RU2564482C1

RU2564482C1 - Burner nozzle

Info

Publication number: RU2564482C1
Application number: RU2014119495/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-10-10

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: burner nozzle includes a cylindrical housing, the bottom of which is made in the form of a diffuser and put from outside on the outer side of the end face of a fuel feed tube, a spray head is provided with outlet holes arranged in its circumferential direction and a central hole closed with a heating sleeve facing to a furnace chamber and located in it. Inside the heating sleeve there placed in its centre is an outlet tube connected with its left end face to the fuel feed tube and closed on the right end face with a perforated valve pressed with an elastic element that is supported from the inner surface of the end cover of the heating sleeve, in which the outlet tube is located so that between them there is an annular circulating channel connected to the cavity of the cylindrical housing, and the nozzle itself is arranged coaxially in the burner housing, inside which there concentrically arranged are primary and secondary air ducts and which is placed in its turn in the furnace port hole.

EFFECT: improving economic and ecological efficiency of a burner nozzle.

3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в мазутных и газомазутных горелках теплогенерирующих установок для уменьшения расхода топлива и загрязнения окружающей атмосферы его несгоревшими остатками.The invention relates to energy and can be used in oil and gas-oil burners of heat-generating plants to reduce fuel consumption and environmental pollution by its unburned residues.

Известно устройство для сжигания мазута, содержащее воздухоподводящий тракт, магистраль подачи мазута, основную топливную форсунку и камеру сгорания, причем оно дополнительно содержит форкамеру с малорасходными воздухоподводящим трактом и дополнительной топливной форсункой, в которой часть мазута в распыленном виде смешивают при стехиометрическом соотношении с частью воздуха и сжигают, затем в полученные высокотемпературные продукты сгорания вводят в распыленном виде в оставшуюся часть мазута, после чего полученную парогазовую смесь вводят в оставшуюся часть воздуха, смешивают и дожигают [Патент РФ №2013694, F23D 11/10, 2002].A device for burning fuel oil containing an air supply path, a fuel supply line, a main fuel nozzle and a combustion chamber, moreover, it further comprises a prechamber with a low consumption air supply path and an additional fuel nozzle, in which part of the fuel oil is mixed in atomized form at a stoichiometric ratio with part of the air and burned, then into the obtained high-temperature combustion products, they are introduced in a sprayed form into the remaining part of the fuel oil, after which the resulting gas-vapor mixture Referring introduced into the remainder of the air is mixed and afterburning [RF patent №2013694, F23D 11/10, 2002].

Основными недостатками известного устройства являются низкие экономичные и экологические показатели, так как происходит неполное сгорание мазута, что приводит к наличию в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, угарного газа, углеводородных соединений и пр.The main disadvantages of the known device are low economic and environmental performance, since incomplete combustion of fuel oil occurs, which leads to the presence in the combustion products emitted into the atmosphere of carbon monoxide, hydrocarbon compounds, etc.

Более близким к изобретению является вихревая форсунка, содержащая корпус, размещенный внутри трубы-воздуховода с образованием с ним кольцевого зазора, камеру смешения с входом и выходом, размещенную в корпусе, газопровод и топливоподающую трубку, сообщенные с камерой смешения, причем в корпусе установлен диффузор, расположенный между топливоподающей трубкой и завихрителем, который соединен с газопроводом и выполнен в виде кольца с прямоугольным вырезом, внутренний радиус которого очерчен по спирали Архимеда и установлен в корпусе между диффузором и камерой смешения [Патент РФ №2187753, F23D 11/44, 2012].Closer to the invention is a vortex nozzle containing a housing located inside the duct pipe with the formation of an annular gap with it, a mixing chamber with inlet and outlet located in the housing, a gas pipeline and a fuel supply pipe in communication with the mixing chamber, and a diffuser is installed in the housing, located between the fuel supply tube and the swirl, which is connected to the gas pipeline and made in the form of a ring with a rectangular cutout, the inner radius of which is outlined in a spiral of Archimedes and is installed in the housing between du diffuser and mixing chamber [RF Patent No. 2187753, F23D 11/44, 2012].

Основным недостатком известной вихревой форсунки является то, что тяжелые углеводороды не успевают испариться в диспергированных каплях мазута и полностью сгореть, в результате чего остается несгоревший углерод, частицы сажи оседают на теплообменных поверхностях, уносятся потоком дымовых газов, возникают значительные потери от химического и механического недожога мазута, что снижает ее экономическую и экологическую эффективность.The main disadvantage of the known vortex nozzle is that heavy hydrocarbons do not have time to evaporate in the dispersed drops of fuel oil and completely burn out, resulting in unburned carbon, soot particles settle on heat-exchange surfaces, are carried away by the flue gas stream, and significant losses from chemical and mechanical combustion of fuel oil occur , which reduces its economic and environmental efficiency.

Техническим результатом изобретения является увеличение экономической и экологической эффективности форсунки для горелки.The technical result of the invention is to increase the economic and environmental efficiency of the nozzle for the burner.

Технический результат достигается форсункой для горелки, содержащей цилиндрический корпус, днише которого выполнено в форме диффузора и насажено с наружной стороны на наружную сторону торца топливоподающей трубки, распылительная головка снабжена выпускными отверстиями, размещенными по ее периферии, и центральным отверстием, закрытым нагревательной гильзой, обращенной в топочную камеру и расположенной в ней, при этом внутри по центру нагревательной гильзы помещена выпускная трубка, соединенная своим левым торцом с топливоподающей трубкой и закрытая с правого торца перфорированным клапаном, прижатым упругим элементом, который опирается на внутреннюю поверхность торцевой крышки нагревательной гильзы, в которой выпускная трубка расположена таким образом, что между ними имеется кольцевой циркуляционный канал, соединенный с полостью цилиндрического корпуса, а сама форсунка размещена коаксиально в корпусе горелки, внутри которого устроены концентрично каналы первичного и вторичного воздуха и помещенном, в свою очередь, в амбразуре топки.The technical result is achieved by a nozzle for a burner containing a cylindrical body, the bottom of which is made in the form of a diffuser and mounted on the outside on the outside of the end of the fuel supply tube, the spray head is equipped with exhaust holes located at its periphery, and a central hole closed by a heating sleeve facing the combustion chamber and located in it, while inside the center of the heating sleeve is placed an exhaust pipe connected by its left end to the fuel supply pipe closed and closed from the right end with a perforated valve, pressed by an elastic element that rests on the inner surface of the end cover of the heating sleeve, in which the exhaust pipe is located so that between them there is an annular circulation channel connected to the cavity of the cylindrical body, and the nozzle itself is placed coaxially in the burner body, inside which the channels of primary and secondary air are arranged concentrically and placed, in turn, in the embrasure of the furnace.

Предлагаемая форсунка для горелки изображена на фиг. 1-3 (на фиг. 1 - общий вид, на фиг. 2, 3 - разрезы).The proposed burner nozzle is shown in FIG. 1-3 (in Fig. 1 is a General view, in Fig. 2, 3 are sections).

Предлагаемая форсунка для горелки состоит из цилиндрического корпуса 1, днише 2 которого выполнено в форме диффузора и насажено с наружной стороны на наружную сторону торца топливоподающей трубки 3, распылительная головка 4 снабжена выпускными отверстиями 5, размещенными по ее периферии и центральным отверстием 6, закрытым нагревательной гильзой 7, обращенной в топочную камеру и расположенной в ней, внутри по центру нагревательной гильзы 7 помещена выпускная трубка 8, соединенная левым торцом с топливоподающей трубкой 3 и закрытая с правого торца перфорированным клапаном 9, прижатым упругим элементом 10, опирающимся на внутреннюю поверхность торцевой крышки нагревательной гильзы 7, причем нагревательная гильза 7 и выпускная трубка 8 выполнены таким образом, что между ними имеется кольцевой циркуляционный канал 11, соединенный с полостью 12 цилиндрического корпуса 1, а сама форсунка размещена коаксиально в корпусе горелки 13, внутри которого устроены концентрично каналы первичного и вторичного воздуха 14 и 15 соответственно, и помещенном, в свою очередь, в амбразуре топки 16.The proposed nozzle for the burner consists of a cylindrical body 1, the bottom 2 of which is made in the form of a diffuser and is mounted from the outside to the outside of the end of the fuel supply tube 3, the spray head 4 is equipped with exhaust openings 5 located at its periphery and a central hole 6 closed by a heating sleeve 7, facing the combustion chamber and located therein, inside the center of the heating sleeve 7 is placed the exhaust pipe 8, connected by the left end to the fuel supply pipe 3 and closed from the right the end with a perforated valve 9, pressed by an elastic element 10, resting on the inner surface of the end cover of the heating sleeve 7, and the heating sleeve 7 and the exhaust pipe 8 are made so that between them there is an annular circulation channel 11 connected to the cavity 12 of the cylindrical body 1, and the nozzle itself is placed coaxially in the body of the burner 13, inside of which the channels of the primary and secondary air 14 and 15 are arranged concentrically, and placed, in turn, in the embrasure of the furnace 16.

Работа форсунки осуществляется следующим образом (общая работа горелки не рассматривается). При наличии на выходе из выпускных отверстий 5 капель мазута, нагретых до температуры кипения (мазут подогревается в пусковом подогревателе, который на фиг. 1-3 не показан), и первичного воздуха из канала первичного воздуха 14 (завихритель на фиг. 1-3 не показан) срабатывает автоматика и происходит розжиг мазутовоздушной смеси, подача вторичного воздуха из канала вторичного воздуха 15, в результате чего образуется факел, омывающий наружную поверхность нагревательной гильзы 7, температура которого превышает 1000°С. В тоже время мазут из топливоподающей трубки 3 и выпускной трубки 8 через отверстия перфорированного клапана 9 (при малой нагрузке и закрытом клапане 9) и через щель между торцом трубки 8 и отверстия перфорированного клапана 9 (при больших нагрузках и открытом клапане 9) поступает в циркуляционный канал 11. При соприкосновении высокотемпературного газового потока факела с наружной поверхностью нагревательной гильзы 7 (которая находится в зоне топки) от него через стенку гильзы 7 происходит интенсивная передача тепла потоку мазута, движущемуся по кольцевому циркуляционному каналу 11, который нагревается при этом до температуры термического крекинга (500-600°С). В результате нагрева мазута до этой температуры в циркуляционном канале 11 и полости 12 происходит процесс высокотемпературного крекинга при низком давлении, сопровождаемый деструкцией тяжелых углеводородов мазута на более легкие [Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2-я. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов, 1980, с. 61-75]. Для минимального коксообразования время нагрева мазута в циркуляционном канале 11 должно быть ограниченным, что регулируется температурой и скоростью движения мазута в циркуляционном канале 11. Деструктурированный мазут, представляющий собой парогазожидкостную смесь (в результате процесса термического крекинга значительная часть тяжелых углеводородов мазута распадается на более легкие, которые закипают с образованием пара) из отверстия 6 поступает в полость 12, где его динамическое давление преобразуется в статическое и из выпускных отверстий 5 поступает в зону горения. При этом образующиеся частицы кокса также увлекаются потоком деструктурированного мазута за счет его высокой скорости. В зоне горения парогазожидкостные частицы деструктурированного мазута, транспортирующие на своей поверхности частицы кокса из зоны крекинга и имеющие меньшее содержание тяжелых углеводородов и более равномерный состав, чем недеструктурированный мазут, быстро испаряются и быстро сгорают совместно с частицами кокса, в результате чего уменьшаются потери от химической и механической неполноты сгорания топлива (q₃ и q₄). Изменение мощности горелки и соответственно нагрузки по топливу осуществляется за счет возрастания давления на перфорированный клапан 9, сжимающего упругий элемент 10 с образованием щели между клапаном 9 и торцом трубки 8. При этом процесс нагрева мазута до температуры крекинга регулируется автоматически в зависимости от расхода топлива. Так, при малом расходе мазута скорость его движения в циркуляционном канале 11 снижается, интенсивность обогрева нагревательной гильзы 7 снижается (границы факела удаляются от гильзы 7), поэтому количество тепла, воспринятого мазутом, также снижается. При большом расходе мазута скорость его движения в циркуляционном канале 11 увеличивается, интенсивность обогрева нагревательной гильзы 7 также увеличивается (границы факела приближаются к гильзе 7), как и количество тепла, воспринятого мазутом.The operation of the nozzle is as follows (the general operation of the burner is not considered). If there are 5 drops of fuel oil at the outlet of the outlet openings heated to the boiling point (fuel oil is heated in the starting heater, which is not shown in Figs. 1-3), and primary air from the primary air channel 14 (the swirler in Figs. 1-3 is not shown), the automatics are triggered and the fuel oil-air mixture is ignited, secondary air is supplied from the secondary air channel 15, as a result of which a torch forms, washing the outer surface of the heating sleeve 7, the temperature of which exceeds 1000 ° C. At the same time, fuel oil from the fuel supply pipe 3 and the exhaust pipe 8 through the holes of the perforated valve 9 (at low load and the closed valve 9) and through the gap between the end of the pipe 8 and the holes of the perforated valve 9 (at high loads and the open valve 9) enters the circulation channel 11. In contact with the high-temperature gas stream of the torch with the outer surface of the heating sleeve 7 (which is located in the furnace zone) from it through the wall of the sleeve 7, intense heat transfer occurs to the fuel oil flow, moving along the annular circulation channel 11, which is heated to a temperature of thermal cracking (500-600 ° C). As a result of heating fuel oil to this temperature in the circulation channel 11 and cavity 12, the process of high temperature cracking at low pressure occurs, accompanied by the destruction of heavy hydrocarbons of fuel oil to lighter [Smidovich E.V. Oil and gas processing technology. Part 2. Petroleum cracking and hydrocarbon gas processing, 1980, p. 61-75]. For minimal coke formation, the heating time of fuel oil in the circulation channel 11 should be limited, which is regulated by the temperature and speed of the fuel oil in the circulation channel 11. A degraded fuel oil, which is a vapor-gas-liquid mixture (as a result of thermal cracking, a significant part of the heavy hydrocarbons of the fuel oil decomposes into lighter ones, which boil with the formation of steam) from the hole 6 enters the cavity 12, where its dynamic pressure is converted into static and from the outlet about Holes 5 enters the combustion zone. In this case, the resulting coke particles are also carried away by the flow of the destructed fuel oil due to its high speed. In the combustion zone, vapor-liquid particles of degraded fuel oil, transporting coke particles on the surface from the cracking zone and having a lower content of heavy hydrocarbons and a more uniform composition than unstructured fuel oil, quickly evaporate and quickly burn together with coke particles, resulting in reduced losses from chemical and mechanical incompleteness of fuel combustion (q ₃ and q ₄ ). The burner power and, accordingly, the fuel load are changed by increasing the pressure on the perforated valve 9, compressing the elastic element 10 with the formation of a gap between the valve 9 and the end of the tube 8. In this case, the heating of fuel oil to the cracking temperature is automatically regulated depending on the fuel consumption. So, with a small consumption of fuel oil, its speed in the circulation channel 11 decreases, the heating intensity of the heating sleeve 7 decreases (the torch borders are removed from the sleeve 7), therefore, the amount of heat received by the fuel oil also decreases. With a large consumption of fuel oil, its speed in the circulation channel 11 increases, the intensity of heating of the heating sleeve 7 also increases (the borders of the torch approach the sleeve 7), as well as the amount of heat received by the fuel oil.

Таким образом, предлагаемая конструкция форсунки для горелки позволяет проводить термическую деструкцию мазута в самой форсунке, уменьшающую содержание тяжелых углеводородов в нем, в результате чего увеличивается полнота сгорания частиц мазута в зоне горения, снижаются потери от механической и химической неполноты сгорания и выбросы несгоревших остатков топлива в атмосферу.Thus, the proposed design of the nozzle for the burner allows thermal destruction of fuel oil in the nozzle itself, which reduces the content of heavy hydrocarbons in it, resulting in increased completeness of combustion of fuel oil particles in the combustion zone, reduced losses from mechanical and chemical incompleteness of combustion and emissions of unburned fuel residues in the atmosphere.

Claims

The nozzle for the burner, placed coaxially in the body of the burner, inside which the primary and secondary air channels are arranged concentrically, comprising a cylindrical body, a diffuser, a fuel supply tube, a spray head with spray holes, characterized in that the bottom of the cylindrical body is made in the form of a diffuser and is mounted with the outer sides to the outer side of the end of the fuel supply tube, in the spray head, the outlet openings are located on its periphery, a central opening is arranged in its center closed by a heating sleeve facing the combustion chamber and located therein, an exhaust pipe is placed inside the center of the heating sleeve, connected with its left end to the fuel supply tube and closed from the right end by a perforated valve pressed by an elastic element that rests on the inner surface of the end cover the heating sleeve, and the exhaust pipe in the heating sleeve is located so that between them there is an annular circulation channel connected to the cavity of the cylinder Cesky body.