31. Горелочные устройства, применяемые в трубчатых печах. Классификация, устройство и принцип действия.

В качестве топлива для трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов используют жидкое нефтяное топливо (в основном мазут или другие продукты нефтепереработки) и нефтяной или природный газ.

Вид применяемого топлива определяет конструкцию и особенности оборудования для его сжигания.

Для сжигания топлива применяют горелки, работающие на жидком топливе, газообразном и комбинированные.

Конструкция горелок для трубчатых печей должна отвечать следующим требованиям:

— обеспечить стабильное равномерное распределение тепловой энергии по зонам печи и заданный температурный профиль по длине трубчатого змеевика;

— обеспечить полное сжигание топлива любого состава;

— горение должно быть устойчивым во всем диапазоне изменения расхода газа, т. е. происходить без отрыва пламени от выходной части горелки или проскока его в смеситель;

— иметь большую единичную теплопроизводительность, позволяющую размещать в топке ограниченное число горелок;

— отличаться простотой изготовления, сборки, монтажа в печь и возможностью ремонта без останова печи;

— обеспечивать эффективный и экономичный расход топлива, работать с минимальным избытком воздуха (ά = 1,05…1,1);

— быть конструктивно несложной и удобной для технического обслуживания;

— обеспечить безопасность эксплуатации и ремонта, а также сохранение чистоты окружающей среды, предотвращать загрязнение ее вредными выбросами с дымовыми газами;

— работать без значительного шумового давления с соблюдением установленных санитарных норм;

— обладать возможностью включения в систему автоматического управления тепловым процессом печи.

Комбинированные (газомазутные) горелки парового и воздушного распыливания

Комбинированными (газомазутными) горелками оборудовано большинство современных трубчатых печей, применяемых для нагрева жидких и газообразных сред. Эти горелки удобны в эксплуатации, так как переход от сжигания одного вида топлива к другому эксплуатационно несложен и осуществляется в короткий промежуток времени.

Горелки типа ГП парового распыливания предназначены для сжигания газообразного или жидкого топлива (или того и другого одновременно) в горизонтальном или вертикальном положении при распылении водяным паром или сжатым компрессорным воздухом.

Горелки (рис. 2.88) состоят из трех основных узлов:

— жидкостного;

— газового;

— воздушного.

Газовый узел представляет собой торообразный коллектор с рассредоточенными по окружности отверстиями большего и меньшего размеров — диаметром 10 и 4 мм.

Газопровод соединен с коллектором резьбовым соединением.

Жидкостной узел состоит из двух частей – узла подачи жидкого топлива с регулирующим вентилем и узла ввода пара для распыливания. Жидкостной узел расположен по оси горелки и на выходе его имеется распыливающее сопло.

Воздушный узел состоит из двух частей корпуса с окнами, перекрываемыми регистром, через который проходит атмосферный воздух, и патрубка с фланцами для подачи воздуха от вентилятора.

Горелка работает следующим образом.

На жидком топливе — по наружной трубе вводится мазут, а водяной пар подается по внутренней, их расход регулируют запорной арматурой. Подогретая парожидкостная эмульсия направляется к соплу. Затем мелкодисперсная паромазутная эмульсия, образованная внутри узла, направляется двумя потоками к завихрителю горелки: один (внешний) направляется через отверстие распределителя, а другой (внутренний) – через рефлектор. Из горелки эмульсия распыляется в воздушные потоки, инжектируемые через воздушный узел. Образование топливо-воздушной смеси и ее воспламенение начинается в амбразуре камеры сгорания.

На газообразном топливе горелка работает следующим образом.

Топливный газ через отверстие газового коллектора распределяется в центральный закрученный и периферийный прямоточный воздушные потоки, инжектируемые в горелку через воздуховод и окна корпуса. Газовоздушная смесь воспламеняется и сгорает в амбразуре. Расход атмосферного воздуха регулируют шибером и регистром.

Конструкцией горелки предусмотрена возможность подачи в нее воздуха от вентилятора через воздуховод. Необходимость подачи воздуха в горелку может быть вызвана двумя причинами: недостаточным разряжением в топке, при котором не обеспечивается подсос необходимого количества воздуха, и использованием подогретого воздуха для сжигания топлива.

Горелки типа ГП работают устойчиво при совместном сжигании жидкого и газообразного топлива (в любых соотношениях). При этом обеспечивается номинальная тепловая мощность горелки. На графиках приведены характеристики работы горелок.

Горелки типа ФГМ

Применяемые на нефтехимических заводах форсунки не полностью удовлетворяют требованиям изложенным выше. Получившие ранее широкое распространение паровые комбинированные форсунки типа ГНФ, хотя и надежны в работе, поскольку имеют большие отверстия для выхода парожидкостной смеси, но малоэкономичны.

ГНФ ВНИИнефтемашем взамен комбинированных форсунок созданы комбинированные газомазутные факельные горелки ФГМ. Они имеют высокие технико-экономические показатели работы, т. к. для распыления топлива можно использовать подогретый в воздухоподогревателях воздух невысокого давления – до 0,3 МПа. Горелки типа ФГМ работают бесшумно и, в отличие от форсунок ГНФ с паровым распыливанием, дают более короткое пламя.

Горелки предназначены для сжигания жидкого или газообразного топлива и могут работать на обоих топливах одновременно.

На рис. 2.90 показана универсальная газомазутная форсунка ФГМ4 конструкции ВНИИнефтемаша. Она приспособлена для работы на низконапорном воздухе (200…300 мм вод.ст.).

Форсунка снабжена специальным завихрителем 1 (кожух с лопатками), сообщающим потоку воздуха вращательное движение. Воздушный распыл топлива регулируется заслонкой 3, которая открывается рукояткой 4, создавая кольцевой зазор между завихрителем и корпусом форсунки. Подача жидкого топлива регулируется вентилем 6 в парожидкостной камере 5. Часть форсунки для сжигания газа состоит из газового кольцевого коллектора 9, в который ввернуты наконечники 10. Воздух для горения газа поступает через расположенные на корпусе форсунки окна 7, прикрытые регистром 8.

Горелки типа ФГМ: 1 - завихритель; 2 - крепление завихрителя; 3 - воздушная заслонка; 4 - рукоятка заслонки; 5 - парожидкостная камера; 6 - топливный вентиль ;7 - воздушные окна; 9 - кольцевой газовый коллектор; 10 - наконечники газового коллектора

Для обеспечения бесперебойной работы горелок требуется соблюдение определенных условий. В топливной схеме должна быть предусмотрена фильтрация мазута, поступающего на горение, а также фильтрация газа, если в нем имеются механические примеси.

Схема обвязки горелок по мазуту должна быть рециркуляционной, позволяющей перепускать мазут через паромазутную головку или помимо нее в обратную линию печи.

Газовые горелки

В старых конструкциях трубчатых печей при больших обьемах топочных камер топливо сжигалось в длинном факеле, которому свойственно хаотическое распределение тепла, что приводит к местным перегревам трубчатого змеевика. Поэтому пришедшим им на смену узкокамерным печам понадобилась иная система сжигания топлива. С целью выравнивания теплонапряженности поверхности трубчатого змеевика во ВНИИнефтемаше разработанны панельные горелки беспламенного сжигания топлива типа ГБПш.

Беспламенные панельные горелки типа ГБПш

Предназначены для сжигания в трубчатых печах газообразного топлива, не содержащего конденсата и механических примесей (рис. 2.91).

рис 2.91 Беспламенная панельная горелка типа ГБПш:

1 — стальная труба; 2 — эжектор; 3 — сопло; 4 — регулятор воздуха; 5 — изоляционная прослойка; 6 — корпус; 7 — керамические Призмы

На рис. приведена конструкция одной из беспламенных панельных горелок, составляющих излучающие стенки топок соответствующих печей. В сварную распределительную камеру 1 вмонтированы трубки 5, свободные концы которых входят в керамические призмы 6. Между призмами и стенкой камеры имеется изоляционный слой из диатомовой крошки.

Газовоздушная смесь подается в камеру по трубке инжектора 2. Газ поступает к соплу 3 из газопровода 8. Подача воздуха регулируется заслонкой 4 путем увеличения зазора между ее торцом и трубкой инжектора.

Выйдя из сопла со скоростью 200…400 м/с, струя газа подсасывает необходимое количество атмосферного воздуха. Газовоздушная смесь через инжектор поступает в распределительную камеру, а оттуда по трубкам 5 в керамические туннели.

Панель горелки собирается из керамических призм 6, зазор между призмами составляет 1…3 мм. В каждой призме имеется один, два, четыре или девять туннелей; длина туннеля зависит от его диаметра. В туннелях происходит нагрев газовоздушной смеси до температуры воспламенения и ее горение. Этому способствует высокая температура стенок туннелей, которая зависит от условий эксплуатации печи (производительности горелок и температуры стен трубных экранов).

Рис. 2.92. Беспламенная панельная горелка типа ГБПш:

1 — сварная распределительная камера; 2 — инжекторная труба; 3 — газовое сопло; 4 — воздушная регулирующая заслонка; 5 — трубки панельные; 6 — керамическая призма; 7 — изоляционный слой; 8 — газопроводная труба; 9 — крепление инжекторной трубы

Нормальная работа беспламенных панельных горелок с ровным фронтом горения и излучения обеспечивается при равенстве скоростей распространения пламени и истечения газовоздушной смеси. В трубках скорость смеси больше, чем в туннелях, а в туннелях скорость не должна быть меньше скорости распространения пламени. Следовательно, по существу смесь начинает гореть только после выхода ее из трубок в туннели. Однако практически возможно резкое снижение скорости смеси в трубках вследствие засорения сопел, инжекторов, самих трубок или значительного падения давления топливного газа. Исходя из этих соображений, следует избегать больших объемов распределительных камер, чтобы при проскоке пламени в них не происходили сильные хлопки.

Конструкция панельных горелок позволяет обеспечить равномерные нагрев и лучеиспускание на большой площади, что в конечном счете приводит к малым размерам печей при их высокой эффективности за счет значительной средней теплонапряженности поверхности нагрева (до 80 тыс. ккал/м2ч).

Кроме того, при необходимости горение можно регулировать так, чтобы каждый участок трубного экрана получал тепловое излучение в требуемом количестве; в печах с обычными горелками и форсунками это труднодостижимо.