ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК F23D5/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания тяжелых жидких топлив в транспортных и стационарных паровых котлах.

Известно горелочное устройство, содержащее воздушный короб, распыливающее сопло для подачи первичного воздуха, насадок для регулирования расхода вторичного воздуха и топливную трубку (см. Л.А. Витман, Б.Д. Кацнельсон, И. И. Палеев "Распыливание жидкости форсунками" Москва, 1962, стр. 167-168, рис. 6-46).

Недостатком этого горелочного устройства является подача топлива и потока первичного воздуха спутно по оси горелки, что предопределяет недостаточную степень распределения топлива по поперечному сечению потока воздуха. Кроме того, горелка не приспособлена для работы на больших расходах топлива.

Известно также горелочное устройство, содержащее воздушный короб, конфузорно-диффузорное сопло, кольцевую топливную камеру, связанную топливоподающими радиальными каналами с горловиной сопла, и регулировочный конус, установленный на продольной оси сопла с возможностью поступательного перемещения вдоль нее (см. Ю.С. Селезнев, Л.И. Сень, В.С. Кузин "Проектирование и расчет топочных устройств для судовых парогенераторов" Учебное пособие, Владивосток, 1976, стр. 45-47, рис. 2.1).

Недостаток этого технического решения - невозможность его эффективного использования при уменьшении расхода топлива менее 30% от номинального. При снижении давления топлива в кольцевой камере и при высоких скоростях распыливающего воздуха в месте впрыска струй топлива происходит его вытекание на стенки диффузора с образованием пленки, что приводит к значительному ухудшению дисперсности его распыливания топлива при долевых нагрузках горелочного устройства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, выражается в расширении диапазона регулирования расхода топлива при неизменном качестве его распыливания.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении полного сгорания топлива с коэффициентом избытка воздуха 1,05 при широком диапазоне регулирования производительности.

Поставленная задача решается тем, что горелочное устройство, содержащее воздушный короб, конфузорно-диффузурное сопло, кольцевую топливную камеру, связанную топливоподающими радиальными каналами с горловиной сопла, и регулировочный конус, установленный на продольной оси сопла с возможностью поступательного перемещения вдоль нее, отличается тем, что вдоль продольной оси регулировочного конуса выполнена полость конфузорно-диффузорного профиля, при этом в полости конуса размещена топливоподающая трубка, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси, неподвижно относительно конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства, причем регулировочный конус установлен с возможностью контактирования с поверхностью конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства. При этом выпускные отверстия топливоподающих радиальных каналов размещены на конфузорной поверхности конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства с возможностью взаимодействия с поверхностью регулировочного конуса.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "...вдоль продольной оси регулировочного конуса выполнена полость конфузорно-диффузорного профиля..." дает возможность существенно уменьшить напор вторичного воздуха при сохранении высокого скоростного напора, когда регулировочный конус полностью перекрывает проходное сечение для первичного воздуха за счет формирования "дополнительного сопла", оптимизированного под малые расходы топлива.

Признак "...в полости конуса размещена топливоподающая трубка, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси неподвижно относительно конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства..." обеспечивает подачу топлива при минимальной производительности горелочного устройства (менее 30% от номинального расхода топлива).

Признак ". ..регулировочный конус установлен с возможностью контактирования с поверхностью основного конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства. .." обеспечивает пропорциональное регулирование расхода воздуха, уменьшая (или увеличивая) проходное сечение между конусом и конфузорной частью основного сопла, вплоть до полного перекрытия проходного сечения для первичного воздуха, и дает возможность полностью перекрыть подачу топлива через выпускные отверстия кольцевой топливной камеры, т.е. исключить влияние основного сопла на работу дополнительного, при работе горелки на пониженных расходах топлива.

Признаки второго пункта формулы дают возможность равномерно распределить топливо по впрыскивающим отверстиям перпендикулярно потоку воздуха в начальном участке проточной части суженного сечения основного сопла, при обеспечении возможности полного перекрытия этих отверстий на малых расходах топлива.

На фиг. 1 показано горелочное устройство при максимальном расходе топлива, на фиг. 2 - то же, но при минимальном расходе топлива.

На чертеже показаны воздушный короб 1, кольцевая топливная камера 2, впрыскивающие отверстия 3 топливоподающих радиальных каналов, конфузорно-диффузорное сопло 4, регулировочный конус 5, полость 6 конфузорно-диффузорного профиля, топливоподающая трубка 7 и стабилизатор воспламенения 8.

Горелочное устройство состоит из воздушного короба 1, кольцевой камеры 2, проточно-распылительной части и стабилизатора воспламенения 8. Кольцевая камера 2 дает возможность равномерно распределить топливо по топливоподающим радиальным каналам, выпускные отверстия 3 которых расположены по образующей конфузорной части сопла 4. Проточно-распылительная часть образована основным конфузорно-диффузорным соплом 4 и регулировочным конусом 5. Площадь поперечного сечения в пределах регулировочного конуса 5 и конфузора проточный части за местом размещения впрыскивающих отверстий 3 имеет минимальное значение (суженное сечение), обеспечивающее определенный расход воздуха на горелку и завершение процесса распада струй топлива на капли. Изменение расхода воздуха на горелку достигается путем осевого перемещения регулировочного конуса 5. Увеличение или уменьшение площади поперечного сечения в суженной части при постоянном давлении воздуха перед горелкой обеспечивает пропорциональное регулирование его расхода. Вдоль продольной оси регулировочного конуса 5 выполнена полость 6 конфузорно-диффузорного профиля, позволяющая создать высокую скорость вторичного воздуха в суженном сечении дополнительного сопла при сохранении низкого напора перед соплом в воздушном коробе 1. Внутри полости 6 размещена топливоподающая трубка 7, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси. Топливоподающая трубка 7 располагается таким образом, что при полностью закрытом сечении для прохода первичного воздуха выпускное отверстие топливной трубки находится в суженном сечении конфузорно-диффузорной полости 6, что обеспечивает качественное распыливание топлива при высоком скоростном напоре вторичного воздуха.

Горелочное устройство работает следующим образом.

Перед запуском устройства регулировочный конус 5 устанавливают в крайнем левом положении и производят продувку топки котла первичным воздухом из воздушного короба 1. После продувки подогретое жидкое топливо подают в кольцевую камеру 2 и впрыскивают через выпускные отверстия 3 топливоподающих радиальных каналов перпендикулярно потоку первичного распыливающего воздуха. Дисперсная топливо-воздушная смесь, выходящая из сопла 4, поступает в стабилизатор воспламенния 8. Стабилизация воспламенения горючей смеси осуществляется за счет образования зоны обратных токов по периферии факела.

При снижении нагрузки горелочного устройства регулировочный конус 5 перемещают вправо вдоль оси, уменьшая проходное сечение между конусом и конфузорной частью сопла 4, а следовательно, и подачу воздуха на горение при неизменной его скорости (≈ 80-100 м/с) в суженном сечении диффузорного сопла 4. Соответственно уменьшают расход топлива (в заданном соотношении с расходом воздуха) за счет снижения его давления перед горелочным устройством (в кольцевой камере 2). При снижении нагрузки горелочного устройства (менее 30%) регулировочный конус 5 полностью перекрывает проходное сечение для первичного воздуха и топливоподающие каналы 3. Одновременно в работу включается полость 6 с подачей топлива через соосно установленную трубку 7 с проходным сечением, рассчитанным на расход топлива менее 30% от номинального.

Испытания горелочного устройства производительностью 600 кг/ч показали, что оно удовлетворительно работает при напорах воздуха до 100 мм вод.ст., давлении топлива до 0.2 ати и обеспечивает полное сгорание тяжелого топлива с коэффициентом избытка воздуха ~ 1,05 при широком диапазоне регулирования производительности.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания тяжелых жидких топлив в транспортных и стационарных паровых котлах и обеспечивает полное сгорание топлива с коэффициентом избытка воздуха 1,05 при широком диапазоне регулирования производительности. Горелочное устройство содержит воздушный короб, конфузорно-диффузорное сопло, кольцевую топливную камеру, связанную топливоподающими радиальными каналами с горловиной сопла, и регулировочный конус. Вдоль продольной оси регулировочного конуса выполнена полость конфузорно-диффузорного профиля. В этой полости размещена топливоподающая трубка, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси неподвижно относительно конфузорно-диффузорного сопла. Регулировочный конус установлен на продольной оси сопла с возможностью поступательного перемещения вдоль нее и с возможностью контактирования с поверхностью этого сопла. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Горелочное устройство, содержащее воздушный короб, конфузорно-диффузорное сопло, кольцевую топливную камеру, связанную топливоподающими радиальными каналами с горловиной сопла, и регулировочный конус, установленный на продольной оси сопла с возможностью поступательного перемещения вдоль нее, отличающееся тем, что вдоль продольной оси регулировочного конуса выполнена полость конфузорно-диффузорного профиля, при этом в полости конуса размещена топливоподающая трубка, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси неподвижно относительно конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства, причем регулировочный конус установлен с возможностью контактирования с поверхностью конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпускные отверстия топливоподающих радиальных каналов размещены на конфузорной поверхности конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства с возможностью взаимодействия с поверхностью регулировочного конуса.