RU220516U1 - Горелочное устройство для сжигания низкокалорийного газа и природного газа с низкими выбросами оксидов азота - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к горелочным устройствам для сжигания низкокалорийного и природного газа и может быть использована в различных топливосжигающих установках. Горелочное устройство содержит воздушный короб, основной воздушный канал, центральную трубу подачи природного газа, на которой размещен аксиальный завихритель, канал низкокалорийного газа, расположенный по внешнему периметру основного воздушного канала, на канале низкокалорийного газа установлен улиточный завихритель. Для снижения выбросов оксидов азота при сжигании природного газа в горелке установлен дополнительный подвод воздуха, периферийные воздушные каналы, размещенные по периметру коаксиально каналу подачи низкокалорийного газа и присоединенные к дополнительному подводу воздуха, периферийный газовый канал, состоящий из коллектора и газораздающих трубок, установленных в периферийные воздушные каналы, и выполненный с возможностью перемещения коаксиально оси горелки, таким образом, что сопла, установленные на газораздающих трубках, располагают в топке за пределами воздушного потока, выходящего из основного воздушного канала, на газораздающих трубках установлены уплотнители, обеспечивающие перекрытие периферийных воздушных каналов при выдвижении газораздающих трубок в топку при подачи газа в периферийный газовый канал, и при отключении подачи газа в периферийный газовый канал его задвигают таким образом, что уплотнители открывают проход для подачи воздуха в периферийные воздушные каналы для охлаждения газораздающих трубок. В результате внедрения такого устройства происходит организация внутритопочной рециркуляции дымовых газов, за счет того, что струя газообразного топлива, вытекающего из сопел периферийного газового канала, эжектирует дымовые газы, разбавляется ими, новое подготовленное топливо достигает воздушный поток, и процесс горения происходит с меньшими концентрациями реагирующих веществ и меньшими температурами, что обеспечивает снижение образования оксидов азота при сжигании природного газа. Такое техническое решение горелочного устройства обеспечивает эффективность сжигания низкокалорийного газа с расходом природного газа на подсветку менее 5% по теплу и с минимальными избытками воздуха, за счет организации ступенчатого подвода воздуха периферийными воздушными каналами обеспечивается снижение образования оксидов азота на 20%. При сжигании природного газа образование оксидов азота уменьшается более чем на 40% за счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к горелочным устройствам для сжигания низкокалорийного газа и природного газа и может быть использована в различных топливосжигающих установках.

Для эффективного сжигания низкокалорийного газа существенное значение имеет обеспечение поддержание высокой температуры газовоздушной смеси, качественное и своевременное подмешивание окислителя к топливу. Для решения этой задачи используют подогрев воздуха или топлива и/или используют большое количество так называемого подсветочного высококалорийного газа. Для качественного перемешивания топливного газа с воздухом используют разделение газа на мелкие струи, но этот способ малоэффективен при сжигании низкокалорийного газа из-за сопоставимых объёмов воздуха и низкокалорийного газа, или применяют сильную закрутку газа через различные завихрители, что требует иметь большое давление низкокалорийного газа.

Из уровня техника известно горелочное устройство описанное в патенте RU 2039907 С1 опубликовано 20.07.1995 или устройство описанное в статье « РАЗРАБОТКА ТОПОЧНО-ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА КОТЛА ТП-87 ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДОМЕННОГО, КОКСОВОГО И ПРИРОДНОГО ГАЗОВ», .Э. ЛЕЙКАМ, В.Е. МИХАЙЛОВ, В.И. БРЕУС, Н.С. ШЕСТАКОВ, Энергосбережение и Водоподготовка № 5 (109), 2017 А, стр.19, содержащее горизонтально установленную горелку и размещенные над ней с наклоном вниз патрубки вторичного воздуха и доменного газа. Это техническое решение при низком сопротивление доменного газа не обеспечивает качественное сжигание и для поддержания полного выгорание низкокалорийного газа необходимо подавать большое количества газа на подсветку. К тому же раздельная подача воздуха на горелку природного газа и воздуха на горелку доменного газа приводит к необходимости работать с большими избытками воздуха в горелке, для обеспечения достаточности воздуха при изменении доли сжигания газов.

Известно горелочное устройство для сжигания низкокалорийного и загрязненного топлива защищаемое патентом RU 2644319C1 опубликовано 08.02.2018, которое содержит цилиндрическую камеру смешения потоков газа и воздуха и завихритель с лопатками. Лопатки завихрителя установлены с образованием чередующихся каналов таким образом, что один канал образован для истечения газа, а соседний с ним - для истечения воздуха. Сущность заявленного изобретения заключатся в том, что газ и воздух подают в камеру смешения горелки чередующимися потоками по каналам, образованным соседними лопатками одного завихрителя. Потоки газа и воздуха формируются в многослойный вихревой поток, состоящий из чередующихся плоских струй газа и воздуха, которые центробежными силами прижимаются к стенкам камеры смешения. При этом происходит распад струй и интенсивное перемешивание общего потока до однородной массы. При таком техническом решении перемешивание топлива и воздуха происходит лучше, не требуется держать повышенные избытки воздуха, но для получения достаточных инерционных сил закрученного потока необходимо иметь достаточные скорости потока и большое давление низкокалорийного газа. Из-за захолаживания массы низкокалорийного газа воздухом, для стабилизации воспламенения необходимо большое количество подсветочного газа.

Проблемы описанные выше частично решены в грелочном устройстве описанном в статье «Модернизация горелочных устройств энергетических котлов на газообразных и жидких топливах» Шестаков Н.С., Лейкам А.Э., Асосков В.А., Сорокин А.П. ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, 2012, № 3, с. 31-37 на рис. 6 стр. 36. Представленная горелка коксового, доменного и природного газов состоит из двух каналов воздуха центральный и периферийный в который встроены газораздающие трубки природного газа, доменный газ подается по периферийному каналу, закрутка доменного газа осуществляется тангенциальным лопаточным завихрителем. Качество сжигания обеспечивается, мощной круткой воздуха горения, и доменного газа. Как известно тангенциальный лопаточный завихритель имеет большое сопротивление, что требует подавать доменной газа с большим давлением. Для обеспечения качества сжигания требуется меньше природного газа на подсветку чем в вышеописанных устройствах, на уровне 15-20%.

Существует горелочное устройство, способное по заявке изготовителя, обеспечить сжигание низкокалорийного газа с минимальным количеством подсветки высококалорийным топливом или без него. Такое горелочное устройство описано в патенте BRPI0804291A2 опубликовано 13.07.2010. Горелочное устройство включает торсионную горелку, оснащенную камерой предварительного сгорания (циклонный предтопок). Недостатком данного грелочного устройства является массогабаритные характеристики из-за наличия циклонного предтопка, большого сопротивления горелки по воздуху и по топливу.

Прототипом для полезной модели принимается горелочное устройство, описанное в патенте RU 211642 U1, опубликовано 16.06.2022. Основной проблемой этого горелочного устройства является повышенные выбросы оксидов азота при сжигании природного газа, так как весь природный газ подаётся в воздух.

Предлагаемая полезная модель решает выше причисленные проблемы сжигания низкокалорийного газа и снижения выбросов оксидов азота при сжигании природного газа.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого горелочного устройства при сжигании низкокалорийного газа.

На фиг. 2 изображен продольный разрез предлагаемого горелочного устройства при сжигании природного газа.

На фиг.3 изображен вид из топки на патентуемую горелку.

Горелочное устройство содержит воздушной короб 1, основной воздушный канал 2, центральную трубу 3 подачи природного газа с соплами 4 на торце, аксиальный завихритель 5, канал низкокалорийного газа 6, улиточный завихритель 7, периферийные воздушные каналы 8, размещенные по периметру коаксиально каналу подачи низкокалорийного газа, и присоединенные к коробу дополнительный подвод воздуха 9, периферийный газовый канал состоящий из коллектора 10 и газораздающих трубок 11, установленных в периферийные воздушные каналы 8, на газораздающих трубках 11 установлены уплотнители 12.

Полезная модель направлена на обеспечение эффективности сжигания низкокалорийного газа с минимальным количеством подсветки природным газом, и снижение образования оксидов азота при сжигании в горелке только природного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что при сжигании низкокалорийного газа с подсветкой природным газом (Фиг. 1) поток низкокалорийного газа закручивается улиточным завихрителем 7 и подается по внешнему периметру основного воздушного потока.

Подсветочный газ подается по оси горелки в зону обратных токов, созданной аксиальным завихрителем. Периферийный газовый канал отодвинут от топки таким образом что уплотнители 12 открывают доступ воздуха к периферийные воздушные каналы 8 для охлаждения газораздающих трубок и сопел периферийного газового канала. Подача воздуха по периметру потока низкокалорийного газа обеспечивает дополнительную подачу окислителя 13 для организации ступенчатого сжигания низкокалорийного газа.

При сжигании только природного газа в горелке (Фиг. 2) работа горелки происходит следующим образом: низкокалорийный газ в горелку не подается. В начале набора нагрузки горелки газ подаётся в центральную трубу 3 подачи природного газа , шибер 14 открыт, воздух подается в периферийные воздушные каналы 8, после набора мощности топливосжигающей установки выше 20% и разогреве топки до достаточных температур для стабильного воспламенения, шибером 14 перекрывают доступ воздуха в короб дополнительного подвода воздуха 9, периферийный газовый канал вдвигают в топку, таким образом что газовые сопла 15 выходят из плоскости стенки топки, а уплотнители 12 перекрывают периферийные воздушные каналы 8.

В результате внедрения такого устройства, происходит организация внутритопочной рециркуляции дымовых газов , за счет того что струи газообразного топлива 16, вытекающее из сопел 15, эжектирует дымовые газы 17 (Фиг.2), разбавляется ими, новое подготовленное топливо 18 достигает воздушный поток 19, и процесс горения происходит с меньшими концентрациями реагирующих веществ и меньшими температурами, что обеспечивает снижение образования оксидов азота при сжигании природного газа.

Такое техническое решение горелочного устройства обеспечивает эффективность сжигания низкокалорийного газа с расходом природного газа на подсветку менее 5% по теплу и с минимальными избытками воздуха, за счет организации ступенчатого подвода воздуха периферийными воздушными каналами обеспечивается снижение образования оксидов азота на 20%.

При сжигании природного газа образование оксидов азота уменьшается более чем на 40% за счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов.

Claims (1)

1. Горелочное устройство для сжигания низкокалорийного газа, содержащее воздушный короб, основной воздушный канал, центральную трубу подачи природного газа, на которой размещен аксиальный завихритель, канал низкокалорийного газа, расположенный по внешнему периметру основного воздушного канала, на канале низкокалорийного газа установлен улиточный завихритель, отличающееся тем, что содержит дополнительный подвод воздуха, периферийные воздушные каналы, размещенные по периметру коаксиально каналу подачи низкокалорийного газа и присоединенные к дополнительному подводу воздуха, периферийный газовый канал, состоящий из коллектора и газораздающих трубок, установленных в периферийные воздушные каналы, и выполненный с возможностью перемещения коаксиально оси горелки, таким образом, что сопла, установленные на газораздающих трубках, располагают в топке за пределами воздушного потока, выходящего из основного воздушного канала, на газораздающих трубках установлены уплотнители, обеспечивающие перекрытие периферийных воздушных каналов при выдвижении газораздающих трубок в топку при подачи газа в периферийный газовый канал, и при отключении подачи газа в периферийный газовый канал его задвигают таким образом, что уплотнители открывают проход для подачи воздуха в периферийные воздушные каналы для охлаждения газораздающих трубок.