ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2003 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания любых видов топлива, и может быть использовано в котельных агрегатах, термических и кузнечных печах и других теплопотребляющих установках.

Известна (см. , например, авт. св. 1781510, МПК F 23 D 17/00, 1990 г.) вихревая горелка, содержащая установленные коаксиально с зазорами трубы, образующие центральный и периферийные кольцевые каналы, предназначенные для подачи к устью горелки окислителя (первичного и вторичного воздуха) и различного типа теплоносителей, причем воздушные каналы расположены на периферии и снабжены лопаточными завихрителями.

Так как в известной горелке топливные и воздушные каналы расположены на разных радиусах, то эффективность смесеобразования уменьшается в направлении от периферии к центру. Следствием вышеуказанной зависимости является то, что топлива, поступающие в зону смешения из ближайших к оси горелки каналов, образуют смеси низкого качества. В свою очередь, низкое качество смесей обуславливает недожог топлива, интенсивное шлакование топки, наличие экологически вредных выбросов, низкую топливную экономичность котельной установки.

Известна газомазутная горелка (см. авт. св. 981759, МПК F 23 D 17/00, 1982 г. ), содержащая корпус с полостью в виде усеченного конуса, концентрично расположенные в полости центральную трубу, установленную подвижно в продольном направлении, и обечайку, образующие центральный, средний и периферийный воздушные каналы, последний из которых выполнен в виде щелевого, наклонного к оси конфузора, лопаточные завихрители, установленные в среднем и периферийном каналах. На выходном участке корпуса размещен кольцевой топливный коллектор, снабженный тангенциально установленным патрубком и сообщающийся со щелевым конусным соплом, направленным навстречу потоку воздуха.

В известной горелке струя топлива, вытекающая конусообразной закрученной пленкой из сообщенного с коллектором щелевого сопла, пересекается со встречным конусообразным закрученным потоком первичного воздуха, выходящим из периферийного канала. При взаимодействии двух вышеуказанных потоков топливо, подвергаясь эффективному диспергированию и смешиваясь с окислителем, образует горючую смесь.

Вторичный воздух, поступающий по цилиндрическому среднему каналу, используется для дополнительного диспергирования и регулирования стехиометрического состава образующейся смеси.

Через центральный канал подается дополнительный воздух для стабилизации факела.

Одним из недостатков известного технического решения является его жесткая специализация относительно вида и сортности используемых топлив, в частности известная горелка не пригодна для сжигания пылеугольных аэросмесей и эмульсий.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в известной горелке эффективное диспергирование топлива и его качественное перемешивание с окислителем достигается за счет особо точных профилирования и обработки поверхностей периферийного канала и щелевого кругового сопла. Использование же пылеугольных гетерогенных смесей, оказывающих абразивное воздействие на указанные конструктивные элементы, приводит к быстрому износу последних и, соответственно, к потере работоспособности устройства.

Кроме того, сложность конструкции и высокие требования к качеству изготовления горелки обуславливают низкую технологичность известного изделия и исключают возможность его ремонта в процессе эксплуатации.

Основной задачей предлагаемого изобретения является создание вихревой горелки, обеспечивающей эффективное сжигание любых видов топлива (газ, мазут, пылеугольные смеси и композиции на основе перечисленных топлив).

Побочными задачами изобретения являются повышение надежности и технологичности и обеспечение ремонтопригодности горелки.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в вихревой горелке, содержащей корпус с полостью, имеющей форму усеченного конуса, концентрично размещенные в полости центральную трубу, подвижную в продольном направлении, и обечайку, образующие центральный, средний и периферийный каналы, и завихритель, размещенный в среднем канале, обечайка выполнена конусной, установлена с зазором параллельно поверхности полости и герметично соединена с корпусом по периметру большего основания, а завихритель, выполненный в виде усеченной конической втулки с винтовой нарезкой на внешней поверхности, плотно установлен на центральной трубе и герметично сопряжен с поверхностью обечайки.

Профиль винтовой нарезки - прямоугольный, трапецеидальный или полукруглый, а площадь сечения профиля - постоянна или переменна по длине нарезки.

Периферийный канал снабжен патрубком, тангенциально установленным на входном участке корпуса.

Кроме того, центральная труба снабжена съемным насадком.

На фиг.1 приведен продольный разрез предлагаемой горелки.

Стрелками, обозначенными буквами а, b, с, показаны места ввода, соответственно, топлива, основного окислителя и дополнительных компонентов смеси.

Горелка содержит корпус 1 с полостью 2 и патрубком 3, обечайку 4, завихритель 5 с винтовой канавкой 6, центральную трубу 7, насадок 8, фланец 9 с патрубком 10, контргайку 11.

Горелка работает следующим образом.

В центральную трубу 7 подается основное топливо - пылеугольная смесь, жидкие топлива любого вида, газ, а также композиции на основе перечисленных видов топлива. Через патрубок 9 в горелку поступает первичный воздух. Через патрубок 2, в зависимости от вида и сортности применяемого топлива и требуемого режима сжигания, в горелку подают вторичный воздух, водяной пар, газ, мазут и другие компоненты, необходимые для оптимизации состава рабочей смеси и регулировки режимов горения.

Поток первичного воздуха, проходя по винтовому каналу 6, закручивается с одновременными уменьшением диаметра крутки и увеличением поперечной составляющей скорости потока, выходит из канала конусообразной струей и на обрезе центральной трубы 7 взаимодействует с выходящим из нее потоком топлива.

Высокоскоростной закрученный поток воздуха, выходящий из канала 6 под углом к образующей цилиндрического топливного "шнура", целиком пронизывает и заполняет множеством воздушных пузырьков сечение последнего, в результате чего образуется однородная, мелкодисперсная смесь топлива с окислителем. Далее закрученный поток горючей смеси, проходя мимо обреза обечайки 4, подвергается воздействию закрученного в обратном направлении высокоскоростного потока вторичного воздуха (или, в зависимости от вида и сортности используемого топлива, водяного пара, газа, других гомогенных компонентов), поступающего из периферийного канала под углом к оси. Одним из результатов указанного воздействия является увеличение турбулентности и однородности смеси. Кроме того, посредством качественного и количественного варьирования вторичными компонентами, подаваемыми через патрубок 2, осуществляют оптимизацию состава смеси в соответствии с видом и сортностью основного топлива и регулировку режимов сжигания.

Подготовленная указанным образом горючая смесь сжигается на выходе из горелки.

Перемещением центральной трубы 7 в продольном направлении производят оперативную регулировку положения и стабилизацию параметров факела, при этом посредством контргайки 10 центральную трубу 7 фиксируют в заданном положении.

Съемные насадки 8 используют для оперативного изменения проходного сечения центральной трубы в соответствии с вязкостью применяемого топлива.

Заявляемая горелка представляет собой по сути дела аксиально-симметричную систему из трех, пересекающихся в одной точке автономных каналов: периферийного, выполненного в виде зазора между двумя параллельными коническими поверхностями, среднего, представляющего собой винтовую, конусно сходящуюся к оси трубку тока, и центрального - обычной трубы. Предлагаемые взаиморасположение и конструктивное исполнение каналов обеспечивают: автономную транспортировку в зону смешения любых видов топлива, окислителей и любых других компонентов, эффективное закручивание и увеличение скоростных напоров выходных потоков окислителя и дополнительных компонентов смеси, ввод потоков окислителя и дополнительных компонентов под углом к потоку основного топлива.

Совокупность указанных факторов увеличивает мощность динамического воздействия окислителя на топливо, интенсифицирует процесс смесеобразования и повышает качество смеси независимо от вида и качества применяемого топлива.

Простота конструкции и сборки/разборки горелки, малое число рабочих элементов и невысокие требования к точности и качеству их изготовления обеспечивают высокую надежность, технологичность и ремонтопригодность устройства.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания любых видов топлива. Вихревая горелка содержит корпус с полостью в виде усеченного конуса, концентрично расположенные в полости центральную трубу, установленную подвижно в продольном направлении, и коническую обечайку, установленную параллельно и с зазором относительно поверхности полости. Между обечайкой и центральной трубой расположен завихритель, выполненный в виде усеченной конической втулки с винтовой нарезкой на внешней поверхности. Боковые поверхности втулки герметично сопряжены с наружной и внутренней поверхностями соответственно центральной трубы и обечайки. Горелка обеспечивает эффективное сжигание пылеугольных, жидких и газообразных топлив, надежна в эксплуатации, проста и технологична в изготовлении. 1 ил.

Вихревая горелка, содержащая корпус с полостью в виде усеченного конуса, концентрично размещенные в полости центральную трубу, подвижную в продольном направлении, и обечайку, образующие центральный, средний и периферийный каналы, и завихритель, размещенный в среднем канале, отличающаяся тем, что обечайка выполнена конусной, установлена параллельно и с зазором относительно поверхности полости и герметично соединена с корпусом по периметру большего основания, а завихритель, выполненный в виде усеченной конической втулки с внешней винтовой нарезкой, плотно установлен на центральной трубе и герметично сопряжен с поверхностью обечайки.