ГОРЕЛКА

Изобретение относится к области устройств для факельного сжигания органических топлив в топках, печах и может быть использовано, например, в газомазутных горелках энергетических котлов.
При эксплуатации топок, например газомазутных котлов или печей, работающих с низкими избытками воздуха, воздействие на развитие процесса выгорания топлива и конфигурацию факела, от которого зависит распределение тепловых потоков, воспринимаемых экранами, а также экологическая безопасность процесса, можно осуществить с помощью регулируемых горелок. Такими регулируемыми горелками оборудуются парогенераторы газомазутных электростанций и отопительных котельных, несущих переменную часть графика нагрузки.
Указанные горелки имеют ряд недостатков: наличие в конструкции механических приводов, обладающих низкой надежностью, и узкий диапазон регулирования без ухудшения характеристик, т.е. без возникновения пульсаций, срыва факела, увеличения неполноты сгорания топлива и возрастания выбросов токсичных продуктов.
Известна регулируемая газомазутная горелка (см. рис. 4.28 на стр. 109 в кн. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов - Л.: Недра, 1989. - 304 с.). Горелка состоит из узла подачи топлива, а также присоединенного к источнику воздуха корпуса и размещенной в нем выходной трубы, и центральной трубы. Основной поток воздуха подается в корпус, в периферийном кольцевом канале которого установлен аксиальный завихритель с поворотными лопатками. Остальная часть воздуха подается по центральной трубе горелки и закручивается установленным в ней аксиальным лопаточным завихрителем. Управление характеристиками факела осуществляется за счет угла установки лопаток завихрителя при их повороте с помощью механизмов привода, а также изменением долей центрального и периферийного потоков воздуха. Для данной горелки характерны все выше перечисленные недостатки.
Прототипом предлагаемой горелки является горелка (патент РФ № 2142095, МПК 6 F 23 D 14/02, 17/00, 1999 г.), которая содержит корпус, соединенный с источником воздуха, лопаточный завихритель, расположенный в корпусе, по оси которого размещен узел подачи топлива, каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, при этом лопатки завихрителя имеют полости, соединенные с источником воздуха и сообщающиеся с межлопаточными каналами. Воздействие на основной поток является только гидродинамическим и достигается за счет влияния нормальной к стенке лопатки составляющей импульса потока воздуха, подаваемого через каналы в стенке. Недостатком этой горелки является большой расход управляющего воздуха и сложность конструкции.
расширения диапазона регулирования, предотвращения срывов горящего факела, предотвращением проскока пламени внутрь завихрителя, снижении выбросов токсичных продуктов сгорания и уменьшение расхода регулирующего воздуха. Это достигается тем, что вдоль выходного торца каждой лопатки установлено полое плохообтекаемое тело (см. с. 81 в кн. Шатиль А.А. Сжигание природного газа в камерах сгорания газотурбинных установок. Л.: Недра, 1972. - 232 с.) со сквозными каналами, расположенными по линии отрыва пограничного слоя (см. с. 308 в кн. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. - 824 с. и рис. Х-6 на с. 212 в кн. Юдаев Б.Н. Теплопередача. Учебник для втузов. М.: «Высш. школа, 1973. - 360 с.) на внешней поверхности полю тела с активной стороны лопатки.
Воздух, подаваемый от источника в полость тела, вытекает через каналы, воздействуя с основным потоком воздуха на фазе его отрыва от поверхности плохообтекаемого тела, вызывает резкое изменение его направления на выходе из канала завихрителя, что приводит к изменению интенсивности крутки и структуры потока на выходе из горелки. Воздействие на основной поток осуществляется за счет сначала геометрического фактора, затем влияния нормальной к стенке полого тела составляющей импульса потока воздуха, подаваемые через каналы. Величена этой составляющей импульса определяется расходом вдуваемого воздуха.
Такое комбинированное воздействие на поток позволяет снизить расход управляющего воздуха, расширить диапазон регулирования и повысить быстродействие системы управления.
Выбор конструктивного исполнения плохообтекаемого тела осуществляется при проектировании конкретной горелки.
На фиг. 1 изображена развертка окружного сечения завихрителя горелки, который состоит из плоских лопаток 1; полого плохообтекаемого тела 2, соединенного с источником воздуха; управляющий воздух 3 вдувается через отверстия 4 в межлопаточное пространство, где движется основной поток 5. На фиг. 2 представлены продольные срезы поля полного давления в потоке созданном аксиальным завихрителем. На ней ось Y совпадает с осью завихрителя, а ось X направлена вдоль его радиуса.
Устройство работает следующим образом. Основной поток 5, натекая на активную часть лопатки 1, огибает сектор полого тела 2 и в точке отрыва, где это течение наиболее чувствительно к внешним воздействиям, получает дополнительный импульс от вдуваемого через отверстия 4 управляющего воздуха 3, что меняет направление выхода потока из завихрителя и приводит к изменению интенсивности крутки, формы и размеров структуры закрученного потока за завихрителем, в частности меняются форма и размеры зоны обратных токов (область А, фиг.2), которая определяет устойчивость факела.
Факторы подтверждающие возможность изменения угла раскрытия факела, его внутренней структуры, полученные в результате экспериментальных исследований, приведены на фиг. 2. Экспериментальный завихритель имел следующие геометрические параметры: гидравлический диаметр равнялся 18 мм, внутренний и внешний диаметры проходного сечения
составлял соответственно 28 мм и 70 мм, число лопаток - 10, толщина лопаток 2 мм, диаметр цилиндрического полого тела 3 мм, число отверстий в полом теле на линии отрыва - 9, диаметр отверстий для управляющего воздуха - 1 мм. Расход основного воздуха составлял 180 м7ч, расход управляющего воздуха 0,324 м3/ч.
Из сопоставления конфигураций различных областей потока на фиг. 2а и 26 видно, что при взаимодействии основного потока с управляющим происходит изменение размеров гидродинамических зон потока, образованного завихрителем и становится другим угол раскрытия факела у, что свидетельствует о резком изменении крутки потока.
Из описанного следует, что комбинированное воздействие заключающееся в геометрическом влиянии плоской части лопатки и плохообтекаемого тела, а также газодинамическое воздействие в точке отрыва дает возможность изменить структуру потока и его крутку на выходе из завихрителя, тем самым достигается технический результат при использовании предлагаемой горелки.
//
&Ј{