Внедрение: в области энергетического машиностроения. Суть изобретения: 10% от полного расхода распыляют, соединяют при стехиометрическом соотношении с частью расхода воздуха и сжигают. Потом в приобретенные высокотемпературные продукты сгорания вводят в распыленном виде оставшиеся примерно 90% от полного расхода мазута, после этого полученную парогазовую смесь вводят в оставшуюся часть расхода воздуха, смешиват и сжигают. 2 с. п. ф — лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к конструкции мазутных и газомазутных горелок, систем сжигания водянистого горючего, и может быть применено в разных областях техники.

Как понятно, мазут, применяющийся в качестве водянистого горючего для горелочных устройств котельных и теплоэнергетических установок, вместе с рядом положительных параметров (низкая цена, высочайшая теплота сгорания) имеет такие недочеты, как широкий разброс хим состава и значимая вязкость. Это приводит к тому, что однородный и мелкодисперсный распыл мазута, осуществляемый с помощью топливных форсунок мазутных горелок, вызывает значимые трудности, заключающиеся в необходимости сотворения высочайшего перепада давлений на топливной форсунке для обеспечения мелкодисперсного распыла мазута. Естественно, это приводит к повышению габаритов форсунки и запорно-регулирующей арматуры горелочных устройств, также — к повышению надобной механической мощности на валу топливного насоса, нагнетающего мазут в форсунку. Другой путь, приводящий к понижению вязкости распыливаемого мазута и, как следует, к уменьшению среднего размера капель последнего — это нагрев мазута до больших температур. Конкретное значение температуры мазута, обусловливающее его вязкость, достаточную для удовлетворительного свойства распыла, находится в зависимости от марки мазута и типа форсунки, осуществляющей распыл последнего. К примеру, для мазута марки М100 ГОСТ 10585-75, распыляемого гидравлической форсункой, эта температура составляет примерно 140оС.

Но если повышением давления и температуры перед топливной форсункой можно достигнуть определенного понижения среднего поперечника капель распыленного мазута, то устранить широкий разброс размеров капель относительно среднего и обеспечить равномерное рассредотачивание их по всему объему зоны горения обозначенными методами не представляется вероятным. К тому же, горение капель мазута в среде воздуха, как и хоть какое гетерогенное горение, характеризуется ограниченными площадями соприкосновения горючего (в этом случае — мазута) и окислителя (воздуха), что содействует неполному сгоранию горючего в зоне горения. Применительно к известным в текущее время конструкциям мазутных горелочных устройств и осуществляемым в их процессам сжигания мазута, необходимо подчеркнуть, что, владея определенной неполнотой сгорания горючего, они имеют относительно низкую экономичность и экологические характеристики (неполное сгорание мазута приводит к наличию в продуктах сгорания, выкидываемых в атмосферу, угарного газа, углеводородных соединений).

Взятый в качестве макета заявляемого изобретения метод сжигания мазута предугадывает подачу воздуха и распыленного мазута в зону горения и сжигание их. При таком методе сжигания мазута горение последнего является гетерогенным. К тому же, при распыле мазута имеет место широкий диапазон размеров его капель, 100 обусловливает неполное сгорание более больших из их. Таким макаром, метод сжигания мазута по макету обладает таким значимым недочетом, как неполное сгорание горючего, при этом неполнота сгорания горючего возрастает при применении более томных марок мазута, имеющих огромную вязкость.

Увеличения полноты сгорания мазута при сжигании его методом по макету можно достигнуть, ограничив спектр используемых марок мазута только легкими сортами последнего, имеющими малую вязкость, определяющую маленький распыл мазута. Так, к примеру, мазутные горелки конторы «Вайсхаупт» (ВРГ), реализующие таковой процесс сжигания мазута, допускают внедрение в качестве горючего только не много минерализованного мазута марки ЕL по эталону ДИН 51603 кинематической вязкостью менее 6 мм2/с при 20оС. Но такое существенное сокращение спектра используемых для горелки топлив усложняет эксплуатацию последней, при этом, разрешенные к применению для метода сжигания по макету легкие и не достаточно минерализованные сорта мазута являются дефицитными.

За макет взята конструкция системы сжигания мазута, содержащая воздухоподводящий тракт, магистраль подачи мазута и камеру сгорания с форсуночным устройством. В качестве таковой системы сжигания мазута рассматривается конструкция мазутной агрегатированной горелки конторы «Вайсхаупт» (ФРГ).

Недочеты таковой системы — относительно низкие экономичность и экологические характеристики, также узенький спектр используемых марок мазута. Это обосновано тем, что конструкция системы базирована на реализации метода сжигания мазута, предусматривающего подачу воздуха и распыленного мазута в зону горения и сжигание их, т. е. обеспечивает горение гетерогенной консистенции, состоящей из капель водянистого жаркого (мазута) и газообразного окислителя (воздуха). Конструкция системы-прототипа такая, что никакого другого метода сжигания мазута воплотить не может. Таковой системе присуща относительно большая неполнота сгорания горючего, которая приводит к ухудшению экономичности и повышению уровня вредных выбросов (угарного газа, углеводородных соединений), при ограничении используемых в качестве горючего марок мазута.

Метод и система сжигания мазута по макету употребляются в агрегатированных мазутных и газомазутных горелках компании «Вайсхаупт».

Цель заявляемого метода — увеличение полноты сгорания при расширении спектра используемых марок мазута.

Цель заявляемого устройства — увеличение экономичности и улучшение экологических характеристик при расширении спектра используемых марок мазута.

Поставленная цель в методе достигается тем, что часть полного расхода мазута распыляют, соединяют при стехиометрическом соотношении с частью расхода воздуха и сжигают. Потом в приобретенные высокотемпературные продукты сгорания вводят в распыленном виде оставшуюся часть полного расхода мазута. После чего полученную парогазовую смесь вводят в оставшуюся часть расхода воздуха, соединяют и сжигают. При всем этом возрастает полнота сгорания горючего по сопоставлению со методом сжигания мазута по макету. Увеличение полноты сгорания при сжигании мазута заявляемым методом обосновано последующим. Так как только часть расхода мазута соединяют при стехиометрическом соотношении компонент с частью расхода воздуха и сжигают, то воплощение нагрева обозначенной части расхода мазута до температуры, обеспечивающей такую его вязкость, при которой осуществляется мелкодисперный распыл мазута, обусловливающий приемлемую полноту сгорания горючего, просто осуществимо и просит маленьких издержек энергии. К тому же, неполное сгорание обозначенной части мазута не тянет за собой возникновение недочетов, присущих макету, т. к. в предстоящем продукты сгорания обозначенной части расхода мазута опять подвергаются смешению с воздухом и попадают в зону горения. В высокотемпературные продукты сгорания, не имеющие вследствие стехиометрического соотношения и маленьких значений расходов мазута и воздуха сколь-либо существенного содержания свободного кислорода, вводят в распыленном виде оставшуюся часть расхода мазута. Толика мазута, сгорающего в первой зоне, выбирается так, чтоб обеспечивалось гарантированное испарение оставшейся части мазута. Парогазовая фаза лучше смешивается с воздухом, чем обеспечивается большая полнота сгорания, чем в случае распыления водянистого мазута. Приобретенная в конечном итоге топливовоздушная гомогенная смесь характеризуется схожей концентрацией компонент по ее объему и, как следует, более высочайшей полнотой сгорания, что приводит к свою очередь к увеличению экономичности и понижению уровня вредных выбросов системы сжигания мазута, использующей заявляемый метод.

При заявляемом методе сжигания мазута часть мазута, подаваемого на сжигание, за ранее испаряется при помощи высокотемпературных товаров сгорания другой части мазута, что позволяет сделать гомогенную топливовоздушную смесь, состоящую из испаренного мазута, воздуха и товаров сгорания мазута и воздуха, способную обеспечить высшую полноту сгорания горючего, обусловливающую понижение расхода мазута, нужного для получения требуемого количества тепла (т. е. увеличение экономичности) и понижение уровня вредных выбросов (угарного газа, углеводородных соединений) в продуктах сгорания, выкидываемых в атмосферу.

Поставленная цель в объекте «устройство» достигается тем, что система сжигания мазута снабжена форкамерой с малорасходными воздухоподводящим трактом и дополнительной топливной форсункой, сообщенной с магистралью подачи мазута, газогенератором на выходе из форкамеры, в каком установлена основная топливная форсунка, сообщенная с магистралью подачи мазута, а камера сгорания выполнена в виде дожигателя, на входе в который установлены газогенератор, основной воздухоподводящий тракт и смеситель.

Конструкция заявляемой системы сжигания мазута обеспечивает испарение большей части расхода мазута, поступающего на сжигание с помощью распыла этой части расхода мазута в высокотемпературную среду, создание гомогенной (парогазовой) консистенции испаренного горючего и воздуха и сжигание ее с высочайшей полнотой сгорания, вследствие чего увеличивается экономичность и экологические характеристики системы сжигания мазута. При всем этом, возможность подготовительного испарения сжигаемого мазута позволяет значительно расширить спектр используемых марок мазута ГОСТ 108585-75. В итоге реализуется новое свойство заявляемой системы, а конкретно независимость экономичности и экологических характеристик от марки используемого мазута.

Отличительные признаки метода и устройства не обнаружены в источниках инфы, что в купе с реализацией новых параметров (независимости полноты сгорания, экономичности и экологических характеристик от марки используемого мазута) позволяет считать заявляемые совокупы признаков новыми.

На чертеже представлена схема системы сжигания мазута.

Заявляемая система включает в собственный состав магистраль подачи мазута 1 с топливным клапаном 2, форкамеру 3 с малорасходными воздухоподводящим трактом 4 и дополнительной топливной форсункой 5, газогенератор 6 с основной топливной форсункой 7, основной воздухоподводящий тракт 8, дожигатель (камеру сгорания) 9, смеситель 10.

В начальном состоянии подача мазута в магистраль 1 и воздуха в малорасходный 4 и основной 8 воздухоподводящие тракты отсутствует, топливный клапан 2 закрыт. При запуске системы начинается подача воздуха на вход последней. Суммарный расход воздуха делится таким макаром, что наименьшая его часть поступает в малорасходный воздухоподводящий тракт 4, а большая — в основной воздухоподводящий тракт 8. Сразу с этим начинается подача приготовленного к распылу мазута (к примеру мазута марки М100 ГОСТ 10585-75, нагретого до температуры 140оС) в магистраль подачи мазута 1. Со входа в магистраль подачи мазута 1 мазут расходом в 10% от полного расхода поступает в малорасходную дополнительную топливную форсунку 5. Форсунка 5 производит распыл мазута в форкамеру 3, где он смешивается в стехиометрическом соотношении с воздухом, подаваемым в форкамеру 3 по малорасходному воздухоподводящему тракту 4 и загорается любым методом. Высокотемпературные продукты сгорания поступают из форкамеры 3 в газогенератор 6.

При поступлении товаров сгорания из форкамеры 3 в газогенератор 6 раскрывается топливный клапан 2 в магистрали подачи мазута 1. При всем этом 90% -ный от полного расход мазута из магистрали подачи мазута 1 поступает в основную топливную форсунку 7, которая распыляет мазут в газогенератор 6. В газогенераторе 6 распыленный мазут смешивается с высокотемпературными продуктами сгорания, поступающими туда из форкамеры 3 и испаряется. Приобретенная парогазовая смесь поступает с выхода газогенератора 6 в дожигатель (камеру сгорания) 9, туда же подается по основному воздухоподводящиму тракту 8 воздух. Потоки парогазовой консистенции и воздуха турбулизуются на смесителе 10, выполненном в виде дефлектора, смешиваются, и приобретенная топливовоздушная смесь загорается любым методом. Система сжигания мазута выходит на установившийся режим. Продукты сгорания из дожигателя 9 отводятся потребителю.

При остановке системы сжигания мазута поначалу запирается топливный клапан 2. При всем этом прекращается подача мазута в газогенератор 6 и выработка там парогазовой горючей консистенции. Пламя в дожигателе 9 угасает. Потом прекращается подача мазута в магистраль 1, вследствие чего прекращается рабочий процесс в форкамере 3. После чего прекращается подача воздуха на вход в систему. Система приводится в начальное состояние.

Суть изобретения обусловлена расчетом, в итоге которого определена толика от полного расхода сжигаемого мазута, подающегося в первую зону горения, где мазут в распыленном виде смешивается при стехиометрическом соотношении с частью расхода воздуха, что имеет целью улетучить другую часть расхода мазута.

Расчет проводится применительно к сжиганию высокосернистого мазута марки М100 ГОСТ 10585-75.

Начальные данные для расчета: средний простый состав обозначенной марки мазута согласно источнику: Роддатис К. Ф. , Полтарецкий А. Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М. : Энергоатомиздат, 1989, с. 35, табл. 2.8, температура кипения мазута при атмосферном давлении 332оС (по экспериментальным данным), теплота испарения мазута 6737 кал/моль.

В процессе расчета определена молярная масса обозначенной марки мазута по методике, изложенной в книжке: Базы теории и расчета жидкостных ракетных движков/Под ред. В. М. Кудрявцева. М. : Высшая школа, 1983, 6.1. , значение массы 1-го моля мазута составляет 25,882 г.

В итоге расчета определена малая толика от расхода мазута, подаваемого на сжигание, определяющая полное испарение последнего и получение гомогенной парогазовой консистенции. Обозначенная величина составляет 3,6% . Но с учетом непостоянности черт мазута, утрат тепла в окружающую среду и необходимости гарантированного испарения мазута в ограниченном объеме перед сжиганием его в виде парогазовой консистенции, толика мазута, нужная для сжигания с воздухом при стехиометрическом соотношении их расходов определена с припасом и составляет 10% от подаваемого на сжигание расхода мазута.

Заявляемые метод и устройство разработаны на предприятии-заявителе при разработке технического предложения на газомазутную агрегатированную автоматическую горелку термический мощностью 1,1 МВт.

Благодаря подготовительному испарению 90% мазута перед его сжиганием, осуществляемому за счет использования термический энергии 10% мазута, сжигаемых в распыленном виде при стехиометрическом соотношении с воздухом, увеличивается полнота сгорания мазута, тем увеличивается экономичность и улучшаются экологические характеристики системы сжигания мазута, не считая того, расширяется спектр используемых марок мазута.

Формула изобретения

1. Метод сжигания мазута методом подачи воздуха и распыленного мазута в зону горения, отличающийся тем, что, с целью увеличения полноты сгорания при расширении спектра используемых марок мазута, часть мазута в распыленном виде соединяют при стехиометрическом соотношении с частью воздуха и сжигают, потом в приобретенные высокотемпературные продукты сгорания вводят в распыленном виде оставшуюся часть мазута, после этого полученную парогазовую смесь вводят в оставшуюся часть воздуха, соединяют и дожигают.

2. Устройство для сжигания мазута, содержащее воздухоподводящий тракт, магистраль подачи мазута, форсунку и камеру сгорания, отличающееся тем, что, с целью увеличения экономичности и улучшения экологических характеристик при расширении спектра используемых марок мазута, оно дополнительно содержит форкамеру с малорасходными воздухоподводящим трактом и дополнительной топливной форсункой, сообщенной с магистралью подачи мазута, и газогенератор на выходе из форкамеры, в каком установлена основная топливная форсунка, сообщенная с магистралью подачи мазута, а камера сгорания выполнена в виде дожигателя, на входе в который установлен этот газогенератор, основной воздухоподводящий тракт и смеситель.

Картинки

Набросок 1

Советуем ознакомиться и с не так давно зарегистрированным патентом 2506125.