном и/или жидком топливе с максимально улучшенными параметрами по аэродинамике, улучшенными условиями обслуживания и ремонта, путем внесения конструктивных особенностей и компоновки элементов топки.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в топке выносной для получения газообразного теплоносителя сжиганием газообразного топлива, содержащей цилиндрическую топочную камеру, центральное горелочное устройство, расположенное с фронта по оси топочной камеры, стабилизатор горения и нагнетатель воздуха, особенность состоит в том, что цилиндр топочной камеры на противоположном от фронтальной плиты конце снабжен усеченным конусом, закрепленным к газоходу, который оборудован газоотводом, в качестве центрального горелочного устройства использована струйно-нишевая газовая горелка, а стабилизатор горения включает жидкостную горелку, которая выполнена из трубы, снабженной кавитационной форсункой.

Данная совокупность существенных признаков обеспечивает получение указанного технического результата.

Недостатки известных конструкций выносных топок компенсированы конструктивными особенностями и компоновкой элементов выносной топки, позволяющими использовать технологии сжигания топлива с упорядоченной струйной системой смесеобразования и стабилизации горения. В данной технологии достигнуты максимально теоретически возможные интенсивность горения, диапазон устойчивости горения, упорядоченность аэродинамической структуры, управляемость процессом горения. Кроме того, во всем рабочем диапазоне горелки реализуется автомодельный режим течения газа и воздуха, что обеспечивает сохранение оптимальных характеристик рабочего процесса и высоких значений коэффициента полезного действия (кпд) при различных тепловых нагрузках, что позволяет сжигать низкокалорийные виды топлива, такие как доменный газ и неконденсируемую часть пирогаза.

Слоеная конструкция топки обеспечивает: выполнение внутренней части из жаропрочной стали позволяет выдерживать высокие температуры; термоизоляция позволяет предотвращать передачу тепла; наружная часть позволяет обеспечить надежность и безопасность работы топки. Усиление цилиндрической поверхности топочной камеры уголками предотвращает коробление при перегреве. Выполнение конструкции топки разборной, состоящей из блоков, позволяет без дополнительных затрат производить ремонт, обслуживание, а также модернизацию, обеспечивая повышенную ремонтопригодность, что существенно расширяет круг применимости предлагаемого топочного устройства. Использование конуса улучшает перемешивание и направление потока при передаче тепловой энергии.

Использование двух видов горелок позволяет работать топке на газообразном и жидком топливе. Оборудование выносной топки горелочными устройствами, реализующими технологию упорядоченных струй и стабилизации позволяет проводить сжигание низкокалорийных газообразных топлив. Аэродинамика определяет качество смешения горючего и окислителя, надежность воспламенения и стабилизацию горения. Топочная форсунка обеспечивает предварительное смешивание топлива и воздуха перед сжиганием.

Конструктивные особенности выносной топки, оборудованной горелочными устройствами, реализующими технологию упорядоченных струй и стабилизации, позволяющей применить струйно-нишевую систему в широких пределах изменения режимных факторов (скорость газа, воздуха, давление, температура) без использования закрутки воздуха, обеспечивают реализацию устойчивых и легкоуправляемых вихревых структур с высокой интенсивностью турбулентности потоков газа и воздуха и надежную аэродинамическую стабилизацию горения.

Металлический корпус из листовой стали топочного узла служит для создания надежной герметичности, необходимой жесткости и прочности. За счет конструктивных (геометрических) факторов топочной камеры выносной топки предотвращается возникновение локальных зон, оптимизируются аэродинамические условия сгорания топлива.

Использование выносной топки предлагаемой конструкции позволяет организацию косвенного нагрева теплотехнологической установки (например, реактора пиролиза) осуществить продуктами сгорания разными по своему агрегатному состоянию видами топлива. Позволяет достигнуть максимально теоретически возможные интенсивность горения, диапазон устойчивости горения, упорядоченность аэродинамической структуры, управляемость процессом горения.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой выносной топки;

на фиг. 2 - топка в сборе, общий вид;

на фиг. 3 - топка в сборе, вид А на фиг. 2;

на фиг. 4 - топка в сборе, вид сбоку (слева) на фиг. 2;

на фиг. 5 - топка в сборе, фрагмент вида сверху на фиг. 2;

на фиг. 6 - представлен топочный узел, общий вид в разрезе;

на фиг. 7 - топочный узел, разрез В-В на фиг. 6;

на фиг. 8 - представлена плита фронтальная, общий вид;

на фиг. 9 - плита фронтальная, разрез Б-Б на фиг. 8;

на фиг. 10 - представлен стабилизатор горения, общий вид;

на фиг. 11 - стабилизатор горения, разрез А-А на фиг. 10;

на фиг. 12 - стабилизатор горения, разрез Б-Б на фиг. 10;

на фиг. 13 - стабилизатор горения, вид сверху на фиг. 10.

Предлагаемая выносная топка (фиг. 1-5) является сборно-разборной слоеной конструкцией, легко разделяемой на части (блоки), что позволяет без дополнительных затрат производить ремонт, обслуживание, а также модернизацию. Устройство содержит: топочный узел (фиг. 6), средства для подачи и сжигания топлива, средства подачи воздуха, средства вывода продуктов сгорания и монтажные элементы.

Топочный узел содержит металлический корпус 1 и топочную камеру 2. Корпус 1 представляет собой цилиндрическую оболочку 3 (цилиндр) из металлической катаной (электросварной) трубы толщиной не менее 12 мм, торцевые части которой закрыты плитами 4, 5 соответственно фронтальной и задней, образующими его фронтальную (переднюю) и заднюю стенки, выполненные как из черной стали (в зоне отсутствия нагрева), так и из жаропрочной стали (в зоне контакта пламени). Фронтом (передней стенкой) называется сторона корпуса 1, оборудованная средствами сжигания топлива и подачи воздуха, а противоположная ей стенка (задняя сторона корпуса) имеет отверстие (не указано) для выхода продуктов сгорания. Топочная камера 2 выполнена из листовой жаропрочной стали, позволяющей выдерживать высокие температуры, и расположена внутри вдоль корпуса 1 соосной ему с образованием между ними кольцевого пространства.

Топочная камера 2 от фронтальной плиты 4 выполнена в форме цилиндра 6, который на противоположном от фронтальной плиты 4 конце снабжен соединенным с ним элементом в форме усеченного конуса 7, закрепленным на выходе из корпуса 1 к цилиндрическому элементу - газоходу 8. Цилиндр 6 усилен расположенными по его наружной поверхности вдоль цилиндра металлическими уголками 9 для предотвращения коробления при нагреве, а конус 7 - расположенными снаружи металлическими кольцами 10. Пространство между топочной камерой 2 и корпусом 1 заполнено термоизоляционным материалом 11, минимальная толщина слоя которого составляет 150 мм, позволяющим уменьшить тепловые потери, а также обеспечить безопасную работу оператора. Фронтальная плита 4 имеет внутреннюю стенку 12 из листовой жаропрочной стали и внешнюю стенку 13 из черной стали, пространство между которыми заполнено термоизоляционным материалом 14.

Топочный узел оборудован двумя типами горелок для возможности сжигания газообразного и/или жидкого топлив, реализующими технологию упорядоченных струй и стабилизации. Для этого топочный узел оборудован струйно-нишевой газовой (пропан-бутан, пирогаз) горелкой 15 (стандартно изготавливаемой горелкой СНТ, отвечающей всем нормам и требованиям, предъявляемым службами охраны природы, противопожарными, техническими службами) и стабилизатором 16 горения. Горелка 15 является центральным газовым горелочным устройством, расположенным с фронта по оси топочной камеры 2. Стабилизатор 16 (фиг. 10-13) горения включает жидкостную горелку (дизельное топливо), изготовленную из трубы 17, которая снабжена кавитационной форсункой 18. Распыл происходит за счет подачи под давлением топлива на механическую кавитационную форсунку 18. Регулировка возможна как снижением давления насоса (не показан), так и количеством подаваемого топлива с помощью регулировочного клинового крана (не указан). Каждое из устройств 15, 16 закреплено к фронтальной плите 4 посредством фланцевого соединения. Горелка 15 и жидкостная горелка могут работать как вместе для более быстрого нагрева, так и по отдельности. Для отвода теплоносителя газоход 8 топочного узла на выходе из топочной камеры 2 оборудован газоотводом 19. Газоотвод 19 представляет собой конструкцию из труб из жаропрочной стали, которые соединены через фланцы 20 и соединяют выносную топку с рекуператором тепла. Данное решение позволяет принимать пламя от горелок 15 и/или жидкостной, установленных на фронтальной плите 4 топочного узла, и направлять его через газоход 8 в газоотвод 19. В принципе выбор типа и количества горелочных устройств, их размещение и организация процесса сгорания зависят от особенностей теплового и аэродинамического режима работы промышленной установки. Правильное решение этих задач определяет интенсивность технологического процесса и экономичность теплотехнологической установки.

Монтажными элементами являются опоры 21, 22, посредством которых устанавливается топка. Они имеют регулируемую высоту, удобную для обслуживания горелки 15 и стабилизатора 16 с жидкостной горелкой.

Для подачи воздуха (рабочей текучей среды) в топку стабилизатор 16 оборудован, по меньшей мере, двумя нагнетательными вентиляторами 23.

Устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов.

Выносная топка работает следующим образом.

В зависимости от условий эксплуатации (наличие миагистрального газа, возможность иметь емкость накопитель для пропан-бутана и т.д.) данная топка может работать по нескольким схемам.

1. При наличии магистрального газ или емкости для хранения пропан-бутанана.

Газ подается на горелку 15 с помощью автоматического запального устройства зажигается. Нагнетательным вентилятором 23 регулируется газовоздушная смесь. Присходит процесс нагрева. В случае использования выносной топки в установке для пиролиза, газ, получающийся при работе установки (пирогаз) подмешивается с пропан-бутаном и дожигается в горелке 15 СНТ. Стабилизатор горения 16 в данной схеме служит только для подачи воздуха, жидкостная горелка не используется.

2. При отсутствии магистрального газа, или емкости для хранения пропан-бутанана, или его мало. В данном случае за нагрев будет отвечать жидкостная горелка. В жидкостную горелку под давлением подается дизельное топливо, которое проходит через форсунку 18 и с помощью запальника воспламеняется и подается в топочный узел. Газ, получающийся при работе теплотехнологической установки (например, пирогаз) дожигается в горелке 15 или идет в накопительный резервуар.

Геометрия пространства топочной камеры 2 выносной топки, оборудованной горелкой 15 и стабилизатором 16, позволяет оптимизировать аэродинамические условия сгорания топлива, обеспечивая высокую степень упорядоченности аэродинамики течения в горелочном устройстве и создавая возможность управления:

- устойчивостью зон обратных токов;

- охлаждением горелочных устройств окислителем и горючим;

- низким сопротивлением по трактам горючего и окислителя.

Конус 7 топочной камеры 2 выравнивает поле скоростей по сечению и доводит выходную скорость до заданной величины, которая обеспечивает устойчивую работу без проскока пламени.

За счет дымососов (не показано), установленных в соответствующей части теплотехнологической установки, в частности на термокожухе (не показано) реактора пиролиза, создается тяга в топке за счет чего происходит устойчивое горение и передача горячих газов (теплоносителя) посредством газоотвода 19 в термокожух для нагрева, например, реактора. При устойчивой работе горелки 15 включать жидкостную топливную горелку нет необходимости, она работает как стабилизатор горения 16, подавая только воздух (рабочую текучую среду) в топку за счет нагнетательного вентилятора 23. Это особенно важно при сжигании газового топлива, имеющего низкую калорийность и реакционную способность, требующего специальной организации факела. Возможно сжигание загрязненных газов, в частности низкокалорийного доменного газа.

ПРИМЕР.

Предлагаемая конструкция выносной топки изготовлена и апробирована на Липецком заводе экспериментального оборудования для нагрева реактора низкотемпературного пиролиза до температуры 400-500°С.

Габаритный размер выносной топки 1500×900×800 мм. В качестве изоляционного материала использован асбест А-6К-30. Топочная камера выполнена из жаропрочной листовой стали толщиной 10 мм: диаметр цилиндрической части 920 мм, длина 1000 мм, выходной диаметр усеченного конуса 320 мм. Наружная поверхность цилиндра топочной камеры снабжена уголками 100×100×6,5-В ГОСТ 8509-93/Ст3пс3-1 ГОСТ 535-88 длиной 950 мм. Диаметр цилиндрической части корпуса топочного узла 1220 мм, длина 1490 мм при толщине 12 мм. Толщина слоя асбеста А-6К-30 в пространстве между корпусом топочного узла и топочной камерой составляет 150 мм.

Выносная топка оборудована горелкой СНТ-С-0.7. Горелка работает на пиролизном газе. В начале цикла газ в горелку подается от электрических пиролизеров-пускачей. Номинальная тепловая мощность горелки 600 кВт. Для контроля давления газа установлены реле давления. В горелку подается газовая фракция продуктов конверсии в количестве 200-250 куб.м/час.Для нагнетания воздуха использованы два вентилятора Systemair КТЕХ50-30-4.

Стабилизатор горения, включающий жидкостную горелку, изготовлен из трубы диаметром 108 мм, длиной 1165 мм и толщиной 4 мм. Для распыла дизельное топливо под давлением подается на механическую кавитационную форсунку ФМК-150. Использованы стандартные изделия - сгон 15 ГОСТ 8969-75, клиновая задвижка 1/2".

Конструкция газоотвода состоит из труб диаметром 320 мм толщиной 8 мм из жаропрочной стали. Трубы соединены через фланцы.

На термокожухе реактора пиролиза установлены дымососы Д-3,5М (мощность 3 кВт) серийного производства.

Опытно-экспериментальные исследования подтвердили преимущества предлагаемой конструкции выносной топки:

- Минимально возможный коэффициент избытка воздуха 1.02…1.05.

- Минимально возможную температуру уходящих газов.

- Низкие давления газа до 5 мм вод.столба, воздуха до 100 мм вод.столба.

- Высокую полноту сгорания топлива 99,9% в широком диапазоне тепловой мощности топки от 20 до 100%.

- Устойчивость горения при коэффициенте рабочего регулирования КР=20.

- Экологические показатели соответствующие мировым стандартам СО<0.04%, Nox<100 мг\куб.м.

Образование устойчивой вихревой структуры обеспечивает смесеобразование и стабилизацию горения с самоохлаждением горелочных устройств. Подача теплоносителя по замкнутой циркуляционной системе обеспечивает наиболее эффективное и полное использование теплоты образующихся продуктов сгорания отдельных горелок на последующих технологических стадиях. Несконденсированный пиролизный газ направляют в топку для получения тепловой энергии, необходимой для термической переработки сырья.

Благодаря адаптации рабочего процесса горелочного устройства к конструктивным и газодинамическим особенностям топки во всем рабочем диапазоне реализутся автомодельный режим течения газа и воздуха, что обеспечивает сохранение оптимальных характеристик рабочего процесса и высоких значений кпд при различных тепловых нагрузках. Подтверждена возможность сжигать низкокалорийные виды топлива таких как неконденсируемую часть пирогаза. Малый объем вихрей позволяет проводить пуск и эксплуатацию топки с малым расходом газа, что обеспечивает безопасность пуска. Улучшение качества смесеобразования в топке повышает надежность ее работы при предельно малых коэффициентах избытка воздуха и, следовательно, обеспечивает повышенные значения средней температуры факела в топке при высочайшей равномерности температурного поля, что обеспечивает равномерность и более высокую интенсивность тепловыделения в топочном пространстве.

Обеспечены: организация устойчивого процесса горения в топке, экологическая безопасность, оптимизация режима работы выносной топки на различных видах газообразного и/или жидкого топлива, равномерный подвод тепла при непрерывности технологического процесса, простой и удобный ремонт без полного разрушения топки.

Предлагаемую конструкцию выносной топки, компактную и простую в изготовлении, удобную, надежную и безопасную в эксплуатации, несложную в ремонте и содержащую элементы, повышающие стойкость в работе, достаточно простую для монтажа и обслуживания можно считать перспективной.

Claims (1)

1. Топка выносная для получения газообразного теплоносителя сжиганием газообразного топлива, содержащая цилиндрическую топочную камеру, центральное горелочное устройство, расположенное с фронта по оси топочной камеры, стабилизатор горения и нагнетатель воздуха, отличающаяся тем, что цилиндр топочной камеры на противоположном от фронтальной плиты конце снабжен усеченным конусом, закрепленным к газоходу, который оборудован газоотводом, в качестве центрального горелочного устройства использована струйно-нишевая газовая горелка, а стабилизатор горения включает жидкостную горелку, которая выполнена из трубы, снабженной кавитационной форсункой.

Images