"устройство для подготовки воздуха перед горелкой"

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам для подготовки воздуха перед подачей его в горелку для сжигания газового топлива в промышленных установках малой и средней мощности.

Техническим результатом является повышение эффективности смесеобразования потоков природного газа и воздуха, повышение устойчивости и полноты сгорания газа в газовой горелке.

Технический результат, достигается применением устройства для подготовки воздуха перед горелкой, включающим металлическую сетку, установленную на фланцевом соединении воздуховода с возможностью плотного сопряжения с внутренним контуром воздуховода при его полном перекрытии, при этом соотношение площадей поперечного сечения ячейки сетки к площади сечения воздуховода, составляет 1:(700-720).

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам для подготовки воздуха перед промышленными газовыми горелочными устройствами (далее «горелка») для сжигания газового топлива в промышленных установках малой и средней мощности.

Известно газовая горелка Г-1,0 и Г-1,0-к, устанавливаемая на двухбарабанные паровые котлы Е-1,0-0,9Г, производимые Монастырищенским котельно-механическим заводом, Таганрогским котельно-механическим заводом, ООО «Котломаш», г. Электросталь в разной комплектации и в газоплотном (Г3) и в не газоплотном (Г1, Г2) исполнении (Справочник эксплутационника газифицированных котельных Изд.2 Под ред. Е.Б. Столпнера Ленинград, Недра, Ленинградское отделение, 1988 г., с.221-222; Справочник по котельным установкам малой производительности Под ред. Роддатиса М.: Энергоатомиздат, 1989 г., с.236-237). Горелка состоит из самой горелки газовой, воздуховода, фурмы горелки с областью смешения, вентилятора ВД-2,7 или ВД-2,8, электромагнитного исполнительного механизма изменения положения заслонки подачи воздуха на горелку, газовой части горелки с фланцевым соединением с газопроводом. Газовая горелка смесительного типа состоит из трубы, по которой подается газ, трубы запальника и двух электродов, один из которых служит для зажигания газа, а другой для контроля пламени. Электроды заключены в фарфоровые изоляторы. Горелка присоединяется к воздушному регистру и далее к воздуховоду вентилятора через фланцевые соединения. Положение электродов относительно трубы зафиксировано хомутом. Смеситель горелки крепится на нижнем фланце воздушного регистра. Воздуховод горелки имеет поворотную заслонку, управляемую электромагнитным исполнительным механизмом (ЭИМ). Крайнее положение поворотной заслонки выставляется в процессе наладки. Рычаг передает усилие на заслонку от ЭИМ. Пружина служит для возвращения заслонки в исходное положение. Воздух в газовую горелку подается дутьевым вентилятором центробежного типа ВД-2,7 или ВД-2,8 правого вращения. Рабочее колесо вентилятора насажено непосредственно на вал электродвигателя. Улиткообразный кожух вентилятора имеет профилированный входной патрубок и защитную сетку. Забор воздуха производится из короба ограждающего передний фронт, с целью понижения его температуры.

В данном типе газовой горелки используется стандартный метод сжигания природного газа: подвод к горелке природного газа и воздуха, с их последующим смесеобразованием, зажиганием и стабилизацией факела. Смесеобразование и стабилизация производится за счет закрутки потока воздуха и газа в фурме горелки. (Теория и практика сжигания газа. Т.6. Под ред. А.С. Иссерлина и М.И. Певзнера, Ленинград, Недра, Ленинградское отделение, 1975 г., с.10-18, 47-57, 79-83). В этом случае возникает повышенное гидравлическое сопротивление и неравномерность температурного поля факела. Закрутка потока воздуха вызывает пульсационный режим горения.

Недостатками этого наиболее близкого к полезной модели устройства являются короткий, загнутый воздуховод и установленная в нем поворотная заслонка регулировки подачи воздуха. В результате перекрывания заслонкой части условного прохода сечения воздуховода, воздух движется к горелке турбулизовано и не однородно по площади сечения, что ведет к перекосу и отсутствию центровки газо-воздушной смеси в фурме горелки, а, следовательно, и ядра пламени в топке. В процессе эксплуатации возникает перегрев и прогорание фурмы горелки и фронтового листа котла.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение экономических и экологических показателей работы энергетических установок, увеличение их КПД.

Техническим результатом является повышение эффективности смесеобразования потоков природного газа и воздуха, повышение устойчивости и полноты сгорания газа в газовой горелке.

Технический результат, достигается применением устройства для подготовки воздуха перед горелкой, включающего металлическую сетку, установленную на фланцевом соединении воздуховода, с возможностью плотного сопряжения с внутренним контуром воздуховода при его полном перекрытии, при этом соотношение площадей поперечного сечения ячейки сетки к площади сечения воздуховода, составляет 1: (700-720).

Процесс горения в котлах малой и средней мощности возможно сделать более экономичным, превысив паспортный (заводской) КПД и, увеличив тем самым тепло- и паропроизводительность, не увеличивать при этом расход природного газа (от паспортного). Экономичное сжигание природного газа в котлах включает комплекс мер: отсутствие химического недожога (q₃=0), снижение потерь тепла в окружающую среду (q₅min), снижение потерь тепла с уходящими газами (q₂min).

Снижение потерь тепла с уходящими газами в промышленных котлах малой и средней мощности позволяет увеличить КПД котлов, их тепло- и паропроизводительность.

Снижению потерь тепла с уходящими газами предшествует подготовка воздуха перед горением, заключающаяся в установке на воздуховоде металлической сетки, благодаря чему происходит снижение турбулизации воздуха перед подачей его в газовую горелку.

Использование металлической сетки, установленной на воздуховоде подачи воздуха вентилятором непосредственно к горелке, приводит к равномерному распределению воздушного потока в общей площади сечения воздуховода и одновременно разделению воздушного потока на множество мелких турбулизованных, но равных по объему и давлению потоков воздуха. Опытным путем было определено оптимальное соотношение площадей поперечного сечения ячейки сетки к площади сечения воздуховода, позволяющее сформировать равномерность потока. Подготовка воздуха с использованием сетки перед поступлением его в газовую горелку позволяет обеспечить более полное сгорание природного газа в стандартных горелках типа Г-1,0. Например, для парового вертикально-водотрубного двухбарабанного котла с естественной циркуляцией типа Е-1,0-0,9Г-3, работающего на номинальной паспортной нагрузке коэффициент избытка воздуха в уходящих газах составляет =1,40-1,50, паспортная температура уходящих газов равна 250°C, паспортный КПД котла равен 89%, при паспортном расходе природного газа 83,5 м³/ч. Применение устройства (сетки) позволило снизить коэффициент избытка воздуха в уходящих газах до =1,05-1,15, понизив температуру уходящих газов до температуры 200°C и повысив КПД котла до 93%, что приводит к увеличению паропроизводительности котлоагрегата до 1,05 т пара в час (на 50 кг пара/ч выше паспортной). А при сохранении паспортной производительности const=1,0 тонны пара в час, достигаем снижение расхода природного газа до 80,0 м³/ч. При гарантированном заводом изготовителем сроке службы, до момента списания, данного типа паровых котлов, равном 20 лет или 80000 часов эксплуатации, получаем расчет: 80000 часов ×X3,5 м³/ч (экономия газа в час, при установке «устройства») = 280000 м³ природного газа за срок эксплуатации. Переводя данную экономию в денежное выражение получаем 280000 м³×5,05 руб за м³=1540000 рублей за период срока службы котла. Кроме этого имеем наблюдаемое и экспериментально подтвержденное снижение температуры факела в топке с 1380-1430°С до 1230-1250°С, что в свою очередь ведет к снижению теплового напряжения топочного пространства котла, снижению температуры горячих газов в конвективной части котла и снижению температуры уходящих газов в хвостовых поверхностях и дымоходе котла, снижению количества выбросов в атмосферу окислов азота NO_x. Эти технико-экономические показатели работы котла ведут к увеличению срока эксплуатации парового котла и вспомогательного оборудования котла в целом (дымососа, дымохода, дымовой трубы).

На фиг.1 и фиг.2 изображена схема установки устройства для подготовки воздуха перед горелкой для улучшения технико-экономических и экологических характеристик процесса горения. Схема состоит из:

Фиг.1: 1 - воздуховод, 2 - магнитный исполнительный механизм положения заслонки подачи воздуха на горелку, 3 - вентилятор с улиткой и двигателем, вид А - фланцевое соединение г - образного воздуховода вентилятора и воздуховода горелки - место установки металлической сетки 7;

Фиг.2: 4 - фурма горелки с областью смешения природного газа и воздуха - 6, 5 - газовая часть горелки, фланцевое соединение с газопроводом, вид А - фланцевое соединение г - образного воздуховода вентилятора и воздуховода горелки - место установки металлической сетки 7.

Устройство работает следующим образом: вентилятор 3 подает воздух в воздуховод 1, с помощью исполнительного механизма и заслонки 2 происходит регулировка его количества в зависимости от режима горения, а с помощью металлической сетки 7, установленной на фланцевом соединении вид - А, воздух равномерно распределяется по всей площади сечения воздуховода и разделяется на множество мелких турбулизированных потоков, поступая в фурму в область смешения природного газа и подготовленного воздуха. Газ подается непосредственно в газовую часть горелки 5 по газопроводу.

Таким образом, совокупность признаков, изложенных в формуле полезной модели, позволяет достичь желаемый технический результат.

Устройство для подготовки воздуха перед горелкой, включающее металлическую сетку, установленную на фланцевом соединении воздуховода с заслонкой регулировки количества воздуха, с возможностью плотного сопряжения с внутренним контуром воздуховода при его полном перекрытии, при этом соотношение площадей поперечного сечения ячейки сетки к площади сечения воздуховода составляет 1:(700-720).