ФОРСУНКА Российский патент 1995 года по МПК F23D11/00 F23D14/00 

Изобретение относится к технике, предназначенной для сжигания жидкого, газообразного и твердого пылевидного топлива в теплоэнергетических и технологических установках, и может быть использовано в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известна форсунка, содержащая корпус с соосно установленными топливным каналом и обечайками, образующими два кольцевых канала для подачи воздуха, причем второй кольцевой канал снабжен завихрителем и подает воздух в основание струи, создаваемой первым кольцевым каналом, с целью получения струи с увеличенным углом раскрытия [1]
Недостатком форсунки является несовершенный процесс смещения воздуха с топливом, образующим неустойчивый факел горения.

Известна форсунка, содержащая корпус с установленными соосно топливной трубой с соплами и заглушенным торцом и двумя обечайками на выходе из корпуса, в кольцевом зазоре между которыми установлены завихритель с наклонными каналами, которые через один снабжены заглушками, а в корпусе, в зоне заглушенных каналов, выполнены отверстия [2]
В форсунке один поток воздуха поступает из воздуховода через отверстия в корпусе и заглушенные каналы. В результате из форсунки в топку направляется закрученный кольцевой поток, состоящий из чередующихся струй воздуха и струй топливной смеси. Устойчивость горения повышается благодаря более развитой поверхности контакта воздуха с топливом.

Недостатком данной форсунки является неустойчивость горения низкосортного топлива, поскольку интенсивность потока рециркулирующих продуктов сгорания и эффективность смещения находятся на уровне вихревой горелки и недостаточны для получения качественной смеси, прогретой до температуры воспламенения. Это приводит к срыву пламени при повышенной зольности топлива.

Другим недостатком является повышенное содержание окислов азота в отходящих газах. Это также обусловлено недостаточной рециркуляцией продуктов сгорания, которая, снижая температуру в зоне горения, соответственно замедляет образование вредных веществ, в частности окислов азота.

Поставленная цель достигается тем, что в форсунке, содержащей воздухоподводящий корпус с центральной топливном трубой, периферийной и внутренней обечайками, установленными за выходным срезом корпуса с кольцевым зазором, в котором размещены наклонные к оси корпуса перегородки, образующие чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы, при этом периферийная обечайка установлена с примыканием к выходному срезу корпуса, дополнительно установлены соосные периферийная и внутренняя обечайки с дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, периферийная и внутренняя обечайки выполнены в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, дополнительные обечайки также выполнены в виде усеченных конусов, но обращены к корпусу меньшими основаниями, при этом дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, причем в каждой паре обечаек выполнен кольцевой ряд соосных отверстий, образующих указанные сквозные наклонные каналы.

Большие основания дополнительных обечаек выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки.

Дополнительная периферийная обечайка установлена с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки, обращенной к корпусу большим основанием.

От прототипа предлагаемое изобретение отличается тем, что дополнительно содержит соосные периферийную и внутреннюю обечайки с дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, периферийная и внутренняя обечайки выполнены в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, дополнительные обечайки также выполнены в виде усеченных конусов, но обращены к корпусу меньшими основаниями, причем дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, при этом в каждой паре обечаек выполнен кольцевой ряд соосных отверстий, образующих указанные сквозные наклонные каналы. Каждый из этих признаков является существенным и в совокупности решает поставленную задачу.

Признаки, касающиеся дополнительных обечаек, большие основания которых выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки, и установки дополнительной периферийной обечайки с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки, обращенной к корпусу большим основанием, характеризуют изобретение лишь в частных случаях.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является снижение гидравлического сопротивления.

Наличие дополнительных соосных периферийной и внутренней обечаек с дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, позволяет в выходном сечении форсунки сформировать два независимых кольцевых ряда струй окислителя, различающихся своими аэродинамическими характеристиками.

Выполнение периферийной и внутренней обечаек в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, и дополнительных обечаек, также выполненных в виде усеченных конусов, но обращенных к корпусу меньшими основаниями так, что дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, позволяет направить струи обоих рядов под углом друг к другу упорядоченно, без взаимного столкновения и слияния, с сохранением на достаточном удалении от выходного сечения форсунки аэродинамической индивидуальности как потока в целом, так и отдельных струй каждого кольцевого ряда.

Выполнение в каждой паре обечаек кольцевых рядов соосных отверстий, образующих чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы, позволяет создать в поперечном сечении факела форсунки прерывистый профиль продольной скорости течения. Прерывистый поток дополняется изменением направления течения от струи к струе. Течение происходит с качественно более высокими градиентами скоростей. Это создает условия по турбулизации потока и интенсификации процессов смещения как непосредственно в начальном участке течения, так и на большом удалении от выходного сечения форсунки. Тем самым удается достичь большой интенсивности процессов смешения и рециркуляции продуктов сгорания. Кроме того, различие в направлениях распространения двух сформированных потоков относительно друг друга, увеличивая градиент скоростей между собой и повышая интенсивность процессов смещения и рециркуляции, создает благоприятные условия для двухстадийного сжигания топлива вначале горение обогащенной смеси во внутреннем, поджатом к оси форсунки потоке, несколько удаленном от внешнего, а затем, по мере смещения с внешним потоком, истекающим в радиально-осевом направлении, ее дожигание на некотором удалении от выходного сечения форсунки.

Предлагаемое компоновочное решение форсунки отличается от известных простотой, рациональностью и экономичностью размещения узлов, надежностью в работе и низким гидравлическим сопротивлением.

На фиг. 1 изображена предлагаемая форсунка, продольный разрез; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1.

Форсунка содержит корпус 1, топливную трубу 2, соосные внутреннюю 3 и периферийную 4 обечайки, выполненные в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу 1 меньшими основаниями, и соосные внутреннюю 5 и периферийную 6 обечайки, выполненные также в виде усеченных конусов, но обращенных к корпусу большими основаниями. В обечайках 3 и 4, 5 и 6 выполнены отверстия 7, 8, и 9, 10 соответственно. В кольцевых зазорах между обечайками 3 и 4, 5 и 6 установлены перегородки 11 и 12 соответственно, лежащие в одной плоскости и являющиеся продолжением одна другой. Отверстия 7-10 выполнены между перегородками 11 и 12 на участках пересечения каждой из двух пар обечаек 3, 4 и 5, 6 так, что образуются два кольцевых ряда наклонных взаимно пересекающихся через один каналов 13 и 14, при этом поверхности обечаек 3 и 4, образующие наклонные каналы 13 первого кольцевого ряда, являются заглушками 15 между наклонными каналами 14 второго кольцевого ряда и наоборот, поверхности обечаек 5 и 6, образующие наклонные каналы 14, являются заглушками 16 между наклонными каналами 13. При этом каналы 14 наклонены к оси форсунки и выполнены с закруткой вокруг нее, а каналы 13 наклонены от оси форсунки. Полости наклонных каналов 13 и 14 соединены воздуховодом 17. Для углевоздушной смеси выполнена вторая топливная труба 18.

Как частный вариант исполнения форсунки большие основания дополнительных обечаек 3 и 4 выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки 6, а дополнительная периферийная обечайка 4 выполнена с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки 5.

Форсунка работает следующим образом.

Воздух поступает через воздуховод 17 в наклонные каналы 14 и 13 и затем в топку. Топливо подается к выходным сочетаниям каналов 13 и 14 через топливную трубу 2. Воздух, поступающий в топку через наклонные каналы 14, образует в свободном пространстве внутренний прерывистый в поперечном сечении факела горения вихревой поток в виде кольцевого ряда закрученных вокруг оси форсунки газовых струй (см. фиг.1). Поток вначале поджимается ближе к оси форсунки, а затем, не достигая ее, расширяется по мере удаления от выходного сечения. Закрутка струй, направленных от оси форсунки, предотвращая их столкновение в осевой зоне течения, уменьшает коагуляцию топлива и предотвращает чрезмерное обогащение топливной смеси в этой зоне. Кроме того, закрутка обеспечивает образование зоны разрежения, которая способствует подсосу горячих газов из топочного пространства к корню факела горения. Эти газы подогревают топливную смесь и улучшают условия ее воспламенения и горения.

Воздух, поступающий в топку через наклонные каналы 13, образует в свободном пространстве внешний прерывистый поток (см. фиг.1) в виде кольцевого ряда газовых струй, расходящихся от оси форсунки в радиально осевом направлении.

Потоки, создаваемые наклонными каналами 13 и 14, в виде конусов кольцевых рядов струй с различными углами раскрытия формируют факел горения.

Высокая интенсивность турбулентности и активная рециркуляция, которые достигаются при работе предлагаемой форсунки, обусловлены значительными градиентами скоростей течения, сформированного потоками с различными направлениями распространения воздуха, обеспечивают качественный подогрев, надежный поджиг и устойчивое горение переобогащенной смеси при недостатке кислорода и умеренных температурах. Полное сгорание топлива завершается на более удаленных от выходного сечения расстояниях и происходит по мере перемешивания реагирующей смеси с внешним, радиально-осевым потоком газа-носителя. По мере достижения зоны дожигания реагирующая смесь теряет часть тепла за счет излучения, вызывающего понижение температуры и снижение скорости образования окислов азота.

Такая организация горения обеспечивает двухстадийное сжигание топлива, полностью организованное в свободном пространстве без традиционных предтопков и форкамер. Указанные факторы повышают устойчивость горения при сжигании низкосортного топлива, например экибастузского угля, и снижают содержание вредных веществ, в частности окислов азота, в отходящих газах.

Использование: в технике, предназначенной для распыления и последующего сжигания жидкого, газообразного и твердого пылевидного топлива в теплоэнергетических установках. Сущность изобретения: форсунка содержит корпус 1 с топливной трубой 2 и соосные между собой две пары обечаек 3 и 4 5 и 6 с кольцевым зазором внутри каждой пары, причем кольцевые зазоры направлены под углом друг к другу. Обечайки 3 6 выполнены в виде усеченных конусов. При этом пара обечаек 3 и 4 обращена к корпусу 1 меньшими основаниями, а пары обечаек 5 и 6 большими основаниями. В кольцевом зазоре каждой пары установлены перегородки, лежащие в одной плоскости и являющийся продолжением одна другой при переходе из кольцевого зазора одной пары обечаек в кольцевой зазор другой пары. В обечайках выполнен кольцевой ряд соосных отверстий 7 10, образующих чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы 13 и 14. Большие основания обечаек 3 и 4 могут быть выполнены с диаметром, превышвющим диаметр меньшего основания обечайки 6, а обечайка 4 выполнена с примыканием входным срезом к входному срезу обечайки 5. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ФОРСУНКА, содержащая воздухоподводящий корпус с центральной трубой, периферийную и внутреннюю обечайки, установленные за выходным срезом корпуса с кольцевым зазором, в котором размещены наклонные к оси корпуса перегородки, образующие чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы, при этом периферийная обечайка установлена с примыканием к выходному срезу корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными соосными периферийной и внутренней обечайками и дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками, с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, периферийная и внутренняя обечайки выполнены в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, дополнительные обечайки также выполнены в виде усеченных конусов, но обращены к корпусу меньшими основаниями, при этом дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, а в каждой паре обечаек выполнен кольцевой ряд соосных отверстий, образующих указанные сквозные наклонные каналы. 2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что большие основания дополнительных обечаек выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки. 3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная периферийная обечайка установлена с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки, обращенной к корпусу большим основанием.