Регулируемые щелоковые распылители с множеством отражательных пластин

Изобретение относится к котлам-утилизаторам и, более конкретно, к регулируемой топливной форсуночной системе котолов-утилизаторов. В регулируемой топливной форсуночной системе для подачи топлива в камеру сгорания котла-утилизатора секция имеет верхний зажим, нижний зажим, относительный шарнир и по меньшей мере один регулировочный болт. Верхний зажим выполнен с возможностью удержания верхнего топливного форсуночного узла. Нижний зажим выполнен с возможностью удержания нижнего топливного форсуночного узла. Относительный шарнир имеет относительную шарнирную пяту и соединен между верхним зажимом и нижним зажимом. Шарнир позволяет зажимам вращаться вокруг относительной шарнирной оси. Регулировочный болт проходит между относительным шарниром и по меньшей мере одним из верхнего зажима или нижнего зажима. Регулировочный болт пространственно смещен от относительной шарнирной пяты. Пята выполнена с возможностью удержания участка относительного шарнира на требуемом расстоянии от участка зажима, чтобы создать требуемую фиксированную ориентацию между соответствующими участками относительного шарнира и зажима. По второму варианту в регулируемой топливной форсуночной системе для подачи топлива в камеру сгорания котла-утилизатора анкерный шарнир соединен со множеством топливных форсуночных узлов. Анкерный шарнир выполнен с возможностью совместной регулировки ориентации выпусков форсунки, чтобы направить их в требуемое заданное место внутри камеры сгорания. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности одновременного направления нескольких топливных форсунок в заданное место, сохраняя их относительную ориентацию между форсуночными узлами, что позволяет форсуночным узлам распылять топливо с требуемой формой распыления в требуемое место, чтобы должным образом контролировать горение котла-утилизатора, посредством этого повышая стабильность горения, минимизируя создание загрязнений, таких как газы NO_x. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Настоящее заявка относится в целом к котлам-утилизаторам и более конкретно к регулируемой топливной форсуночной системе для котлов-утилизаторов.

Описание предшествующего уровня техники

Котлы-утилизаторы используются в различных процессах, таких как изготовление бумаги. Некоторые используемые в процессе органические продукты являются легковоспламеняющимися. Вместо того чтобы выбрасывать эти отходы, они могут быть сожжены в качестве топлива для котла. Неорганические химические вещества собираются на дне печи и выгружаются через предназначенные для этого отверстия в нижней печи в резервуар для разложения.

На фиг.1 показана система 3 котла-утилизатора согласно предшествующему уровню техники. Изначально топливо, такое природный газ, выпускается из газовых насадок 9 горелки 7 и воспламеняется. Они создают горение в камере 11 сгорания.

После того как система 3 котла достаточно нагрелась, топливо затем распыляется через топливные форсунки 13 в камеру 11 сгорания. Этим топливом может быть продукт органических отходов, такой как тот, что называется «черный щелочной раствор», получаемый в процессе производства бумаги. Поэтому по тексту этого документа необходимо понимать, что топливные форсунки также могут называться как «щелоковые распылители».

Нагретые топочные газы поднимаются и нагревают наполненные водой трубы 5. Любой расплав от сжигания других материалов будет образовываться на дне системы 3 котла и стекать в резервуар 17 для разложения.

Размер капель топлива, распыляемого из форсунок 13, конфигурация брызг, место, где вводится топливо, температура камеры 11 сгорания при введении топлива и другие факторы влияют на величину создаваемого горения, последующую температуру в различных местах в камере 11 сгорания, стабильность горения и создаваемые выбросы. Поэтому размер капель и распределение брызг топлива является очень важными. Многие из этих факторов определяются конструкцией форсунки.

В предшествующем уровне раскрыты простые топливные форсунки, такие как форсунки, описанные в патенте США 4462319, выданном 31 января 1984 на имя Ларсена (Larsen). В нем описано использование топливных форсунок для котлов-утилизаторов, при этом документ основан на использовании распылительных отверстий для определения размера капель. Ларсен не соотносит расположение топливных форсунок с регулированием горения, чтобы отвечать некоторым перечисленным выше потребностям.

В настоящее время существует потребность в системе топливной форсунки, которая позволяет пользователю регулировать место, куда распыляется топливо, и распределение распыляемых капель топлива, чтобы повысить эффективность и сократить количество произведенных нежелательных загрязняющих газов, таких как NO_x.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение может быть выполнено как регулируемая топливная форсуночная система (1000) для подачи топлива в камеру (111) сгорания котла-утилизатора (103). Система включает в себя верхний топливный форсуночный узел (1100), нижний топливный форсуночный узел (1300) и секцию (1500) регулирования.

Каждый из верхнего и нижнего топливных форсуночных узлов (1100, 1300) включает в себя впускную линию (1110) для приема упомянутого топлива, удлинитель (1130), имеющий центральный трубопровод, для направления упомянутого топлива из впускной линии (1110) через удлинитель (1130), имеющий первый и второй конец, причем первый конец соединен по текучей среде с впускной линией (1110), выпускную форсунку (1143), соединенную по текучей среде со вторым концом удлинителя (1130), позволяя упомянутому топливу покидать удлинитель (1130) в качестве струи топлива.

Секция регулировки (1500) выполнена с возможностью удержания верхнего и нижнего топливных форсуночных узлов (1100, 1300) в требуемой ориентации по отношению друг к другу и обеспечения регулировки ориентации верхнего и нижнего топливных форсуночных узлов (1100, 1300), сохраняя ту же самую требуемую относительную ориентацию между форсуночными узлами (1100, 1300).

Надлежащее относительное расположение топливных форсуночных узлов (1100, 1300) создает более эффективную форму распыления. Регулируя форму распыления и регулируя место, куда топливо распыляется, может заставить котел-утилизатор (103) работать более стабильно и вырабатывать меньше загрязняющих веществ.

В патенте США 3421462, выданного 14 января 1969 на имя Вессберга (Wessberg), описано использование многочисленных форсунок для сушки и сжигания щелочных отходов от производства целлюлозной пульпы. Однако в нем не используются форсунки, которые позволили бы регулировать углы распылительных форсунок, одновременно сохраняя постоянной относительную ориентацию между ними.

В другом патенте из предшествующего уровня техники, патент США 1917031, выданный на имя Гамильтона (Hamilton) 26 августа 1931, описано использование устройства ориентации для воздушных и топливных форсунок. Все это разработано для сжигания топлива, а не для сушки и сжигания щелочных отходов. Поэтому не существует описания устройства для наведения двух топливных форсунок на требуемый объект.

Задачи изобретения

Задачей настоящего изобретения является сокращение загрязняющих газов, таких как выбросы NO_x, из печей химического восстановления.

Другой задачей настоящего изобретения является увеличение сжигания топлива в котле-утилизаторе и его стабильности.

Другой задачей настоящего изобретения является создание системы для более точного создания и направления формы распыления топлива.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание группы из топливных форсунок, которые могут быть направлены вместе должным образом, сохраняя свою относительную ориентацию.

Другой задачей настоящего изобретения является создание группы топливных форсунок, которые могут быть направлены вместе должным образом, чтобы ударять в требуемое заданное место.

Другой задачей настоящего изобретения является создание группы топливных форсунок, в которой соответствующий прицел, по меньшей мере, одной форсунки может быть отрегулирован относительно других форсунок, чтобы ударять в требуемое заданное место.

Другие задачи и преимущества изобретения станут понятны из чертежей и описания.

Краткое описание чертежей

Ссылаясь теперь на чертежи, на которых подобные элементы пронумерованы подобными позициями на различных фигурах:

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе системы котла-утилизатора по предшествующему уровню техники;

Фиг.2 представляет собой вид спереди одного варианта осуществления регулируемой топливной форсуночной системы согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 представляет собой увеличенный вид спереди секции регулировки регулируемой топливной форсуночной системы, показанной на фиг.2;

Фиг.4 представляет собой увеличенный вид сбоку секции регулирования регулируемой топливной форсуночной системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.2 и 3; и

Фиг.5 представляет собой вид сверху секции регулирования регулируемой топливной форсуночной системы по настоящему изобретению, показанной на фиг.3 и 4.

Фиг.6 представляет собой вид сверху участка верхнего топливного форсуночного узла.

Подробное описание

Как отмечалось выше, в описании предшествующего уровня техники, важно иметь возможность регулировать форму распыления топливных форсунок. Также важно расположить топливные форсунки, чтобы заставить котел работать в пределах заданных температур. В предшествующем уровне техники эти проблемы не решены; однако настоящее изобретение их решает.

Фиг.2 представляет собой вид спереди одного варианта осуществления регулируемой топливной форсуночной системы согласно настоящему изобретению. Регулируемая топливная форсуночная система 1000 содержит верхний топливный форсуночный узел 1100 и нижний топливный форсуночный узел 1300. Даже хотя здесь описаны два узла, изобретение охватывает использование множества топливных форсуночных узлов.

Каждый из топливных форсуночных узлов 1100, 1300 включает в себя впускную линию 1110,1310 для приема топлива. Топливом обычно является органический субпродукт производства, такой как «черный щелочной раствор» из процесса производства бумаги.

Удлинители 1130, 1330 соединены с впускными линиями 1110, 1310 и проводят топливо к форсункам 1141, 1341 соответственно.

Топливо распыляется из отверстия 1143, 1343 форсунки в камеру 111 сгорания системы 103 котла для сжигания. Если топливо распыляется в центр горячего пламени, создается большое количество газов, таких как NO_x. Однако, если топливо распыляется только по периметру камеры сгорания 111, оно затем может сжижаться и стекать в расплав, портя топливо и вызывая дополнительные проблемы в расплаве.

Поэтому лучше иметь возможность регулировать такое место, куда топливо распыляется, чтобы контролировать процесс сгорания.

При других использованиях существует оптимальная температура для работы системы котла. Поэтому, изменяя место расположение топливных форсунок, можно управлять системой котла, оставляя ее в пределах надлежащего диапазона.

Является предпочтительным разбивать жидкое топливо на маленькие капельки. Это создает большую площадь поверхности и более ровное и более полное сгорание. Один путь разбить жидкое топливо на капли заключается в использовании распылительной головки с маленькими форсуночными отверстиями, как описано в упомянутом выше патенте США 4462319 на имя Ларсена. Более маленькое отверстие создает более маленький размер капели. Это хорошо работает для чистого топлива, но не работает, если в топливе присутствуют твердые частицы.

Настоящее изобретение использует форсунку с отверстием, но заставляет струю топлива, выходящую из отверстия форсунки, ударять в отражательную пластину. Эта отражательная пластина выполняет функцию разбивания жидкости на маленькие капли, но не предрасположена к блокированию.

В настоящем изобретении используется множество топливных форсунок, причем каждая имеет свою собственную отражательную пластину. Идея заключается в том, что несколько более маленьких топливных форсунок будут более эффективно распылять топливо в камеру сгорания и обеспечивать более равномерную зону охвата.

Кроме того, если топливные форсунки являются регулируемыми, распыление от одной форсунки может быть направлено, чтобы дополнять форму распыления другой топливной форсунки, заполняя площади, которые не получают распыления от первой форсунки. Как только выполнена эта регулировка одной форсунки относительно второй форсунки, желательно оставить их в том же самом относительном положении, но перемещать их только как группу, сохраняя между ними ту же самую относительную ориентацию. В настоящем изобретении используется такая относительная регулировка и групповая регулировка.

Используется относительный шарнир 1520, чтобы регулировать один топливный форсуночный узел 1110 относительно другого топливного форсуночного узла 1300 и затем закрепить их, чтобы сохранить их в той же самой ориентации относительно друг друга.

Анкерный шарнир 1720 заставляет оба топливных форсуночных узла 1100, 1300 перемещаться вместе вокруг анкерной трубы 1710. Это может быть выполнено, одновременно сохраняя относительную ориентацию между топливными форсуночными узлами 1100, 1300.

Фиг.3 представляет собой увеличенный вид спереди секции регулировки регулируемой топливной форсуночной системы, показанной на фиг.2. Фиг.4 представляет собой увеличенный вид сбоку секции 1500 регулировки регулируемой топливной форсуночной системы 1000 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.2 и 3. Фиг.5 представляет собой вид сверху секции регулировки регулируемой топливной форсуночной системы по настоящему изобретению, показанной на фиг.3 и 4.

Настоящее изобретение будет описано ниже в отношении фиг.3, 4 и 5.

В данном варианте осуществления настоящего изобретения верхний зажим 1510 зажимает вокруг и закрепляет верхний удлинитель 1130, показанный здесь пунктирной линией.

Нижний зажим 1530 окружает и зажимает нижний удлинитель 1330, также показанный пунктирной линией.

Верхний зажим 1510 и нижний зажим 1530 оба прикреплены к относительному шарниру 1520, который поворачивается вокруг соответствующей шарнирной оси 1521 в направлении стрелки, отмеченной «В». Это позволяет верхнему удлинителю поворачиваться вокруг соответствующей шарнирной оси 1521, изменяя относительную ориентацию между верхним удлинителем 1130 и нижним удлинителем 1330. Регулировочные болты 1523 завинчивают на надлежащую глубину, чтобы удерживать требуемую ориентацию. Дополнительная гайка может быть навинчена снизу на эти болты, чтобы заблокировать их в их положении.

Разница в ориентации регулирует площадь, орошаемую выпуском 1143 форсунки относительно площади, орошаемой выпуском 1343 форсунки, чтобы «заполнить» пропущенные площади или интенсифицировать распыление на требуемой площади.

Если говорить подробнее, то можно видеть, что верхний зажим 1510 имеет зажимную верхнюю часть 1511 и зажимное основание 1513, которые окружают верхний удлинитель 1130. Винт 1515 с накатной головкой толкает зажимную верхнюю часть 1511 к зажимному основанию 1513, закрепляя между ними верхний удлинитель 1130.

Подобным образом, нижний зажим 1510 имеет верхнюю зажимную часть 1531 и зажимное основание 1533, которые окружают нижний удлинитель 1330. Винт 1535 с накатной головкой толкает зажимную верхнюю часть 1531 к зажимному основанию 1533, закрепляя между ними верхний удлинитель 1130.

Анкерная труба 1710 закреплена в неподвижной конструкции и используется, чтобы удерживать верхний и нижний топливные форсуночные узлы 1100, 1300 и регулировочную секцию 1500.

Здесь два U-образных болта 1723 прикрепляют анкерную трубу к анкерной пластине 1721. Анкерная пластина 1721 прикреплена к зажимному шарниру 1540. Зажимной шарнир 1540 также прикреплен к зажимному основанию 1531 нижнего зажима 1530.

U-образные болты 1723 могут быть ослаблены, чтобы поворачивать весь узел целиком (анкерная пластина 1721, зажимной шарнир 1540, нижний зажим 1530, относительный шарнир 1520, верхний зажим 1510, нижний топливный форсуночный узел 1300 и верхний топливный форсуночный узел 1100) вокруг анкерной трубы 1710 вокруг ее центра 1715 в направлении стрелок, отмеченных «А». U-образные болты 1723 затем могут быть затянуты, чтобы сохранить их в этом положении В действительности. Это работает как шарнир или цапфа.

Зажимной шарнир 1541 позволяет узлу над анкерной пластиной 1721 поворачиваться открытым в направлении стрелок, отмеченных «С». Ось вращения «С» приблизительно перпендикулярна оси вращения «А».

Вращение в соответствии с направлением, отмеченным «А», будет сохранять ту же самую относительную ориентацию между удлинителями 1130 и 1330, и их соответствующими выпусками 1143 и 1343 форсунок, одновременно перемещая оба, чтобы нацелить в различное место.

Результатом такой регулируемости является система, которая более точно регулирует формы распыления, сохраняет ту же самую форму распыления, поскольку прицел нескольких форсунок регулируется одновременно, чтобы более точно поддерживать горение в системе котла.

Фиг.6 представляет собой вид сверху участка верхнего топливного форсуночного узла. Здесь показаны форсунка 1141 и отражательная пластина 1145 конца верхнего форсуночного узла 1100. Струя топлива, выходящая из форсунки 1141, ударяет в отражательную пластину 1145 и распылается как капли топлива в направлении, обозначенном стрелкой, отмеченной «D». Этот вариант осуществления отражательной пластины 1145 имеет плоскую, овальную форму. Она прикреплена непосредственно внутри струи потока топлива и шире, чем форсунка 1141 и отверстие форсунки (1143 на фиг.2.) Ее ширину выбирают такой, что любое топливо, покидающее форсунку 1141 под небольшим углом, будет ударять в отражательную пластину 1145. Это для того, чтобы обеспечить, что топливо разбивается в капли, поскольку топливо, которое не разбивается в капли, вызывает неполное сгорание, повышенные загрязнения и потерю эффективности.

Конструкция форсунки по настоящему изобретению приводит к более подходящим температурам, большей стабильности горения и сокращенному образованию загрязнений, таких как выбросы No_x.

Хотя изобретение было описано и проиллюстрировано в отношении приведенных в качестве примеров вариантов осуществления настоящего изобретения, специалистам будет понятно, что вышеупомянутые и различные другие изменения, пропуски и дополнения могут быть выполнены в нем, не выходя за объем настоящего изобретения. Соответственно, другие варианты осуществления настоящего изобретения находятся в пределах объема следующей формулы изобретения.

1. Регулируемая топливная форсуночная система (1000) для подачи топлива в камеру (111) сгорания котла-утилизатора, содержащая:
a) верхний топливный форсуночный узел (1100), содержащий:
i. впускную линию (1110) для приема упомянутого топлива;
ii. удлинитель (1130) для направления упомянутого топлива от впускной линии (1110) через удлинитель (1130), имеющий первый и второй конец, причем первый конец соединен по текучей среде с впускной линией (1110),
iii. выпуск (1143) форсунки, соединенный по текучей среде со вторым концом удлинителя (1130), позволяющий упомянутому топливу покидать удлинитель (1130) в качестве струи топлива;
b) нижний топливный форсуночный узел, содержащий:
i. впускную линию (1310) для приема упомянутого топлива;
ii. удлинитель (1330) для направления упомянутого топлива от впускной линии (1310) через удлинитель (1330), имеющий первый и второй конец, причем первый конец соединен по текучей среде с впускной линией (1310),
iii. выпуск (1343) форсунки, соединенный по текучей среде со вторым концом удлинителя (1330), позволяющий упомянутому топливу покидать удлинитель (1330) в качестве струи топлива; и секцию регулировки (1500), выполненную с возможностью удержания и верхнего и нижнего топливных форсуночных узлов (1100-1300) в требуемой ориентации относительно друг друга, и обеспечения регулировки ориентации верхнего и нижнего топливных форсуночных узлов, сохраняя ту же самую требуемую относительную ориентацию между форсуночными узлами (1100-1300), при этом регулируемая топливная форсуночная система отличающаяся тем, что секция регулировки (1500) имеет:
верхний зажим (1510), выполненный с возможностью удержания верхнего топливного форсуночного узла (1100);
нижний зажим (1530), выполненный с возможностью удержания нижнего топливного форсуночного узла (1300);
относительный шарнир (1520), имеющий относительную шарнирную ось (1521) и соединенный между верхним зажимом (1510) и нижним зажимом (1530), позволяя зажимам (1510, 1530) вращаться вокруг относительной шарнирной оси (1521);
по меньшей мере один регулировочный болт (1523), проходящий между относительным шарниром (1520) и по меньшей мере одним из верхнего зажима (1510) или нижнего зажима (1530), причем регулировочный болт (1523) пространственно смещен от относительной шарнирной оси (1521), выполненной с возможностью удержания участка относительного шарнира (1520) на требуемом расстоянии от участка зажима (1510, 1530), чтобы создать требуемую фиксированную ориентацию между соответствующими участками относительного шарнира (1520) и зажима (1510, 1530).

2. Система (1000) по п.1, в которой секция регулировки (1500) дополнительно содержит:
a) закрепленную анкерную трубу (1710), имеющую центральную точку (1715);
b) анкерный зажим (1720) для крепления с возможностью поворота нижнего зажима (1530) к закрепленной анкерной трубе (1710), позволяющий обоим топливным форсуночным узлам (1100, 1300) одновременно поворачиваться вокруг центральной точки (1715).

3. Система (1000) по п.2, в которой анкерный зажим (1720) содержит по меньшей мере один U-образный болт (1723).

4. Система (1000) по п.1, в которой верхний зажим (1510) содержит:
a) зажимную верхнюю часть (1511), имеющую фитинг на верхней части верхнего топливного форсуночного узла (1100),
b) фитинг (1513) зажимного основания вокруг нижней части верхнего топливного форсуночного узла (1100),
c) средство (1515) крепления, прикрепляющее верхнюю зажимную часть (1511) к зажимному основанию (1533), чтобы закрепить верхний топливный форсуночный узел (1100).

5. Система (1000) по п.1, в которой нижний зажим (1510) содержит:
a) зажимную верхнюю часть (1531), имеющую фитинг на верхней части нижнего топливного форсуночного узла (1300),
b) фитинг (1533) зажимного основания вокруг нижней части нижнего топливного форсуночного узла (1300),
c) средство (1535) крепления, прикрепляющее верхнюю зажимную часть (1531) к зажимному основанию (1533), чтобы закрепить нижний топливный форсуночный узел (1300).

6. Регулируемая топливная форсуночная система (1000) для подачи топлива в камеру (111) сгорания котла-утилизатора (103), имеющая:
a) множество топливных форсуночных узлов (1100, 1300), причем каждый топливный форсуночный узел (1100, 1300) содержит:
i. впускную линию (1110, 1310) для приема упомянутого топлива;
ii. удлинитель (1130, 1330) для направления упомянутого топлива от впускной линии (1110, 1310) через удлинитель (1130, 1330), причем удлинитель (1130, 1330) имеет первый и второй конец, причем первый конец соединен по текучей среде с впускной линией (1110, 1310),
iii. выпуск (1143, 1434) форсунки, соединенный по текучей среде со вторым концом удлинителя (1130, 1330), позволяющий упомянутому топливу покидать удлинитель (1130, 1330) в качестве струи топлива; и регулируемая топливная форсуночная система отличается тем, что
b) анкерный шарнир (1720) соединен со множеством топливных форсуночных узлов (1100, 1300), при этом анкерный шарнир (1720) выполнен с возможностью совместной регулировки ориентации выпусков (1100, 1300) форсунки, чтобы направить их в требуемое заданное место внутри упомянутой камеры (111) сгорания.

7. Система (1000) по п.1, дополнительно содержащая:
по меньшей мере две отражательные пластины (1145, 1345), при этом каждая пластина расположена вблизи к различному выпуску (1143, 1343) форсунки, так что струя топлива, выходящая из выпуска (1143, 1343) форсунки, ударяет в соответствующую отражательную пластину (1145, 1345), заставляя упомянутую струю топлива разбрызгиваться в брызги топлива, направленные в требуемое место внутри упомянутой камеры (111) сгорания.

8. Система (1000) по п.6, дополнительно содержащая:
отражательную пластину (1145, 1345), расположенную рядом с по меньшей мере одним выпуском (1143, 1343) форсунки, так что струя топлива, выходящая из выпуска (1143, 1343) форсунки, ударяется в отражательную пластину (1145, 1345), разбивается в капли брызг, которые входят в упомянутую камеру сгорания.

9. Система (1000) по п.6, дополнительно содержащая:
относительный шарнир (1520), выполненный с возможностью регулировки ориентации по меньшей мере одного выпуска (1143, 1343) форсунки относительно по меньшей мере одного другого выпуска (1143, 1343) форсунки.

10. Система (1000) по п.6, в которой топливные форсуночные узлы (1100,1300) расположены по существу вертикально друг над другом.

11. Система (1000) по п.1, в которой отражательная пластина (1145, 1345) является, по существу, плоской.

12. Система (1000) по п.11, в которой отражательная пластина (1145, 1345) шире, чем выпуск форсунки, обеспечивая, что вся струя топлива ударяет в отражательную пластину (1145, 1345).