ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ЖИДКИХ ТОПЛИВ В ТОПКАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ
ELECTROSTATIC BURNER FOR BURNING LIQUID FUELS IN FURNACE OF POWER BOILERS

Предложенное изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания жидкого топлива в топочных устройствах котельных агрегатов.
Изобретение относится к топочно-горелочным устройствам, обеспечивающим диспергирование жидкого топлива и его смесеобразование с воздухом, для последующего воспламенения и сжигания в топочной камере теплогенерирующих установок. В результате распыления многократно увеличивается поверхность частиц жидкого топлива, а значит, и скорость его сгорания в топочных устройствах теплогенерирующих установок.
Известно горелочное устройство, включающее механическую форсунку, содержащую ствол для подачи жидкости, головку с выходным отверстием, примыкающую к выходному концу ствола, завихритель [А.И. Карабин и др. Сжигание жидкого топлива. М.: Металлургия, 1966. - С. 116, рис. 31].
Известно горелочное устройство, включающее механическую форсунку, содержащую ствол для подачи жидкости, распределительную шайбу с отверстиями и кольцевой проточкой для раздачи топлива по тангенциальным каналам камеры завихривания, шайбу распределительную, диск камеры завихривания, сопловой диск и накидную гайку головки форсунки [Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. - Л.: Недра, 1989. - С. 115-117, рис. 4.33].
Известно также горелочное устройство, включающее механическую форсунку, содержащую цилиндрический корпус с соплом, внутренняя поверхность которого выполнена в форме непрерывно сужающегося конуса, переходящего в цилиндр, размещенный внутри корпуса вкладыш с продольным каналом для подачи жидкости и соединенными с последним с сообщающимися через кольцевую полость во вкладыше с каналом подачи жидкости спиралевидными канавками на наружной поверхности выходного по ходу движения жидкости участка вкладыша [RU 2011428 С1, 30.04.1994, B05B 1/34].
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является горелочное устройство, включающее механическую форсунку, содержащую полую трубку для подвода топлива под давлением и сопло (Большой энциклопедический словарь. М., 1991 г., т. 2, с. 568).
Основными недостатками вышеперечисленных устройств является сравнительно большие затраты энергии на работу топливного насоса, а также то, что они не могут обеспечить высокую степень однородности частиц распыляемого топлива в заданном диапазоне дисперсности и высокую эффективность процесса смесеобразования с воздухом. Неоднородность образовавшихся частиц по размерам обуславливает неполноту сгорания топлива от механического недожога вследствие того, что частицы больших размеров не успевают сгореть вследствие ограниченного времени нахождения их в топочном пространстве.
Высокая концентрация частиц в струе, поступающей из горелки в топочный объем с большой скоростью, в условиях начавшегося процесса горения, затрудняет доступ воздуха к поверхности частиц: горение в условиях недостатка окислителя (кислорода воздуха), связанное с недостатками процесса смесеобразования известным устройством, обусловливает повышенные потери тепла от химического недожога.
К недостаткам существующих горелочных устройств с механическими форсунками относится также и высокая дальнобойность струи распыливаемого топлива (на котлах большой мощности до 5 метров), что является причиной отложений не сгоревших частиц топлива на экранах топочной камеры и на хвостовых поверхностях нагрева теплогенерирующих установок, приводящей, соответственно, к их прогоранию и взрывам.
Целью изобретения является повышение качества распыливания и смесеобразования жидкого топлива с воздухом путем конструктивного усовершенствования горелочных устройств с топливными форсунками для сжигания жидкого топлива.
Техническая задача - создание горелки для сжигания жидкого топлива, обеспечивающей устранение отмеченных выше недостатков.
Технический результат данного изобретения состоит в разработке горелочного устройства на основе электростатического способа диспергирования, обеспечивающего получение однородных по размеру частиц распыленного жидкого топлива в заданном диапазоне дисперсности с оптимизацией процесса их смесеобразования с воздухом.
Для достижения технического результата предложено устройство электростатической топливной горелки, включающей электростатическую форсунку, отрицательный электрод которой представляет собой систему металлических распылительных сопел, выходные сечения которых расположены по концентрическим окружностям в одной плоскости с внешней поверхностью положительного электрода и отделены от него диэлектрическими шайбами, а также систему воздушных цилиндрических щелевых каналов, расположенных по концентрическим окружностям между рядами распылительных сопел, причем диаметры круговых отверстий положительного электрода составляют от 10 до 15 наружных диаметров распылительных сопел.
Положительный эффект от использования электростатической горелки заключается в следующем.
Электростатическая форсунка, с приведенной в формуле конструкцией электродной системы, основанная на электростатическом методе диспергирования позволит обеспечить высокую степень однородности частиц распыляемого топлива в заданном диапазоне дисперсности, что является одним из условий полного сжигания всех частиц в топочной камере и сокращения тем самым неполноты сгорания топлива от механического недожога, обусловленного дефицитом времени их пребывания в камерной топке при факельном процессе горения.
Использование приведенной выше конструкции электростатической горелки позволит также уменьшить дальнобойность струи топлива, что объясняется увеличением числа сопел в форсунке, которое обусловливает сокращение тем самым расхода топлива через каждое такое мини-сопло. А так как дальнобойность струи жидкого топлива зависит от расхода, то его уменьшение приведет и к уменьшению дальнобойности форсунки и исключению отложений несгоревших частиц топлива на экранах топочной камеры и на хвостовых поверхностях нагрева теплогенерирующих установок и, соответственно, к исключению их прогорания и взрывам.
Предлагаемая электростатическая горелка позволит уменьшить и потерю теплоты от химического недожога вследствие улучшения условия смесеобразования топлива с воздухом, которое обусловлено распределенной подачей потоком воздуха ко всем образующимся при истечении из системы сопел микроструям распыляемого топлива.
Кроме этого, использование электростатической форсунки позволит значительно сократить расход энергии на протекание процесса диспергирования, поскольку расход электрической энергии при отсутствии или ничтожно малом токе в десятки раз меньше по сравнению с расходом энергии на механическую форсунку, эффективность которой определяется мощностью топливного насоса.
На фиг. 1 изображена электростатическая горелка для распыления жидкого топлива, общий вид;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - узел 1 на фиг 1;
на фиг.4 - узел 2 на фиг 1.
Электростатическая горелка содержит:
1 - металлические распылительные сопла (электроды), расположенные группами по концентрическим окружностям в несколько рядов;
2 - цилиндрические воздушные щелевые каналы, расположенные по концентрическим окружностям между рядами распылительных сопел;
3 - корпус электростатической горелки;
4 - диэлектрическое изоляционное кольцо;
5 - штуцер для подвода воздуха;
6 - диэлектрические изоляционные шайбы;
7 - накопительная емкость для топлива;
8 - металлическая пластина №1, в которую запрессованы металлические распылительные сопла;
9 - металлическая пластина №2 (электрод);
10 - штуцер для подвода топлива (полая трубка);
11 - высоковольтный блок питания;
12 - внутренняя распределительная полость;
13 - соединительный провод;
14 - соединительный провод.
Устройство работает следующим образом.
Жидкое топливо по штуцеру 10 подачи топлива подается в накопительную емкость 7 для топлива, из которой поступает в металлические распылительные сопла 1 (электроды) и далее - в межэлектродное пространство, образованное системой электродов 1 (металлические распылительные сопла, запрессованные в металлическую пластину №1 и подключенные к отрицательному полюсу высоковольтного блока питания 11) и 9 (металлическая пластина №2, подключенная к положительному полюсу высоковольтного блока питания 11). В результате воздействия электростатического поля на топливо, поступающее из сопел, происходит образование дисперсной системы из однородных по размеру частиц топлива. За счет наложения факелов распыла, возникающих от каждой струи, образуется один большой факел распыла, состоящий из монодисперсных частиц распыливаемого материала. Под воздействием высокой температуры топочного объема происходят процессы испарения и образование паровой фазы топлива.
Воздух, необходимый для горения топлива, подается по штуцеру 5 во внутреннюю распределительную полость 12, из которой по щелевым цилиндрическим воздушным каналам  2 поступает в зону сгорания жидкого топлива топочного объема. Поступающий в зону горения воздух смешивается с парами топлива и сгорает в топке.
Источники информации
1. А.И. Карабин и др. Сжигание жидкого топлива. - М.: Металлургия, 1966. - С. 116, рис. 31.
2. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. - Л.: Недра, 1989. - С. 115-117, рис. 4.33.
3. RU 2011428 С1, 30.04.1994, B05B 1/34.
4. Большой энциклопедический словарь. М., 1991 г., т. 2, с. 568.