RU2035661C1

RU2035661C1 - Device for spraying fuel or liquid

Info

Publication number: RU2035661C1
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Румынский; Петр Никитьевич Козлов; Владимир Ильич Кормилицын; Борис Николаевич Баскарев
Original assignee: Александр Александрович Румынский; Петр Никитьевич Козлов; Владимир Ильич Кормилицын; Борис Николаевич Баскарев
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: device has housing, pipes for supplying fuel and oxidizer, and unit for supplying chemical reagents in a given zone of the torch. The unit is mounted inside the housing at the outlets of fuel and oxidizer pipes. The unit for supplying chemical reagents has nozzle, passages for separate supplying of chemical reagents and carrier, and mixing chamber connected to the passages for supplying chemical reagents and carrier. The nozzle is defined by the central supplying passage directed to a given zone of the torch and connected with the mixing chamber, ring chamber for carrier, and ring branch pipe. The areas of cross-sections of inlet and outlet openings of the ring branch pipe are related so that to provide supersonic flow velocity of supplying. As a result, carrier, which outflows with supersonic velocity, dynamically affects gas-liquid flow of chemical reagents and thus affords high-dispersive spraying of chemical reagents in a given zone of the torch. EFFECT: improved design. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а более точно, касается горелки для теплоэнергетических установок, которая может широко использоваться в паровых и водогрейных котлах, мартеновских печах, хлебопекарной промышленности и так далее, обеспечивая снижение оксидов азота в выбросах. The invention relates to the field of energy, and more specifically, relates to a burner for thermal power plants, which can be widely used in steam and hot water boilers, open-hearth furnaces, the baking industry and so on, providing a reduction in nitrogen oxides in emissions.

Известна газомазутная горелка, в цилиндрическом корпусе которой установлена центральная мазутная форсунка и соосно расположен кольцевой газовый коллектор, снабженный входным насадком, охваченным соосной обечайкой с образованием кольцевого канала подачи газов рециркуляции. Горелка имеет также центральный и периферийный воздушный каналы. Выходной участок канала подачи газа рециркуляции снабжен поперечной перфорированной перегородкой, причем соотношение суммарной площади живого сечения отверстий перфорированной перегородки к сумме площадей поперечных сечений центрального воздушного канала и периферийного воздушного канала составляет 0,14-0,30 [1]
Основным недостатком такой горелки является сложность ее конструкции и высокие затраты на эксплуатацию при использовании системы рециркуляции дымовых газов, что требует наличия системы отбора отходящих газов, направляющих каналов для их подачи в горелку и средств нагнетания их в каналы горелки, что существенно увеличивает металлоемкость, габариты конструкции и эксплуатационные затраты. Кроме того, в такой горелке суммарные площади живого сечения отверстия ее перегородки, предназначенной для прохода газов рециркуляции, находятся в определенной зависимости от суммы площадей поперечных сечений центрального и периферийного воздушных каналов, что снижает функциональные возможности такой горелки и возможность ее регулирования, поскольку перегородка используется только в горелках определенной конструкции и работающих на определенных видах топлива с заданным расходом топлива и окислителя.A gas-oil burner is known, in the cylindrical case of which a central fuel oil nozzle is installed and an annular gas manifold is coaxially provided with an inlet nozzle covered by a coaxial shell to form an annular recirculation gas supply channel. The burner also has central and peripheral air channels. The output section of the recirculation gas supply channel is provided with a transverse perforated partition, and the ratio of the total living area of the perforated partition holes to the sum of the cross-sectional areas of the central air channel and the peripheral air channel is 0.14-0.30 [1]
The main disadvantage of such a burner is the complexity of its design and high operating costs when using a flue gas recirculation system, which requires a flue gas extraction system, guide channels for supplying them to the burner and means of pumping them into the burner channels, which significantly increases the metal consumption and design dimensions and operating costs. In addition, in such a burner, the total living area of the opening of its partition intended for the passage of recirculation gases depends on the sum of the cross-sectional areas of the central and peripheral air channels, which reduces the functionality of such a burner and the possibility of its regulation, since the partition is used only in burners of a certain design and operating on certain types of fuel with a given fuel consumption and oxidizer.

Известно устройство для распыла топлива или жидкости, выбранное за прототип, содержащее корпус с коаксиально установленными в нем трубами подачи топлива или жидкости и окислителя или распылителя и, по меньшей мере, один узел подачи химреагента в заданную зону факела, размещенный в корпусе на уровне выходных срезов упомянутых труб [2]
В данном устройстве в качестве химреагента используют природный газ. Использование в качестве химреагента азотсодержащих веществ в виде присадок в данной горелке невозможно из-за отсутствия технологических средств, обеспечивающих подачу носителя, в качестве которого используют воздух.A device is known for spraying fuel or liquid, selected as a prototype, comprising a housing with coaxially mounted fuel or liquid supply pipes and an oxidizing agent or atomizer and at least one chemical supply unit to a predetermined flame zone located in the housing at the level of output sections mentioned pipes [2]
In this device, natural gas is used as a chemical agent. The use of nitrogen-containing substances in the form of additives in the given burner is impossible due to the lack of technological means for supplying the carrier, which is used as air.

В основу изобретения положена задача создания такой горелки для теплоэнергетических установок, конструктивное впыолнение которой позволит использовать ее как для жидкого, так и газового топлива, вписать ее в габариты существующих теплоэнергетических установок и обеспечить уменьшение концентрации образующихся оксидов азота при одновременном снижении расходов топлива и поддержании температуры факела на оптимальном уровне, что позволит увеличить экономичность устройства и работы теплоэнергетической установки в целом. The basis of the invention is the creation of such a burner for thermal power plants, the constructive implementation of which will allow it to be used for both liquid and gas fuels, fit it into the dimensions of existing heat power plants and ensure a decrease in the concentration of formed nitrogen oxides while reducing fuel consumption and maintaining the temperature of the flame at an optimal level, which will increase the efficiency of the device and the operation of the power plant as a whole.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем корпус с коаксиально установленными в нем трубами подачи топлива или жидкости и окислителя или распылителя, и, по меньшей мере, один узел подачи химреагента в заданную зону факела, размещенный в корпусе на уровне выходных срезов упомянутых труб, узел подачи химреагента выполнен в виде форсунки и смесительной камеры, сообщенной с каналами подачи химреагента и носителя, а сама форсунка образована центральным каналом для совместной подачи химреагента и носителя, подключенным к смесительной камере, и расположенной вокруг этого канала за смесительной камерой по ходу потока кольцевой камерой с патрубком, имеющим входные и выходные отверстия, подключенным к каналу подачи носителя. The problem is solved in that in a device comprising a housing with coaxially installed fuel or liquid supply pipes and an oxidizing agent or atomizer, and at least one chemical supply unit to a predetermined flame zone located in the housing at the level of the outlet sections of the said pipes , the chemical supply unit is made in the form of a nozzle and a mixing chamber in communication with the chemical and carrier supply channels, and the nozzle itself is formed by a central channel for joint supply of the chemical and carrier connected to mesitelnoy chamber and disposed around the channel for the mixing chamber along the annular flow chamber with a nozzle having inlet and outlet openings connected to the feed channel carrier.

Узлы подачи химреагента могут быть размещены как снаружи, так и внутри трубы подачи топлива или жидкости. Chemical supply units can be placed both outside and inside the fuel or liquid supply pipe.

Кроме того, площади поперечных сечений входных и выходных отверстий патрубка кольцевой камеры выполнены с соотношением, обеспечивающим подачу носителя со сверхзвуковой скоростью. In addition, the cross-sectional areas of the inlet and outlet openings of the annular chamber nozzle are made with a ratio ensuring the supply of the carrier with supersonic speed.

Такое конструктивное выполнение устройства обеспечивает подачу химических реагентов в заданную зону факела, причем химические реагенты до их подачи в заданную зону факела благодаря наличию форсунки подаются в распыленном виде, что позволяет использовать минимальное количество этих химических реагентов и носителя для их подачи в зону факела. Это позволяет максимально снизить выделение оксидов азота и поддерживать оптимальной температуру факела, поскольку химические реагенты подаются не в корень факела, а в заданную зону, где формируются условия для образования оксидов азота, причем определение зоны образования оксидов азота осуществляется известным образом. Such a structural embodiment of the device provides the supply of chemical reagents to a predetermined zone of the flare, and chemical reagents are fed in a sprayed form before they are fed into the specified zone of the flare, which allows the use of a minimum amount of these chemical reagents and a carrier for their supply to the zone of the flare. This allows you to minimize the emission of nitrogen oxides and maintain the optimum temperature of the flare, since chemicals are not supplied to the root of the flare, but to a predetermined zone where the conditions for the formation of nitrogen oxides are formed, and the determination of the zone of formation of nitrogen oxides is carried out in a known manner.

Поддержание в факеле оптимальных значений температуры позволяет сохранить КПД теплоэнергетической установки (например, котельной установки), а подача химических реагентов непосредственно в заданную зону факела позволяет сократить в несколько раз массовый расход реагента, носителя и сократить расход топлива по сравнению с прототипом из-за уменьшения потерь тепла. Maintaining optimal temperatures in the flare allows you to save the efficiency of a heat power plant (for example, a boiler plant), and the supply of chemical reagents directly to a given zone of the flare allows you to reduce several times the mass consumption of the reagent, carrier and fuel consumption compared to the prototype due to reduced losses heat.

Кроме того, предлагаемая конструкция узла подачи химических реагентов позволяет использовать его в горелках, работающих как на жидком, так и газовом топливе, причем конструктивное выполнение этого узла позволяет вписать его в горелки существующих топливоэнергетических установок без существенного их конструктивного изменения, что способствует расширению функциональных возможностей предлагаемой горелки по сравнению с прототипом. In addition, the proposed design of the unit for supplying chemical reagents allows its use in burners operating both on liquid and gas fuels, and the structural design of this unit allows you to fit it into the burners of existing fuel and energy plants without significant structural changes, which helps to expand the functionality of the proposed burners compared to the prototype.

В результате предложенного решения обеспечивается высокодисперсное распыление химических реагентов, которое осуществляется с использованием одного и того же носителя, подаваемого по двум разным каналам, и в два этапа, один из которых проводится в смесительной камере, а другой на выходе из кольцевого патрубка. Это существенно снижает расход носителя, химических реагентов и топлива, при этом значительно упрощается конструктивное выполнение форсунки, ее обслуживание и снижается стоимость ее изготовления. As a result of the proposed solution, highly dispersed spraying of chemical reagents is provided, which is carried out using the same carrier supplied through two different channels, and in two stages, one of which is carried out in the mixing chamber and the other at the outlet of the annular pipe. This significantly reduces the consumption of carrier, chemicals and fuel, while significantly simplifying the design of the nozzle, its maintenance and reducing the cost of its manufacture.

На фиг.1 изображена схематично часть общего вида устройства распыла для теплоэнергетических установок; на фиг.2 то же, что и на фиг.1, другой вариант выполнения устройства. Figure 1 shows schematically a part of a General view of the atomization device for thermal power plants; in Fig.2 the same as in Fig.1, another embodiment of the device.

Предлагаемое устройство для распыла для теплоэнергетических установок, например парового котла, содержит корпус 1, в котором размещены труба 2 для подачи топлива (горючего вещества) или жидкости и труба 3 для подачи распылителя (воды) и окислителя, например воздуха, которые размещены коаксиально, и узел подачи химических реагентов в заданную зону факела, установленный в корпусе 1. В зависимости от области использования устройства, а также от типа используемого топлива жидкого или газообразного в устройстве устанавливается один или несколько узлов подачи химических реагентов, причем в качестве химических реагентов используются, например, азотсодержащие вещества: карбамид, мочевина и так далее. Так, при использовании жидкого топлива узлы устанавливаются с внешней стороны трубы 2 на выходе из него топлива, как показано на фиг.1, причем узлы устанавливаются на одинаковом или разном расстоянии один от другого и от оси 0-0 устройства, при этом по оси 0-0 в трубе 2 установлена форсунка 4 известной конструкции для подачи жидкого топлива, например мазута. The proposed device for spraying for thermal power plants, such as a steam boiler, comprises a housing 1 in which a pipe 2 for supplying fuel (combustible substance) or liquid and a pipe 3 for supplying a sprayer (water) and an oxidizing agent, for example air, which are coaxially placed, and a unit for supplying chemical reagents to a predetermined flare zone installed in the housing 1. Depending on the type of use of the device, as well as the type of liquid or gaseous fuel used, one or more supply of chemical components, wherein as chemical reagents are used, for example, nitrogen-containing substances: urea, urea and so on. So, when using liquid fuel, the nodes are installed on the outside of the pipe 2 at the outlet of the fuel, as shown in figure 1, and the nodes are installed at the same or different distance from one another and from the axis 0-0 of the device, while on the axis 0 -0, a nozzle 4 of a known design for supplying liquid fuel, for example fuel oil, is installed in the pipe 2.

При использовании в устройстве газового топлива узлы подачи химических реагентов устанавливаются с внешней или с внутренней стороны трубы 2 (фиг.2) на выходе из него топлива на одинаковом или разном расстоянии один от другого и от оси 0-0. When using gas fuel in the device, the chemical supply units are installed from the external or internal side of the pipe 2 (Fig. 2) at the fuel outlet from it at the same or different distance from one another and from the 0-0 axis.

Каждый узел подачи химических реагентов выполнен в виде форсунки 5 и смесительной камеры 6, сообщенной с каналами 7 и 8 соответственно для подачи химических реагентов и носителя. Each chemical supply unit is made in the form of a nozzle 5 and a mixing chamber 6, in communication with channels 7 and 8, respectively, for supplying chemical reagents and carrier.

Форсунка 5 образована центральным каналом 9 для совместной подачи химических реагентов и носителя, подключенным к смесительной камере 6, и кольцевой камерой 10 для носителя, установленной за смесительной камерой 6 по ходу потока концентрично центральному подающему каналу 9. Кольцевая камера 10 сообщена с каналом 11 для подачи носителя и имеет выходной кольцевой патрубок 12, установленный соосно центральному подающему каналу 9 с внешней его стороны. Для подачи химических реагентов в заданную зону факела ось 0₁-0₁ центрального подающего канала 9 ориентирована в заданную зону факела, т.е. расположена под углом к оси 0-0 устройства.The nozzle 5 is formed by a Central channel 9 for the joint supply of chemicals and carrier connected to the mixing chamber 6, and an annular chamber 10 for the media installed behind the mixing chamber 6 in the direction of flow concentrically to the central supply channel 9. The annular chamber 10 is in communication with the channel 11 for supply carrier and has an output annular pipe 12 mounted coaxially to the Central feed channel 9 from the outside. To supply chemical reagents to a given zone of the flare, the axis 0 ₁ -0 _{1 of the} central supply channel 9 is oriented to a given zone of the flare, i.e. located at an angle to the axis 0-0 of the device.

Канал 7 для химических реагентов сообщен через коллектор 13 с источником химических реагентов (не показан), а каналы 8 и 11 для подачи носителя сообщены соответственно через коллекторы 14 и 15 с источниками носителя (не показаны) и обеспечивают подачу носителя в эти каналы 8 и 11 под разным давлением, причем для исключения увеличения габаритов устройства коллекторы 13, 14, 15 установлены концентрично относительно друг друга. Channel 7 for chemical reagents is communicated through a collector 13 with a source of chemical reagents (not shown), and channels 8 and 11 for supplying media are communicated through collectors 14 and 15, respectively, with media sources (not shown) and provide media to these channels 8 and 11 under different pressures, and to avoid increasing the dimensions of the device, the collectors 13, 14, 15 are mounted concentrically relative to each other.

Кольцевая камера 10 сообщена с патрубком 12 отверстиями 16, причем соотношения площадей поперечного сечения входных отверстий 16 и выходного кольцевого отверстия 17 кольцевого патрубка 12 выбраны из условия подачи потока носителя со сверхзвуковой скоростью, что определяется расчетным путем (составляет, например, 1:10) и зависит от вида носителя и его давления в магистрали. The annular chamber 10 is in communication with the nozzle 12 of the holes 16, and the ratio of the cross-sectional areas of the inlet holes 16 and the output annular hole 17 of the annular nozzle 12 is selected from the condition of the carrier flow at a supersonic speed, which is determined by calculation (for example, 1:10) and depends on the type of carrier and its pressure in the line.

Работа устройства на жидком или газообразном топливе осуществляется известным образом. При необходимости уменьшения концентрации оксидов азота в факеле включают в работу узел подачи химических реагентов в заданную зону факела. Для этого одновременно по каналам 8 и 11 подается носитель под определенными давлениями, например, соответственно 2 и 5 атм, а по каналу 7 подаются химические реагенты, при этом носитель из канала 8 и химические реагенты из канала 7 попадают в смесительную камеру 6, где происходит их смешивание и формирование газожидкостной дисперсной струи, которая по центральному направляющему каналу 9 выбрасывается из форсунки 5. При этом носитель из канала 11 попадает в кольцевую камеру 10, а из нее через отверстия 16 направляется в выходной кольцевой патрубок 12. Носитель из кольцевого патрубка 12 выходит через отверстие 17 со сверхзвуковой скоростью в виде кольцевой струи вокруг центрального потока, образованного газожидкостной дисперсной струей из химических реагентов и носителя. В результате такого динамического воздействия потока носителя, подаваемого со сверхзвуковой скоростью, на дисперсную газожидкостную струю происходит вторичное дробление последней. Это в конечном итоге обеспечивает высокодисперсное распыливание химических реагентов с диаметром капель 2-15 мкм, а также высокую равномерность распределения капель жидкости по сечению потока при относительно небольших затратах энергии ( Δ P ≅ 0,1 МПа ). Поскольку на втором этапе распыливания газожидкостная дисперсная струя взаимодействует с кольцевой струей носителя, подаваемой со сверхзвуковой скоростью, то обеспечивается заданная концентрация химических реагентов в носителе и транспортировка их в заданную зону факела. Это поддерживает температуру факела на оптимальном уровне и обеспечивает экономичность устройства. The operation of the device on liquid or gaseous fuel is carried out in a known manner. If it is necessary to reduce the concentration of nitrogen oxides in the flare, the unit for supplying chemical reagents to the specified zone of the flare is put into operation. To do this, simultaneously through channels 8 and 11, the carrier is supplied under certain pressures, for example, 2 and 5 atm, and chemical reagents are fed through channel 7, while the carrier from channel 8 and the chemical reagents from channel 7 enter the mixing chamber 6, where mixing them and forming a gas-liquid dispersed jet, which is ejected from the nozzle 5 through the central guide channel 9. In this case, the carrier from the channel 11 enters the annular chamber 10, and from it through the openings 16 is directed to the output annular pipe 1 2. The carrier from the annular pipe 12 exits through the hole 17 at a supersonic speed in the form of an annular jet around a central stream formed by a gas-liquid dispersed stream of chemical reagents and a carrier. As a result of such a dynamic effect of the carrier stream supplied at a supersonic speed on a dispersed gas-liquid jet, the latter is crushed secondarily. This ultimately provides highly dispersed atomization of chemicals with a droplet diameter of 2-15 μm, as well as a high uniformity of the distribution of liquid droplets over the flow cross section at relatively low energy costs (Δ P ≅ 0.1 MPa). Since at the second stage of atomization, the gas-liquid dispersed jet interacts with the annular jet of the carrier supplied at a supersonic speed, a predetermined concentration of chemical reagents in the carrier and their transportation to a given zone of the torch are ensured. This keeps the torch temperature at an optimal level and ensures the cost-effectiveness of the device.

Claims

1. DEVICE FOR A FUEL OR LIQUID SPRAY, comprising a housing with coaxially mounted fuel or liquid supply pipes and an oxidizer or atomizer and at least one chemical supply unit to a predetermined flame zone located in the housing at the level of the outlet sections of said pipes, characterized in that the chemical supply unit is made in the form of a nozzle and a mixing chamber in communication with the chemical and carrier supply channels, and the nozzle itself is formed by a central channel for joint supply of the chemical and carrier, Connecting to the mixing chamber and disposed around the channel for the mixing chamber along the annular flow chamber with a nozzle having inlet and outlet openings connected to the feed channel carrier.

2. The device according to claim 1, characterized in that the chemical supply nodes are placed outside the fuel or liquid supply pipe.

3. The device according to claim 1, characterized in that the chemical supply nodes are located inside the fuel or liquid supply pipe.

4. The device according to PP.1 and 3, characterized in that the cross-sectional area of the inlet and outlet openings is made with a ratio that ensures the supply of media with supersonic speed.