УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано в теплоэнергетике.

Известна (см. а. с. 861845, МПК F 23 C 5/32, 1981 г.) вихревая топка, содержащая вертикальную камеру сгорания с тангенциально установленными и направленными вниз горелками и подовой воронкой, снабженной соплами для подачи дутьевого воздуха, направленными по скатам воронки навстречу горелкам.

В известной топке в результате газодинамического взаимодействия восходящего потока дутьевого воздуха с факелами горелок образуется вихревая зона горения, в которой за счет многократной циркуляции аэросмеси происходит более полное сгорание топлива, в частности его грубодиспергированных фракций.

Однако в известном устройстве для получения указанного, практически значимого положительного эффекта необходимо увеличивать скорость потока и, соответственно, расход дутьевого воздуха, что в свою очередь приводит к обеднению топливной смеси, снижению температуры горения и уменьшению тепловой эффективности топки.

Известна топка (см. а.с. SU 1537955, МПК F 23 C 5/12, 1990 г.), в которой указанные недостатки нивелированы посредством расширения зоны активного горения, для чего горелки установлены тремя ярусами, разнесенными по высоте камеры сгорания.

Известное техническое решение обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива и, соответственно, топливную экономичность топки, однако указанный положительный эффект получен за счет существенного усложнения конструкции устройства, увеличения его металлоемкости и в конечном счете значительного повышения производственных и эксплуатационных расходов.

Известна (см. патент RU 2059925, МПК F 23 C 5/12, 1996 г.) топка водогрейного котла, содержащая призматическую камеру сгорания с фронтальным, задним и боковыми экранами, подом и сводом и три вихревые горелки, жестко закрепленные в заданных положениях на фронтальном и боковых экранах под заданными углами к поверхностям последних.

В известной топке линейные факелы трех горелок, определенным образом ориентированные друг относительно друга и экранов, перемешиваются в нижней части камеры и образуют общий, закрученный в спираль, пристеночный факел. За счет многократной циркуляции в объеме указанного факела топливо сгорает практически полностью, что в свою очередь ведет к повышению топливной экономичности и тепловой эффективности устройства.

В известном устройстве для формирования вихревого топочного факела горелки в зависимости от типа сжигаемого топлива должны быть определенным образом расположены относительно экранов. Так как горелки установлены в камере неподвижно, то известное устройство жестко "привязано" к конкретному виду и даже сорту топлива, что является одним из его практических недостатков.

Кроме того, относительно небольшая продольная протяженность зоны активного вихревого горения и, соответственно, области максимального тепловыделения, обусловленные отсутствием дутья, приводят к локальному перегреву экранов и, как следствие, к снижению их прочностных характеристик и уменьшению надежности устройства.

Задачей настоящего изобретения является разработка высоконадежного устройства, обеспечивающего полное сжигание любых видов топлива.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сжигания топлива, содержащем аксиально-симметричную камеру сгорания и две вихревые горелки, одна из которых размещена на боковой поверхности камеры, вторая горелка размещена на оси камеры на расстоянии не менее 400 мм от ее входного торца и направлена к выходному торцу, при этом обе горелки установлены подвижно с возможностью изменения угла между осью первой горелки и нормалью к поверхности камеры в пределах 20-65 градусов, а угла между осью второй горелки и осью камеры - в пределах 20-55 градусов, а центры закрепления горелок разнесены в продольном направлении на расстояние, равное 1.5-2 длинам горелок.

Входной торец камеры сгорания сообщен с атмосферой, а выходной обращен к теплоприемнику и может быть снабжен насадкой, выполненной в виде тела вращения, например прямого или обратного конуса.

Размеры камеры сгорания (диаметр и длина) определяются требующейся тепловой мощностью устройства.

На чертеже схематично представлено продольное сечение заявляемого устройства.

Устройство содержит камеру сгорания 1, горелки 2 и 3, смотровое окно 4, насадку 5, слой теплоизолятора 6, змеевик 7.

Работа устройства заключается в следующем.

Одним из известных способов поджигается горючая смесь, исходящая из горелки 2, после чего в зависимости от вида применяемого топлива устанавливается необходимый угол наклона горелки к оси камеры. Как правило, значения углов для разных видов топлива определяются экспериментально и задаются в технологическом регламенте по эксплуатации устройства.

Затем предварительно нагретая топливная смесь подается в горелку 3. Подогрев топливной смеси (или окислителя) производится непосредственно в устройстве, для чего последнее снабжено расположенным поверх камеры сгорания змеевиком 7, через который по необходимости пропускают топливную смесь.

После самовоспламенения смеси факел горелки 3 направляется в среднюю точку факела горелки 2. В результате газодинамического взаимодействия факелов двух горелок образуется общий топочный факел, имеющий вид спирали, диаметр витков которой определяется диаметром камеры, а шаг зависит от вида топлива и скорости продольного конвекционного потока топочных газов. При появлении вихревого факела посредством тонкой регулировки положения горелок производится оптимизация параметров факела (размеров, формы, цвета пламени), контроль за которыми ведется визуально через смотровое окно 4 во входном торце. Тепло, получаемое в результате сгорания топлива, поступает к внешним теплоприемникам в виде горячего газовоздушного потока через выходной торец камеры. В зависимости от практических потребностей газовый поток посредством торцевой насадки 5 соответствующей формы можно сформировать сходящимся, расходящимся или цилиндрическим.

В предлагаемом устройстве так же, как и в прототипе, полное сгорание топлива происходит за счет увеличения времени нахождения (многократной циркуляции) горючей смеси в зоне активного вихревого горения.

Однако в отличие от известного устройства подвижная установка горелок в камере позволяет активно воздействовать на условия формирования и параметры вихревого факела, что обеспечивает возможность одинаково эффективного сжигания в одном устройстве любых видов топлива.

Кроме того, мощный, продольный конвекционный поток, образующийся в камере как за счет подсоса атмосферного воздуха через открытый входной торец камеры сгорания, так и из-за спутного направления факелов горелок, растягивает вихревой топочный факел в продольном направлении, в результате чего протяженность зоны активного горения возрастает. При этом тепловая нагрузка на стенки камеры распределяется более равномерно по длине последней и в среднем снижается, что в конечном счете повышает надежность и срок службы устройства.

В предлагаемом устройстве тепло, получаемое при сжигании топлива в виде горячего газовоздушного потока, направляется через выходной торец камеры непосредственно к теплоприемникам, что делает устройство функционально законченным, автономным тепловым агрегатом универсального применения.

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано в теплоэнергетике. Устройство содержит аксиально-симметричную камеру сгорания с открытыми торцами и две вихревые горелки, одна из которых размещена на оси камеры на расстоянии не менее 400 мм от входного торца последней, а вторая - на боковой поверхности камеры на расстоянии 1,5-2 длины горелки от первой. Обе горелки установлены подвижно с возможностью изменения ориентации их осей относительно оси камеры. Устройство обеспечивает полное сгорание различных видов топлива, надежно в работе, автономно относительно теплоприемников. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для сжигания топлива, содержащее аксиально-симметричную камеру сгорания и две вихревые горелки, одна из которых размещена на боковой поверхности камеры, отличающееся тем, что вторая горелка размещена на оси камеры на расстоянии не менее 400 мм от входного торца последней и направлена к выходному торцу, при этом обе горелки установлены подвижно, с возможностью изменения угла между осью первой горелки и нормалью к поверхности камеры в пределах 20-65^o, а угла между осью второй горелки и осью камеры - в пределах 20-55^o, кроме того, установочные центры горелок разнесены в продольном направлении на расстояние, равное 1,5-2 длинам горелок. 2. Устройство для сжигания топлива по п. 1, отличающееся тем, что входной торец камеры сгорания сообщен с атмосферой.