способ интенсификации процесса сжигания газа и горелочное устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ интенсификации процессов сжигания топлива, включающий подачу первичного воздуха и вторичного закрученного завихрителями газообразного топлива из коллектора газа через множество радиальных газовых сопел, которое смешивается со встречным потоком вторичного воздуха, и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения, отличающийся тем, что осуществляют снижение скорости сформированной газовоздушной смеси посредством того, что радиальные газовые сопла диаметром от 1,0 до 7,5 мм находятся в устье угла раскрытия факела, а торец форсунки расположен на одном вертикальном уровне с торцом коллектора газа, а также за счет угла раскрытия факела, предотвращающего проскок пламени вовнутрь горелки или отрыв пламени.

2. Горелочное устройство, содержащее корпус с форсункой для подачи жидкого топлива, подачу воздуха, коллектор газа для подачи газообразного топлива с множеством радиальных газовых сопел, завихритель, отличающееся тем, что завихритель выполнен пластинчатым, количество радиальных газовых сопел составляет от 100 до 450 штук, а их диаметр от 1,0 до 7,5 мм.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол наклона пластинчатых завихрителей составляет от 0 до 90°.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что соотношение общей площади сечения радиальных газовых сопел и общей площади сечения для потока воздуха составляет 1...(15-25).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сжиганию жидкого и газообразного топлив в топках и в камерах сгорания котлов и теплоэнергетических установок.

Известен способ сжигания топлива путем подачи в топку топлива коаксиальными потоками воздуха и инертного вещества с предварительным разделением топлива на потоки. Топливо в поток инертного вещества подают в количестве более 50% (см. патент Российской Федерации №2039911, МПК F 23 D 17/00, 1995). Указанный способ характеризуется низкоэффективным сжиганием топлива и удорожанием, обусловленным применением инертного вещества.

Наиболее близкими к описываемому изобретению является способ интенсификации процессов сжигания топлива, включающий подачу первичного воздуха и вторичного, закрученного завихрителями, газообразного топлива из коллектора газа через множество радиальных газовых сопел, которое смешивается со встречным потоком вторичного воздуха, и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения, а также горелочное устройство, содержащее корпус с форсункой для подачи жидкого топлива, подачу воздуха в коллектор газа для подачи газообразного топлива с множеством радиальных газовых сопел, завихритель (см. патент Российской Федерации №2122154, МПК F 23 D 17/00, 1998).

Недостатками указанного источника информации является низкая эффективность сжигания топлива, а также высокое количество выбросов вредных веществ в атмосферу.

Задача изобретения - экономия топлива, снижение вредных выбросов в атмосферу, увеличение производительности котлов и снижение затрат на их содержание.

Задача решается за счет способа интенсификации процессов сжигания топлива, включающего подачу первичного воздуха и вторичного, закрученного завихрителями, газообразного топлива из коллектора газа через множество радиальных газовых сопел, которое смешивается со встречным потоком вторичного воздуха, и жидкого топлива посредством форсунки в зону горения. Согласно изобретению осуществляют снижение скорости сформированной газовоздушной смеси посредством того, что радиальные газовые сопла с диаметром от 1,0 до 7,5 мм находятся в устье угла раскрытия факела, а торец форсунки расположен на одном вертикальном уровне с торцом коллектора газа, а также за счет угла раскрытия факела, предотвращающего проскок пламени вовнутрь горелки или отрыв пламени.

Задача также решается посредством горелочного устройства, содержащего корпус с форсункой для подачи жидкого топлива, подачу воздуха, коллектор газа для подачи газообразного топлива с множеством радиальных газовых сопел, завихритель. Согласно изобретению завихритель выполнен пластинчатым, количество радиальных газовых сопел составляет от 100 до 450 штук, а их диаметр от 1,0 до 7,5 мм.

Кроме того, угол наклона пластинчатых завихрителей составляет от 0 до 90 градусов, а соотношение общей площади сечения радиальных газовых сопел и общей площади сечения для потока воздуха составляет 1....(15-25).

Количество газовых сопел обусловлено необходимостью формирования высококачественной газовоздушной смеси в условиях больших скоростей и ограниченного пространства в месте смесеобразования газ-воздух, необходимой производительностью котла и, соответственно, необходимым количеством газа и должно быть в пределах от 100 до 450 штук. Диаметр сопел должен быть в пределах от 1,0 до 7,5 мм. Множество газовых сопел, расположенных радиально, в сочетании с диаметром сопел способствует формированию высококачественной газовоздушной смеси (ГВС). Снижение скорости (ГВС) в два-три раза после горелочного устройства, рассеивание струй раскаленных газов по всему фронту их движения посредством угла наклона пластинчатых завихрителей делает достаточным по времени реализацию реакций (2) и (3) в ядре факела:

и предотвращает проскок пламени во внутрь горелки или отрыв пламени. Рассеивание струй раскаленных газов позволяет реализовать передачу тепла конвекцией с равномерным прогревом всего топочного пространства без локального перегрева футеровки и труб. Радиальные газовые сопла находятся в устье угла раскрытия факела, а торец форсунки расположен на одном вертикальном уровне с торцом коллектора газа.

Данные изобретения позволяют обеспечить высокоэффективное и безопасное сжигание топлива, его экономию, снижение вредных выбросов в атмосферу, увеличение производительности котлов и снижение затрат на их содержание.

На фиг.1 изображено горелочное устройство до усовершенствования.

На фиг.2 изображено горелочное устройство согласно изобретению, общий вид.

Горелочное устройство (фиг.2) содержит корпус 1, пластинчатые завихрители 2 вторичного воздуха, расположенные на коллекторе 3 газа с множеством газовых сопел 4 для выхода газа, расположенных радиально, кольцевой канал первичного воздуха с форсункой 5 для подачи жидкого топлива.

Торец коллектора 3 газа примыкает к основанию амбразуры 6. Торец форсунки 5 устанавливается на одной вертикали с торцом коллектора 3 газа.

Горелочное устройство работает следующим образом.

Поток вторичного воздуха из корпуса 1 подается в пластинчатые завихрители 2, на выходе из которых смешивается с множеством газовых струй, выходящих из сопел 4 и в виде турбулентного, закрученного пластинчатыми завихрителями 2, газовоздушного потока поступает в амбразуру 6, которая выполнена расширяющейся, теряя при этом скорость и приобретая необходимые условия для высокоэффективного сжигания газа, близкие к стехиометрическим.

Сформированная газовоздушная смесь поджигается запальным устройством. Устанавливается требуемый по производительности режим работы горелки.

В начальной стадии разогрева цвет факела у основания голубой с красными струями на периферии. По мере разогрева камеры сгорания и концентрации тепла длина факела укорачивается, постепенно сжигание газа переходит в безфакельное сжигание с выделением коротковолнового инфракрасного излучения в ядре, характеризующегося ярким малиновым светом, отражающегося от поверхности труб и футеровки. При этом голубой цвет факела у его основания сохраняется и является следствием полного сгорания водорода по реакции (2). Далее, за ним формируется наиболее яркое ядро, выделяющее коротковолновое инфракрасное излучение (лучевую энергию), - следствие полного сгорания углерода в соответствии с реакцией (3) с наибольшим температурным градиентом. Температура ядра факела может достигать 1700-1800°C, что обусловлено наличием в молекуле метана (СН₄) молекулы углерода (С), в три раза превышающего по массе молекулу водорода (H₂).

10-20% тепла передается тепловоспринимающим поверхностям труб посредством конвективного теплообмена, остальные 80-90% тепла передаются за счет коротковолнового инфракрасного излучения (лучевой энергии) от ядра факела равномерно по всем направлениям камеры сгорания, достигающего самые труднодоступные участки. Равномерность прогрева труб и футеровки с исключением локального перегрева способствует экономии топлива от 20%, увеличивает производительность котлов на 20-25%, снижает затраты на их содержание и увеличивает срок службы котлов. Этому способствует бессажевое сжигание газа, так как сажа, сгорая на поверхности труб и футеровки при температуре около 3000 С, провоцирует их локальный перегрев и преждевременный износ.

Анализ состава отходящих газов за котлом показал также отсутствие в них угарного газа (СО) и снижение оксидов азота на 20-25%. Данные способ интенсификации процесса сжигания топлива и горелочное устройство для его реализации позволяют эффективно сжигать топливо с коэффициентом избытка воздуха, равного 1,01-1,03, снизить удельный расход газа на выработку одной тонны пара, снизить вредные выбросы в атмосферу и увеличить срок службы котлов и их производительность.