Горелка для жидкого топлива
Горелка выполнена в виде ствола заданной длины (до 650 мм). Топливо, проходя сквозь стабилизатор подачи топлива, поступает в топливную питательную трубу и далее через топливные сопла в смесительную камеру форсунки. При этом струя топлива ударяется о коническую выемку на рабочем торце отражателя, что усиливает распыл топлива. Сжатый пар поступает в кольцевой канал, образованный топливной и паровой питательными трубами. Затем пар через паровые сопла, радиально или тангенциально просверленные в завихрителе, поступает в первую (гидравлическую) ступень распыла смесительной камеры, находящуюся в зоне между торцом гидравлического отражателя и выходом топливного сопла, подхватывает разбившуюся об отражатель струю топлива и продолжает затем перемалывать его во второй (газовой) ступени распыла - в зоне вокруг стержня гидравлического отражателя. Горелка особенно эффективна при сжигании мазута. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для распыления жидкого топлива, преимущественно мазута, и может быть использовано при его сжигании в печах тепловых агрегатов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в том числе в трубчатых и шатровых печах нефтеперерабатывающих заводов, в установках по перегонке нефти и другого углеводородного сырья.
Известна горелка для жидкого топлива, используемая в топках парогенераторов, содержащая расположенную по ее оси форсунку, отражатель, камеру сгорания, напорный воздуховод и эжекторы подачи первичного и вторичного воздуха (см. авторское свидетельство СССР №1513310 по кл. F 23 D 7/00, 1989).
Однако указанная горелка не обеспечивает стабильности факела при широкой вариации состава топлива, его параметров (давления, температуры, расхода) и соотношения расходов газа и жидкости (мазута), а главное - из-за неоднородности получаемой горючей смеси наблюдаются повышенные выбросы вредных веществ в атмосферу.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой горелки является горелка для жидкого топлива, представленная в патенте РФ №2072475 по кл. F 23 D 11/10, 1997. Горелка содержит расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку с гидравлическим отражателем и соединенные с ней паровую и топливную питательные трубы.
Поскольку каждая из упомянутых питательных труб в этой конструкции горелки образует самостоятельное ответвление, такую горелку трудно скомпоновать в виде длинного тонкого ствола компактной конструкции, требуемого по условиям эксплуатации горелки в печах нефтеперерабатывающих заводов, а то, что паровая питательная труба присоединена радиально к корпусу самой форсунки, не позволяет получить достаточно однородную горючую смесь. Другим недостатком прототипа является то, что топливо и пар поступают в смесительную камеру форсунки параллельными потоками вдоль оси горелки, что не позволяет добиться максимально высокой степени измельчения топлива, особенно в случае использования мазута. Кроме того, в конструкции этой горелки отсутствует устройство регулирования подачи топлива, которое позволяло бы обеспечивать устойчивую подачу топлива в смесительную камеру форсунки при колебаниях давления пара, а также в случае необходимости изменять номинальную производительность горелки.
Техническим результатом изобретения является максимальная компактность конструкции горелки, требуемая по условиям эксплуатации горелки в печах нефтеперерабатывающих заводов, снижение содержания экологически вредных примесей в продуктах сгорания за счет повышения качества распыла и полноты сгорания топлива, устойчивость подачи его в смесительную камеру форсунки, а также возможность, в случае необходимости, изменения номинальной производительности горелки путем несложного видоизменения одного из узлов горелки.
Указанный технический результат достигается тем, что в горелке для жидкого топлива, преимущественно мазута, содержащей расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку с гидравлическим отражателем и соединенные с ней топливную и паровую питательные трубы, последняя выполнена в виде ствола, охватывающего топливную питательную трубу и образующего с ней кольцевой канал, соединенный с источником пара радиальной питательной трубой; упомянутый гидравлический отражатель аэродинамической форсунки выполнен в виде конической выемки, установленной в ее смесительной камере на входе топливного сопла; паровые сопла аэродинамической форсунки расположены радиально или тангенциально в зоне между торцом гидравлического отражателя и выходом топливного сопла. При этом горелка снабжена устройством регулирования подачи топлива - стабилизатором подачи топлива, выполненным в виде установленного в топливной питательной трубе пакета дроссельных шайб, причем в упомянутом пакете дроссельных шайб применены дроссельные шайбы двух типов - с центральным отверстием и с отверстием, смещенным относительно оси дроссельной шайбы.
На фиг.1 показан продольный разрез горелки, на фиг.2 - продольный разрез аэродинамической форсунки горелки, на фиг.3 - сечение по А-А фиг.2, на фиг.4 - узел стабилизатора подачи топлива в разрезе: а) с максимальным количеством дроссельных шайб; б) с уменьшенным количеством дроссельных шайб.
Как показано на фиг.1, предлагаемая горелка для жидкого топлива содержит расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку 1, снабженную гидравлическим отражателем 2, и соединенные с ней топливную 3 и паровую 4 питательные трубы.
В соответствии с целью изобретения паровая питательная труба 4 выполнена в виде ствола заданной длины (до 650 мм), охватывающего топливную питательную трубу 3 и образующего с ней кольцевой канал 5, соединенный с источником пара радиальной питательной трубой 6. Топливная питательная труба 3 соединена с топливоподающей системой с помощью топливного фланцевого соединения 7, причем левый фланец этого соединения, как показано на фиг.1, имеет утолщение 8 с конусной поверхностью, к которой своим правым концом приварена паровая питательная труба 4. Своим левым концом эта труба опирается на три вкладыша 9 (см. фиг.2 и 3), приваренные к левому концу топливной питательной трубы 3. Правый конец этой трубы приварен встык к трубчатому ответвлению упомянутого левого фланца.
Аэродинамическая форсунка 1 горелки (фиг.2) состоит из стаканообразного корпуса 10 с выходными соплами 11 и расположенного внутри него завихрителя 12, образующих смесительную камеру 13. Завихритель 12 соединен с левым концом топливной питательной трубы 3 через топливный наконечник 14, с которым он имеет резьбовое соединение. Сам топливный наконечник 14 приварен к левому концу топливной питательной трубы 3.
Аналогичным образом корпус 10 форсунки соединен с паровой питательной трубой 4 через паровой наконечник 15, приваренный к левому концу этой трубы. Резьбовые соединения уплотнены кольцевыми уплотнениями 16 и 17 соответственно.
Как показано на фиг.2, гидравлический отражатель 2 форсунки выполнен в виде стержня, установленного в смесительной камере 13 по ее оси на выходе топливного сопла 18. Рабочий торец отражателя 2 снабжен конической выемкой, угол которой при вершине конуса может быть взят в пределах 90-150°. Паровые сопла 19, выполненные в завихрителе 12, расположены радиально или тангенциально в зоне между рабочим торцом отражателя 2 и выходом топливного сопла 18. Эта зона, в которой струя топлива, истекающая из топливного сопла 18, разбивается, ударяясь о рабочий торец отражателя 2, является первой, гидравлической, ступенью распыла топлива. Вторая, газовая, ступень распыла, где происходит “размалывание” топлива паром, находится в той части смесительной камеры 13, которая окружает стержень отражателя 2.
Предлагаемая горелка снабжена устройством регулирования - стабилизатором 20 подачи топлива (фиг.1, 4), который представляет собой пакет или набор дроссельных шайб 21, установленный на входе топливной питательной трубы 3. Дроссельные шайбы 21 помещены в трубчатый корпус 22 со стопорной втулкой 23 и фланцем 24 и зафиксированы винтом 25. Такова конструкция стабилизатора подачи топлива при применении максимального количества дроссельных шайб (в нашем примере на фиг.4а - семь дроссельных шайб). В случае необходимости уменьшения количества дроссельных шайб, например до трех, как показано на фиг.4б, между пакетом дроссельных шайб и винтом 25 устанавливают распорную втулку 26. Количество дроссельных шайб в стабилизаторе подачи топлива определяется требуемым расходом топлива.
Стабилизатор подачи топлива фиксируют в топливной питательной трубе, зажимая его фланец 24 между фланцами топливного фланцевого соединения, как показано на фиг.1, с применением уплотнительных прокладок 27.
В описанном стабилизаторе подачи топлива применены дроссельные шайбы двух типов: с центральным отверстием и с отверстием, смещенным относительно оси дроссельной шайбы. Они установлены, чередуясь между собой и таким образом создавая зигзагообразное течение топлива, что более эффективно сглаживает возможные пульсации давления в топливоподающей системе. В целом стабилизатор подачи топлива предназначен для изменения номинальной производительности горелки и обеспечения устойчивой подачи топлива в смесительную камеру при колебаниях давления пара перед горелкой.
Горелка работает следующим образом.
Топливо подводится к фланцевому соединению 7 (см. фиг.1) и, проходя сквозь стабилизатор 20 подачи топлива, поступает в топливную питательную трубу 3 и далее через топливное сопло 18 (см. фиг.2) в смесительную камеру 13 форсунки. При этом струя топлива ударяется о коническую выемку на рабочем торце отражателя 2, что усиливает распыл топлива.
Сжатый пар через радиальную питательную трубу 6 поступает в кольцевой канал 5, образованный топливной 3 и паровой 4 питательными трубами. Затем пар через паровые сопла 19, радиально или тангенциально просверленные в завихрителе 12, поступает в смесительную камеру 13, а именно в ее первую ступень распыла, находящуюся в зоне между гидравлическим отражателем 2 и выходом топливного сопла 18, подхватывает разбившуюся об отражатель струю топлива и продолжает затем перемалывать его во второй ступени распыла - в зоне вокруг стержня гидравлического отражателя 2. Образовавшаяся таким образом мелкодисперсная паротопливная смесь через выходные сопла 11 форсунки поступает в амбразуру печи. При выходе из сопел 11 топливо дополнительно дробится за счет резкого расширения пара и топлива.
Дополнительное управление режимом работы горелки производят изменением подачи в нее пара и топлива.
Горелка особенно эффективна при сжигании мазута.
Источники информации
SU 1513310 А1, 07.10.1989.
RU 2072475 С1, 27.01.1997 (прототип).
1. Горелка для жидкого топлива, преимущественно мазута, содержащая расположенную по ее оси аэродинамическую форсунку с гидравлическим отражателем и соединенные с ней топливную и паровую питательные трубы, отличающаяся тем, что указанная паровая питательная труба выполнена в виде ствола, охватывающего топливную питательную трубу и образующего с ней кольцевой канал, соединенный с источником пара радиальной питательной трубой, а упомянутый гидравлический отражатель аэродинамической форсунки выполнен в виде конической выемки, установленной в ее смесительной камере на входе топливного сопла.
2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что паровые сопла аэродинамической форсунки расположены радиально или тангенциально в зоне между гидравлическим отражателем и выходом топливного сопла.
3. Горелка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она снабжена устройством регулирования - стабилизатором подачи топлива, выполненным в виде установленного в топливной питательной трубе пакета дроссельных шайб.
4. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что в упомянутом стабилизаторе подачи топлива применены дроссельные шайбы двух типов - с центральным отверстием и с отверстием, смещенным относительно оси дроссельной шайбы.
