ФОРСУНКА
NOZZLE

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для сжигания органических жидких топлив и нефтесодержащих отходов в промышленных печах и топках котлов.
Для распыления жидких топлив в промышленных печах и топках котлов применяют паровые и воздушные форсунки. В паровых форсунках для распыления топлива используют водяной пар, в воздушных - нагретый воздух.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является форсунка по патенту РФ №2396487, МПК F23D 11/10, F23D 11/36, 10.08.2010, состоящая из корпуса со штуцерами подвода топлива и распылителя, сопла, шайбы с отверстиями, распиливающего насадка, при этом сопло для подачи топлива выполнено в виде перевернутого стакана с радиальными боковыми отверстиями, расположенными у торца штуцера, угол наклона которых к вертикали равен 30°, а в полости стакана для саморегулирования проходного сечения отверстий размещен плунжер с центральной тарированной пружиной, шайба с отверстиями установлена между наружной поверхностью сопла и внутренней поверхностью корпуса, образуя полость для распылителя, и имеет отверстия с углом наклона 30° к горизонтали, которые расположены попарно с отверстиями сопла, с противоположной стороны сопла смонтирован с возможностью перемещения вдоль оси распыливающий насадок, зафиксированный стопорной гайкой с периферийной тарированной пружиной, образуя с корпусом щелевое круговое отверстие.
Недостатки известной форсунки:
1. Отсутствие закручивания потока струи распылителя и капель топлива на выходе из форсунки, которое не позволяет дополнительно увеличить интенсивность перемешивания капель топлива и распылителя.
2. Отсутствие конфузорности в каналах для повода распылителя и топлива, что не позволяет увеличить скорость среды при протекании по каналам.
Задачей настоящего изобретения является увеличение интенсивности перемешивания капель топлива с распылителем за счет увеличения площади соприкосновения струй топлива и распылителя благодаря закручиванию потоков топлива и распылителя и увеличению скорости протекания распылителя и топлива по подводящим каналам.
Технический результат достигается тем, что в форсунке, состоящей из корпуса со штуцерами подвода топлива и распылителя, сопла, шайбы с отверстиями, распыливающего насадка, при этом сопло для подачи топлива выполнено в виде перевернутого стакана с боковыми отверстиями, расположенными у торца штуцера, угол наклона которых к вертикали равен 30°, а в полости стакана для саморегулирования проходного сечения отверстий размещен плунжер с центральной тарированной пружиной, шайба с отверстиями установлена между наружной поверхностью сопла и внутренней поверхностью корпуса, образуя полость для распылителя, и имеет отверстия с углом наклона 30° к горизонтали, которые расположены попарно с отверстиями сопла, с противоположной стороны сопла смонтирован с возможностью перемещения вдоль оси распыливающий насадок, зафиксированный стопорной гайкой с периферийной тарированной пружиной, образуя с корпусом щелевое круговое отверстие, согласно заявляемому изобретению боковые отверстия для подачи топлива выполнены с наклоном по касательной к внутренней окружности штуцера для подвода топлива, а отверстия для подачи распылителя выполнены с сужением диаметра по ходу движения распылителя и с наклоном по отношению к оси штуцера для подвода топлива в ту же сторону, что и боковые отверстия для подачи топлива.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена форсунка, продольный разрез, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.
Деталям форсунки на фигурах присвоены следующие позиции:
1 - корпус,
2 - штуцер для подвода топлива,
3 - боковой штуцер для подвода распылителя,
4 - сопло,
5 - боковые отверстия для подвода топлива,
6 - плунжер,
7 - центральная тарированная пружина,
8 - шайба,
9 - распыливающий насадок,
10 - стопорная гайка,
11 - периферийная тарированная пружина,
12 - отверстия для подвода распылителя.
Форсунка включает в себя корпус 1 с соосно расположенным штуцером 2 для подвода топлива и боковым штуцером 3 для подвода распылителя. На выходе штуцера 2 закреплено сопло 4, выполненное в виде перевернутого стакана с расположенными у торца штуцера 2 боковыми отверстиями 5 для подвода топлива, которые выполнены не радиально, а по касательной к внутренней окружности штуцера 2 и наклонены под углом 30° к вертикали оси штуцера 2. Сопло 4 выполнено с возможностью саморегулирования проходного сечения боковых отверстий 5 в зависимости от вязкости топлива за счет размещения внутри полости сопла 4 плунжера 6 с центральной тарированной пружиной 7. Между наружной поверхностью сопла 4 и внутренней поверхностью корпуса 1 установлена шайба 8, образуя полость для распылителя. Шайба 8 имеет отверстия 12 для подвода распылителя с углом наклона 30° к горизонтали, т.е. отверстия 12 наклонены по касательной по отношению к оси штуцера 2 для подвода топлива в ту же сторону, что и боковые отверстия 5. Отверстия 12 расположены попарно с боковыми отверстиями 5 сопла 4 и выполнены с сужением диаметра по ходу движения распылителя. С противоположной стороны сопла 4 смонтирован с возможностью перемещения вдоль оси форсунки распыливающий насадок 9, зафиксированный стопорной гайкой 10 с периферийной тарированной пружиной 11, образуя с корпусом щелевое круговое отверстие, т.е. насадок 9 выполнен плоским без отверстий с возможностью саморегулирования щелевого зазора между корпусом 1 и распыливающим насадком 9 за счет стопорной гайки 10 и периферийной тарированной пружины 11.
Заявляемая форсунка работает следующим образом.
2
2
Через штуцер 2 подается жидкое топливо (мазут) при давлении 3-5 кГ/см, а через штуцер 3 подается распылитель (водяной пар или воздух) с давлением 5-12 кГ/см. Топливо проходит через боковые отверстия 5 сопла 4, а распылитель проходит через отверстия 12 шайбы 8. Отверстия 5 и 12 расположены напротив друг друга. Углы наклона каждого отверстия 5 к вертикали оси штуцера 2 и каждого отверстия 12 к горизонтали оси штуцера 2 равны 30°. При таких углах наклона отверстий 5 и 12 в практике испытаний экспериментальной форсунки для сжигания нефтесодержащих отходов - тяжелых смол и водосмоляных эмульсий пиролизного производства - было достигнуто наилучшее дробление капель.
При начальном пуске устанавливается равенство площадей проходных сечений отверстий 5 и 12 с помощью центральной тарированной пружины 7.
Первично струя распылителя дробит за счет своей увеличенной, благодаря выполнению отверстий 12 конфузорными, кинетической энергии топливную струю в точке встречи струй. Увеличение интенсивности перемешивания капель топлива с распылителем обеспечивается за счет увеличения площади соприкосновения струй топлива и распылителя благодаря закручиванию потоков топлива и распылителя и увеличению скорости протекания распылителя и топлива по подводящим каналам. Закручивание потоков топлива и распылителя обеспечивается благодаря выполнению боковых отверстий 5 для подвода топлива не радиальными, а по касательной к внутренней окружности штуцера 2, а также выполнению отверстий 12 наклоненными в ту же сторону, что и боковые отверстия 5. Отверстия 12 расположены попарно с боковыми отверстиями 5 сопла 4 и выполнены с сужением диаметра по ходу движения распылителя. Такое выполнение боковых отверстий 5 и 12 позволяет обеспечить эффект «конфузорности» этих отверстий, что способствует увеличению скорости протекания топлива и распылителя и усиливает дробление капель топлива до более мелкодисперсного состояния, что в конечном итоге улучшает процесс горения.
Вторичное дробление образовавшихся при первичном дроблении капель происходит за счет сноса капель и их соударения с плоской поверхностью распыливающего насадка 9. Образовавшиеся в результате вторичного дробления мелкодисперсные капли в виде веера выносятся распылителем из зазора между корпусом 1 и насадком 9 в топку, при этом хорошо перемешиваясь с воздухом, образуя горючую смесь, которая при поджигании от запальника воспламеняется, и получается факел из продуктов горения.
Значительная площадь выхода диспергированного топлива позволяет предотвратить образование локального закоксовывания при длительном сжигании нефтесодержащих отходов.
В случае попадания посторонних включений в каждое отверстие 5 для подвода топлива давление возрастает и передается на плунжер 6. Плунжер 6 преодолевает сопротивление центральной тарированной пружины 7 и перемещается, открывая проходное сечение топливного отверстия 5. Постороннее включение проходит через топливное отверстие 5 и поступает на дробление струей распылителя. Таким образом предупреждается засор, связанный с наличием в сжигаемом топливе или в нефтепродуктах коагулянтов, тяжелых смол и других пластичных включений. При локальном закоксовывании или засорении щелевого зазора между распыливающим насадком 9 и корпусом 1 происходит повышение давления распылителя перед щелевым зазором. Избыток давления передается на распыливающий насадок 9, который преодолевает сопротивление периферийной тарированной пружины 11 и перемещается вдоль оси форсунки, увеличивая проходное сечение между корпусом 1 и плоскостью распыливающего насадка 9. Вследствие этого проходное сечение освобождается от засора или закоксовывания.
Пример конкретного осуществления работы форсунки
2
2
Через штуцер 2 подается жидкое топливо при давлении 5 кг/см, а через штуцер 3 подается водяной пар с температурой 250°С и давлением 12 кг/см. Топливо проходит через 3 сопловые отверстия, диаметр каждого из которых 8 мм. Водяной пар проходит через 3 отверстия, максимальный диаметр каждого из которых 5 мм. Топливные и паровые отверстия расположены напротив друг друга. Угол наклона к вертикали оси топливного отверстия 30°, а парового отверстия 30° к горизонтали. При начальном пуске устанавливается равенство площадей проходных сечений топливных и паровых отверстий с помощью центральной тарированной пружины 7. Первично паровая струя дробит за счет своей увеличенной кинетической энергии топливную струю в точке встречи струй. Эффект закручивания струй топлива и распылителя состоит в том, что увеличивается площадь соприкосновения струй топлива и распылителя, а конфузорность отверстия 12 для выхода распылителя также обеспечивает увеличение площади контакта струй. Вторичное дробление образовавшихся при первичном дроблении капель происходит за счет сноса капель и их соударения с плоской поверхностью распыливающего насадка 9. Образовавшиеся в результате вторичного дробления мелкодисперсные капли в виде веера выносятся паром из зазора между корпусом 1 и насадком 9 в топку, при этом хорошо перемешиваясь с воздухом, образуя горючую смесь, которая при поджигании от запальника воспламеняется, и получается факел из продуктов горения.
2
3
Производительность форсунки с указанными диаметрами паровых и топливных отверстий составляет по мазуту 600 кг/ч. Расход пара с давлением равен 650 кг/ч. В качестве распыливающего энергоносителя может применяться нагретый до 250°С воздух при давлении 10 кг/см с расходом 780 м/ч.
Преимущества заявляемого изобретения:
1. Увеличивается эффективность дробления капель топлива, что улучшает перемешивание с воздухом и оптимизирует процесс горения.
2. Процесс сжигания топлива можно вести при меньших коэффициентах избытка воздуха.
3. Улучшается теплообмен в топке, так как факел приобретает вращательное движение, что увеличивает площадь контакта со стенками топки.