ЗАПАЛЬНАЯ ГОРЕЛКА С КАЛИЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК F23Q7/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к запальным горелкам с калильным зажиганием, использующим для поджига топлива как электрические свечи накаливания, так и газодинамические резонаторы, и может быть использовано для розжига горелок, работающих как на жидких топливах, так и на топливовоздушных смесях.

Одним из преимуществ запальных горелок с калильным зажиганием является более надежная работа калильных устройств по сравнению с электроискровыми. Это связано с тем, что надежность работы электроискрового зажигания на жидком топливе зависит от точности настройки зазора между электродами и точности их установки относительно жидкостного или газожидкостного сопла горелки. Кроме того, электроды заливаются топливом и закоксовываются продуктами сгорания, что снижает надежность создания искры зажигания между электродами. При использовании же калильных устройств для зажигания жидких топлив и топливовоздушных смесей не требуется высокая точность установки форсунки относительно калильного воспламенителя.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является запальная горелка с калильным зажиганием, содержащая камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси (см. патент США № 3242967, НКИ 431-258, 1966 г.).

Недостаток известной запальной горелки при использовании в ней пневматической форсунки для распыливания жидкого топлива заключается в низкой надежности создания запального пламени. Это связано с тем, что газообразный компонент поступает в форсунку с опережением по отношению к жидкому топливу и сразу попадает на открытую поверхность калильного воспламенителя, что приводит к его охлаждению до температуры ниже температуры воспламенения жидкого топлива.

Кроме того, низка надежность создания запального факела при использовании такой горелки в качестве запальной на промышленных котлоагрегатах с высокой производительностью, где необходимы большие расходы жидкого топлива. Это приводит к заливу и охлаждению калильного воспламенителя вследствие непосредственного контакта струи топлива с запальной свечой. При этом надежность воспламенения снижается, т.к. температура свечи накаливания уменьшается и она не успевает испарять топливо и нагревать его до температуры воспламенения. Уменьшение же расхода топлива (в том числе и при использовании топливовоздушной смеси) снижает мощность и надежность пламени запальной горелки.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности создания запального факела при использовании пневматических форсунок в горелках, используемых, например, для розжига котлоагрегатов.

Это достигается тем, что в запальной горелке с калильным зажиганием, содержащей камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, согласно изобретению калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к, где d_в - внутренний диаметр защитной втулки; d_к - диаметр калильного воспламенителя, при этом плоскость открытого торца защитной втулки расположена в зоне свободного конца калильного воспламенителя.

Защитная втулка может быть выполнена заодно целое с установочным узлом калильного воспламенителя, при этом ее наружный диаметр равен внутреннему диаметру камеры сгорания, или заодно целое с камерой сгорания.

В установочном узле калильного воспламенителя выполнены сквозные отверстия в камеру сгорания.

На входе в канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси установлена форсунка, а упомянутый канал выполнен в виде колена с участком внезапного расширения перед камерой сгорания.

Кроме того, канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси может быть выполнен ступенчатым, составленным из двух втулок, установленных соосно между собой и под прямым углом к оси калильного воспламенителя, при этом во втулке меньшего диаметра, установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки большего диаметра, установлена топливная форсунка, а в боковой поверхности втулки большего диаметра выполнены сквозные отверстия.

На выходе камеры сгорания установлена шайба или перфорированная пластина.

Запальная горелка может быть снабжена основной горелкой, установленной на выходном конце камеры сгорания и соосно с ней, и трубкой, один конец которой соединен с отверстием, выполненным в нижней части камеры сгорания в районе шайбы, а другой выведен в полость основной горелки.

При этом в участке трубки, соединенной с основной горелкой, размещена с радиальным зазором дополнительная трубка, соединенная с источником подачи воздуха под давлением.

На фиг.1 и 2 изображена запальная горелка с двумя вариантами выполнения защитной втулки,

на фиг.3 - горелка в составе основной горелки котлоагрегата,

на фиг.4 и 5 - горелка с двумя вариантами выполнения канала подвода воздуха.

Запальная горелка содержит камеру 1 сгорания, в торце которой соосно размещен установочный узел 2 с калильным воспламенителем 3 (свеча накаливания). Калильный воспламенитель 3 закрыт защитной втулкой 4 таким образом, что один торец соединен с установочным узлом 2, а плоскость второго торца расположена в зоне торца калильного воспламенителя 3. Напротив торцов калильного воспламенителя 3 и защитной втулки 4, под углом к ним, к камере 1 сгорания подведен канал 5 подачи жидкого топлива или топливовоздушной смеси. Внутренний диаметр защитной втулки 4 находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к. При d_в>d_к (d_к - диаметр калильного воспламенителя, d_в - внутренний диаметр защитной втулки) между защитной втулкой 4 и калильным воспламенителем 3 образуется кольцевой зазор, исключающий перегрев защитной втулки 4, а при d_в>3d_к снижается эффективность нагрева защитной втулки 4 и влияние ее нагрева на процессы испарения топлива и его воспламенения.

Конструктивно защитная втулка 4 может быть выполнена заодно целое с установочным узлом 2 калильного воспламенителя 3 (фиг.2), при этом ее наружный диаметр может быть равен внутреннему диаметру камеры 1 сгорания. При этом в обоих вариантах выполнения защитной втулки 4 (фиг.1 и 2) канал 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси расположен напротив торца защитной втулки 4 и калильного воспламенителя 3. В установочном узле 2 калильного воспламенителя 3 могут быть выполнены сквозные отверстия 6 для подсоса воздуха из атмосферы в камеру 1 сгорания (фиг.1). В выходном конце камеры 1 сгорания может быть установлена шайба 7 или перфорированная пластина для снижения уровня разрежения в камере 1 сгорания при работе ее в составе основной горелки 8 котлоагрегата (фиг.3). Для отвода несгоревшего жидкого топлива из камеры 1 сгорания она соединена одним концом трубки 9 с отверстием 10, выполненным в ее нижней части перед шайбой 7, а второй конец выведен в основную горелку 8.

Для обеспечения эффективного вывода топлива из камеры 1 сгорания и его сгорания в основной горелке 8 в трубке 9 размещена трубка 11 подвода воздуха с соплом на конце. Канал 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси может быть выполнен в виде колена 12 с участком внезапного расширения перед камерой 1 сгорания, на входе в который размещена форсунка 13 (фиг.4), или ступенчатым, составленным из двух втулок 14 и 15 (фиг.5) разного диаметра. Втулка 14 меньшего диаметра установлена во втулке 15 с возможностью перемещения вдоль ее оси, например по резьбе. Для фиксации заданного положения втулки 14 относительно втулки 15 она снабжена гайкой 16. Форсунка 13 размещена во втулке 14, а в верхней части втулки 15 выполнены сквозные отверстия 17 для дополнительного подсоса воздуха.

Запальная горелка работает следующим образом.

Предварительно разогревают калильный воспламенитель 3 до заданной температуры, подав на нее электрический ток. При этом через воздушный зазор прогревается и защитная втулка 4. Через канал 5 подают топливо или топливовоздушную смесь. Топливо частично распиливается на поверхность защитной втулки 4, а часть попадает на торец свечи 3 накаливания, прогревается до температуры испарения, испаряется и воспламеняется. Поскольку сам калильный воспламенитель 3 не заливается топливом и не охлаждается воздухом, и, кроме того, благодаря развитой нагретой поверхности защитной втулки 4 интенсифицируется процесс испарения большого расхода топлива, что повышает надежность и эффективность создания запального факела, а также его поддержания. При сгорании воздуха в объеме камеры 1 сгорания нарушается оптимальное соотношение компонентов топливовоздушной смеси и условия их сгорания.

Для обеспечения подачи необходимого количества воздуха в запальную горелку организуется подсос воздуха из атмосферы через отверстия 6 в установочном узле 2, что повышает надежность создания и поддержания запального факела. Выполнение участка канала 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси перед камерой 1 сгорания с внезапным расширением позволяет затормозить (погасить скорость) топлива (топливовоздушной смеси) и тем самым обеспечить более надежное его воспламенение, повысив полноту его сгорания. Регулирование длины заглубления втулки 14 относительно втулки 15 дает возможность обеспечивать более оптимальное соотношение компонентов в зоне их воспламенения у калильного воспламенителя 3 вследствие подсоса воздуха через отверстия 17.

При использовании такой запальной горелки для розжига топок котлоагрегатов возникает эффект уноса топлива воздушным потоком от свечи 3 накаливания вследствие эжекции в основную горелку 8, что также снижает надежность воспламенения. Кроме того, происходит унос в основную горелку 8 не успевшего сгореть топлива из запальной горелки. Для снижения влияния этого эффекта и тем самым увеличения времени пребывания топлива в запальной горелке и тем самым повышения полноты его сгорания на выходе из камеры 1 сгорания установлена шайба 7. Поскольку не все топливо сгорает в камере 1 сгорания, часть его стекает со стенок камеры 1 сгорания и скапливается в нижней части. Топливо через отверстие 10 и трубку 9 поступает в основную горелку 8. Для эффективного вывода этого топлива используется трубка 11 подвода воздуха с соплом на конце, обеспечивающая эжекцию и распыл остатков топлива в основную горелку 8 котлоагрегата (каналы подвода топлива к основной горелке 8 на чертеже условно не показаны).

Использование изобретения позволит повысить надежность создания запального факела в запальных горелках с калильным зажиганием.

Изобретение относится к запальным горелкам с калильным зажиганием. Запальная горелка с калильным зажиганием содержит камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к, где d_в - внутренний диаметр защитной втулки, d_к - диаметр калильного воспламенителя. Защитная втулка может быть выполнена заодно целое с установочным узлом калильного воспламенителя, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру камеры сгорания или заодно целое с камерой сгорания. В установочном узле калильного воспламенителя выполнены сквозные отверстия в камеру сгорания. На входе в канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси установлена форсунка, а канал подвода жидкого топлива выполнен в виде колена с участком внезапного расширения перед камерой сгорания. Упомянутый канал может быть выполнен ступенчатым, составленным из двух втулок, установленных соосно между собой и под прямым углом к оси калильного воспламенителя, при этом во втулке меньшего диаметра, установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки большего диаметра, установлена топливная форсунка, а в боковой поверхности втулки большего диаметра выполнены сквозные отверстия. На выходе камеры сгорания установлена шайба или перфорированная пластина. Запальная горелка снабжена основной горелкой, установленной на выходном конце камеры сгорания и соосно с ней, и трубкой, один конец которой соединен с отверстием, выполненным в нижней части камеры сгорания в районе шайбы, а другой выведен в полость основной горелки. В участке трубки, соединенной с основной горелкой, размещена с радиальным зазором дополнительная трубка, соединенная с источником подвода воздуха под давлением. Изобретение позволяет повысить надежность создания запального факела при использовании пневматических форсунок в горелках, используемых, например, для розжига котлоагрегатов. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Запальная горелка с калильным зажиганием, содержащая камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, отличающаяся тем, что калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах

d_k ≤ d_B ≤ 3d_k,

где d_B - внутренний диаметр защитной втулки;

d_k - диаметр калильного воспламенителя.