Противоточная трехтопливная вихревая горелка Российский патент 2023 года по МПК F23D1/02 F23D17/00 

Изобретение относится к устройствам сжигания твердого пылевидного топлива и может использоваться в процессах различного технологического назначения в энергетике, металлургии, в паровых котлах, сушильных установках и т.д.

Известно противоточное вихревое горелочное устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива RU 2647356 C1 МПК F23D 1/02, приоритет 05.05.2017 г., опубл. 15.03.2018 г., относящееся к устройствам сжигания твердого пылевидного топлива в процессах различного технологического назначения: в энергетике, ЖКХ, металлургии, в паровых котлах, сушильных установках и т.д. Изобретение содержит камеру сгорания, состоящую из диффузорного и конфузорного участков, закручивающее поток устройство, патрубок подвода вторичного воздуха, форсунку подачи топливной пыли и воспламенитель, дополнительно содержит камеру смесеподготовки и выходной диффузор, причем камера смесеподготовки состоит из патрубка подачи топливно-воздушной смеси, тангенциального соплового ввода, корпуса и крышки и соединена с форсункой подачи топливной пыли, установленной на оси конфузорного участка камеры сгорания. Выходной диффузор установлен напротив форсунки подачи топливной пыли соосно с ней, а также с закручивающим поток устройством и расположен радиально внутри него.

Недостатками противоточного вихревого горелочного устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива являются возможность перегрева стенок диффузорного участка камеры сгорания, высокая вероятность запирания потока в проточной части закручивающего устройства.

Известно устройство для сжигания топлива RU 2708011 C1 МПК F23C 1/08, F23R 3/12, приоритет 18.04.2019 г., опубл. 03.12.2019 г., относящееся к области энергетики. Изобретение содержит вихревую противоточную жаровую трубу, завихритель, канал выхода продуктов сгорания, устройства подачи топлива и воспламеняющее устройство, три типа устройств подачи топлива.

Недостатками устройства для сжигания топлива являются большие потери полного давления, узкий диапазон рабочих режимов по коэффициенту избытка воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является противоточное вихревое горелочное устройство для сжигания твердого пылевидного топлива RU 2684763 C1 F23D1/02 (2019.08), приоритет 02.07.2019, опубл. 12.04.2019 г., которое предназначено для сжигания твердого пылевидного топлива в различных технологических процессах энергетики, ЖКХ, металлургии (паровые котлы, цементные печи, сушильные установки и т.д.). Изобретение содержит камеру сгорания, конфузорно-диффузорную вихревую камеру, закручивающее поток устройство соплового ввода, выполненное в виде тангенциального подвода, спирали Архимеда или спроектированное по лемнискате Бернулли, патрубок подвода топливовоздушной смеси, воспламенитель.

Недостатками наиболее близкой по технической сущности конструкции являются, высокая вероятность запирания потока в проточной части закручивающего устройства соплового ввода; низкая эффективность конвективного охлаждения термонагруженных элементов; низкие значения величины избыточной энтальпии потока воздуха; высокие потери полного давления в камере предварительной подготовки топливовоздушной смеси.

Техническим результатом изобретения является снижение вероятности запирания потока в проточной части, закручивающего поток устройства соплового ввода; повышение эффективности конвективного охлаждения термонагруженных элементов; повышение величины избыточной энтальпии потока воздуха; снижение потерь полного давления.

Технический результат достигается тем, что противоточная трехтопливная вихревая горелка, содержащая цилиндрическую вихревую камеру, конфузорно-диффузорную вихревую камеру, камеру сгорания, закручивающее поток устройство соплового ввода, расположенное между цилиндрической вихревой камерой и патрубком отвода продуктов сгорания, кожух охлаждающего канала, выполненного соосно цилиндрической вихревой камере, патрубок подачи сжатого воздуха, выполненный тангенциально к кожуху охлаждающего канала, патрубок подачи жидкого или газообразного топлива, размещенный соосно цилиндрической вихревой камере, конфузорно-диффузорной вихревой камере и камере сгорания, воспламенитель, снабжена патрубком подвода пылевоздушной смеси, установленным тангенциально к цилиндрической поверхности камеры сгорания, закручивающее поток устройство соплового ввода выполнено с уменьшением площади поперечного сечения проточной части по ее длине;

В целях снижения вероятности запирания потока закручивающее устройство соплового ввода выполнено с уменьшением площади поперечного сечения проточной части по ее длине; повышение эффективности конвективного охлаждения термонагруженных элементов и повышение величины избыточной энтальпии потока воздуха достигается тем, что патрубок подачи сжатого воздуха выполнен тангенциально к кожуху охлаждающего канала.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 – Продольный разрез противоточной трехтопливной вихревой горелки;

Фиг.2 – Разрез А-А – поперечный разрез противоточной трехтопливной вихревой горелки в области патрубка подачи топливовоздушной смеси (торфяная пыль + воздух);

Фиг. 3 – Разрез Б-Б – поперечное сечение противоточной трехтопливной вихревой горелки в области патрубка подачи сжатого воздуха;

Фиг. 4 – Разрез В-В – поперечное сечение противоточной трехтопливной вихревой горелки в области, закручивающего поток устройства соплового ввода.

Противоточная трехтопливная вихревая горелка содержит патрубок 1 подачи сжатого воздуха, выполненный тангенциально к кожуху 2 охлаждающего канала 3 (Фиг.1, Фиг.3, Фиг.4). Охлаждающий канал 3, который выполнен соосно цилиндрической вихревой камере 6 и в поперечном сечении представляет кольцевую полость. Закручивающее поток устройство соплового ввода 4, расположенное между цилиндрической вихревой камерой 6 и патрубком отвода продуктов сгорания 5. Конфузорно-диффузорную вихревую камеру 7, ограниченную цилиндрической вихревой камерой 6 и камерой сгорания 8. Патрубок подачи топлива 9 (жидкого или газообразного) выполненный соосно цилиндрической вихревой камере 6, конфузорно-диффузорной вихревой камере 7 и камере сгорания 8 (Фиг.1, Фиг.2). Патрубок подвода топливовоздушной смеси (торфяная пыль + воздух) 10, выполненный тангенциально к цилиндрической поверхности 13 камеры сгорания 8. Воспламенение топливовоздушной смеси производится воспламенителем 11, установленным в цилиндрический патрубок 12, выполненный под углом к торцевой поверхности 14 камеры сгорания 8 (Фиг.1, Фиг.2).

Противоточная трехтопливная вихревая горелка работает следующим образом: поток воздуха поступает в патрубок 1 подачи сжатого воздуха, выполненный тангенциально к кожуху 2 охлаждающего канала 3. В проточной части охлаждающего канала 3 поток воздуха направляется к закручивающему устройству соплового ввода 4 с высоким значением окружной составляющей скорости, что позволяет повысить эффективность конвективного охлаждения цилиндрической вихревой камеры 6 и повысить величину избыточной энтальпии потока. Через закручивающее устройство соплового ввода 4 поток воздуха с высоким значением окружной составляющей скорости поступает в область ограниченную кольцевой стенкой цилиндрической вихревой камеры 6, где под действием центробежной силы и градиента статического давления перемещается по периферии в конфузорно-диффузорную вихревую камеру 7. Из конфузорно-диффузорной вихревой камеры 7 поток воздуха попадает в пространство камеры сгорания 8, ограниченное цилиндрической 13 и торцевой 14 поверхностями, где образуется тороидальная вихревая структура. Через патрубок подвода топливовоздушной смеси 10 подается двухфазная смесь пылевидных частиц торфа и воздуха. Попадая в пространство камеры сгорания 8, топливовоздушная смесь эжектирует в область тороидальной вихревой структуры. Через патрубок подачи топлива (жидкого или газообразного) 9, расположенный на оси противоточной трехтопливной вихревой горелки, в пространство камеры сгорания 8 подается углеводородное топливо, где взаимодействует с потоком воздуха смешанным с частицами пылевидного топлива и воспламеняется от воспламенителя 11, установленного в цилиндрическом патрубке 12, выполненного под углом к торцевой поверхности 14 камеры сгорания 8. Закрученный в приосевой области поток реагирующих компонентов под действием градиента полного давления в противоток периферийному вихревому течению воздуха движется в патрубок отвода продуктов сгорания 5.

Изобретение относится к области энергетики. Противоточная трехтопливная вихревая горелка содержит цилиндрическую вихревую камеру, конфузорно-диффузорную вихревую камеру, камеру сгорания, закручивающее поток устройство соплового ввода, расположенное между цилиндрической вихревой камерой и патрубком отвода продуктов сгорания, кожух охлаждающего канала, выполненного соосно цилиндрической вихревой камере, патрубок подачи сжатого воздуха, выполненный тангенциально к кожуху охлаждающего канала, патрубок подачи жидкого или газообразного топлива, размещенный соосно цилиндрической вихревой камере, конфузорно-диффузорной вихревой камере и камере сгорания, воспламенитель. Горелка снабжена патрубком подвода пылевоздушной смеси, установленным тангенциально к цилиндрической поверхности камеры сгорания, закручивающее поток устройство соплового ввода выполнено с уменьшением площади поперечного сечения проточной части по ее длине. Технический результат - снижение вероятности запирания потока в проточной части, закручивающего поток устройства соплового ввода, повышение эффективности конвективного охлаждения термонагруженных элементов. 4 ил.

Противоточная трехтопливная вихревая горелка, содержащая цилиндрическую вихревую камеру, конфузорно-диффузорную вихревую камеру, камеру сгорания, закручивающее поток устройство соплового ввода, расположенное между цилиндрической вихревой камерой и патрубком отвода продуктов сгорания, кожух охлаждающего канала, выполненного соосно цилиндрической вихревой камере, патрубок подачи сжатого воздуха, выполненный тангенциально к кожуху охлаждающего канала, патрубок подачи жидкого или газообразного топлива, размещенный соосно цилиндрической вихревой камере, конфузорно-диффузорной вихревой камере и камере сгорания, воспламенитель, отличающаяся тем, что снабжена патрубком подвода пылевоздушной смеси, установленным тангенциально к цилиндрической поверхности камеры сгорания, закручивающее поток устройство соплового ввода выполнено с уменьшением площади поперечного сечения проточной части по ее длине.