ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1999 года по МПК F23D11/10 

Изобретение относится к форсункам, использующимся для распыления жидкого, преимущественно водоугольного топлива.

Изобретение может быть использовано в топливной промышленности, а также в отраслях промышленности, где применяются теплогенерирующие установки, работающие на жидком топливе.

Известны конструкции центробежных, механических и пневмомеханических форсунок (1. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. Изд. "Недра" Л., 1989 г., с.38, с.118. 2. Ахмедов Г.Б., Цирульников Л.М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. Изд. "Недра", Л., 1984 г., с.32).

Наиболее близким решением является форсунка пневмомеханического типа (3. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей. "Химия", М., 1984 г. с. 168-170).

Недостатками указанных форсунок являются: низкая эффективность при распыливании высоковязкого жидкого, преимущественно водоугольного топлива, возможность забивания сопел форсунок твердыми частицами, находящимися в водоугольном топливе.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива.

Для достижения поставленной задачи корпус форсунки оборудован цилиндрическими, расположенными концентрически друг относительно друга полостями для приема воздуха и смешения последнего с топливом, при этом полости гидравлически связаны между собой тангенциальными каналами, образованными направляющими, установленными по периферии полости для смешения, примыкающей к камере для приема топлива, кроме того корпус снабжен дополнительным воздушным патрубком, диаметр которого не превышает диаметра внутренней поверхности вращающегося слоя топлива в полости смешения, а в центральном отверстии фланца установлен с возможностью осевого перемещения обтекатель с регулирующим штоком и пружиной. При этом обтекатель выполнен в виде цилиндра с коническими винтовыми каналами, площадь поперечного сечения которых монотонно уменьшается от штока к отверстию фланца.

Таким образом новыми отличительными признаками в конструкции форсунки являются: наличие в корпусе двух цилиндрических, расположенных концентрически друг относительно друга полостей для приема топлива и воздуха, которые гидравлически связаны между собой тангенциальными каналами, образованными направляющими, установленными по периферии полости для смешения, примыкающей к камере для приема топлива, наличие в корпусе дополнительного воздушного патрубка, диаметр которого не превышает диаметра внутренней поверхности вращающегося слоя топлива в полости смешения, установка в центральном отверстии фланца обтекателя с возможностью его осевого перемещения с помощью штока и пружины, обтекатель выполнен в виде цилиндра с коническими винтовыми каналами, площадь поперечного сечения которых монотонно уменьшается от штока к отверстию фланца.

На фиг. 1 представлены разрез форсунки, вид А и разрез Б-Б, на фиг. 2 представлены разрезы В-В и Г-Г.

Центробежная форсунка состоит из корпуса 1 с камерой для приема топлива 2 и полостями для приема воздуха 3 и смешения воздуха с топливом 4. Между полостями 3 и 4 установлены направляющие 5. На корпусе закреплен выходной фланец 6 с центральным отверстием. В центральном отверстии установлен обтекатель 7, который взаимодействует с регулирующим штоком 8 посредством пружины 9. В корпусе размещен также воздушный патрубок 10, диаметр которого не превышает диаметра внутренней поверхности вращающегося слоя топлива в полости смешения. Для подачи воздуха в патрубок в корпусе размещен канал 11. На виде А представлен вид, с торца форсунки, на котором показаны каналы 12 для выхода распыленного топлива. На разрезе Б-Б показаны конические винтовые каналы 13, выполненные на обтекателе.

Для подачи воздуха в полость 3 служат тангенциальные патрубки 14 (разрез В-В), а для тангенциальной подачи топлива в камеру 2 - патрубок 15 (разрез Г-Г).

Форсунка работает следующим образом.

Водоугольное топливо через тангенциальный патрубок 15 поступает в камеру для приема топлива 2 и далее в камеру для смешения топлива с воздухом, поступающим в последнюю через тангенциальные патрубки 14, воздушную полость 3 и тангенциальные каналы, образованные в корпусе направляющими 5. В результате взаимодействия вращающихся потоков топлива и воздуха в камере смешения образуется гомогенизированная топливовоздушная смесь, с внутренней поверхности которой осуществляется ее срыв центральным высокоскоростным воздушным потоком, образованным подачей воздуха через канал 11 в воздушный патрубок 10. Высокоскоростной центральный воздушный поток получает необходимое вращение за счет конических винтовых каналов, выполненных на обтекателе 7. Сорванная и, таким образом эффективно раздробленная топливно-воздушная смесь с высокой скоростью уносится через выходные отверстия каналов 12. При этом происходит дополнительное распыление смеси, которая хорошо воспламеняется и полностью сгорает в топочном пространстве. При случайном появлении в топливно-воздушной смеси крупных твердых частиц часть отверстий каналов 12 может забиться, в результате давление в воздушном патрубке возрастает. Происходит срабатывание пружины, обтекатель 7 перемещается по оси в направлении выхода распыленной смеси. Размер отверстий каналов 12 увеличивается. Застрявшие частицы освобождают каналы, давление в воздушном патрубке снижается и обтекатель возвращается в нормальное состояние под действием пружины. Нормальное положение обтекателя вдоль оси регулируется штоком 8.

Таким образом конструкция форсунки обеспечивает эффективное равномерное распыливание жидкого, преимущественно водоугольного топлива за счет гомогенизирования водоугольного топлива тангенциальными воздушными потоками и срыва образующейся топливно-воздушной смеси дополнительным центральным воздушным потоком. Кроме того, наличие обтекателя с коническими винтовыми каналами и пружиной обеспечивают высокую надежность работы форсунки при случайном попадании крупных твердых частиц в водоугольное топливо.

Эффективная работа форсунок подтверждается результатами опытных сжиганий, осуществленных на одном (ст. N 4) из двух котлов КВТС-20, переведенных на сжигание водоугольного топлива в котельной шахты "Инская", расположенной на площадке головных сооружений углепровода Белово-Новосибирск. Каждый из двух котлов КВТС-20 оборудован четырьмя окнами, расположенными в боковых стенках котла. Каждое окно котла N 4 оборудовано форсункой предложенной конструкции. В табл. 1 представлена техническая характеристика котла КВТС-20 и одной форсунки.

Результаты работы котла представлены в табл. 2
Как видно из табл. 2 использование форсунок, предложенной конструкции позволило повысить эффективность сжигания с 78,8 до 85,6% при снижении дымности более чем в 3 раза и уменьшении окислов азота более чем в 1,6 раза. При этом установлена устойчивая работа котла при полном его переводе на сжигание водоугольного топлива.

Аналогичные результаты получены на котле мощностью 1,7 МВТ, на котором была установлена 1 форсунка предложенной конструкции.

Изобретение может быть использовано в топливной промышленности, а также теплогенерирующих установках, работающих на жидком топливе, используемых в других отраслях промышленности. Корпус оборудован цилиндрическими расположенными концентрически друг относительно друга полостями для приема воздуха и смешения последнего с топливом, при этом полости гидравлически связаны между собой тангенциальными каналами, образованными направляющими, установленными по периферии полости для смешения, примыкающей к камере для приема топлива, кроме того, корпус снабжен дополнительным воздушным патрубком, диаметр которого не превышает диаметра внутренней поверхности вращающегося слоя топлива в полости смешения, а в центральном отверстии фланца установлен с возможностью осевого перемещения обтекатель с регулирующим штоком и пружиной. Кроме того, внешняя поверхность обтекателя снабжена винтовыми каналами, суммарная площадь поперечного сечения которых монотонно уменьшается от штока к отверстию фланца. Технический результат при использовании данного изобретения заключается в повышении эффективности сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Центробежная форсунка для распыления жидкого, преимущественно водоугольного топлива, включающая корпус с выходным фланцем с центральным отверстием, камеру для приема топлива, патрубки для тангенциальной подачи топлива и воздуха, отличающаяся тем, что корпус оборудован цилиндрическими расположенными концентрически друг относительно друга полостями для приема воздуха и смешения последнего с топливом, при этом полости гидравлически связаны между собой тангенциальными каналами, образованными направляющими, установленными по периферии полости для смешения, примыкающей к камере для приема топлива, кроме того, корпус снабжен дополнительным воздушным патрубком, диаметр которого не превышает диаметра внутренней поверхности вращающегося слоя топлива в полости смешения, а в центральном отверстии фланца установлен с возможностью осевого перемещения обтекатель с регулирующим штоком и пружиной. 2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что обтекатель выполнен в виде цилиндра с коническими винтовыми каналами, площадь поперечного сечения которых монотонно уменьшается от штока к отверстию фланца.