МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ФУРМА ГОРЕЛКИ С ВЫХОДОМ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ТОРЕЦ, ОБРАЩЁННЫЙ В ТОПКУ КОТЛА

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к топочным устройствам котлов, работающих на жидком топливе или газе.
Известны металлические фурмы из жаростойкой стали (RU 26630 U1), охлаждаемые воздухом, поступающим на горение и широко применяющиеся в стационарных и судовых котлах. Применявшиеся ранее металлических фурмы из фасонных огнеупорных кирпичей были наиболее уязвимым элементом топок и чаще, чем остальная футеровка, требовали замены.
Металлические фурмы создавались с целью продления ресурса вплоть до 100000 часов, на весь срок службы котла, то есть ремонт и замена фурм не предусматривались.
Развитие конструкций металлических фурм представлено на Фиг. 1 - Фиг. 4, где: 1 - металлическая фурма; 2 - конус проточной части фурмы; 3 - цилиндр проточной части фурмы; 4 - наружный цилиндр или конус фурмы; 5 - вытеснитель; 6 - завихритель воздуха; 7 - форсунка; 8 - футеровка топки; 9 - угловой сварной шов; 10 - межкожуховое пространство котла; 11 - прессованный отгиб на 65°; 12 - прессованный отгиб на 155°;
13 - стыковой сварной шов; 14 - отверстия для выхода охлаждающего воздуха.
Фиг. 1. Торец металлической фурмы 1 выполнен с двумя угловыми сварными швами 9. В процессе эксплуатации наблюдались трещины, в основном, наружного углового сварного шва, вплоть до 100% его длины, однако это не требовало увеличения коэффициента избытка воздуха для поддержания полного сгорания топлива, следовательно, протечки воздуха через трещины активно участвовали в процессе горения.
Фиг. 2. Торец фурмы выполнен с одним наружным угловым швом 9, конус фурмы 2 имеет прессованный отгиб на 65°(11). Трещины наружного углового сварного шва не прекратились.
Фиг. 3. Торец фурмы без угловых сварных швов, конус фурмы 2 имеет прессованный отгиб на 155° (12), приваренный стыковым швом 13, который прикрыт футеровкой 8 от прямого излучения из топки. Трещины сварного шва прекратились. Пуансон и матрица для прессовки отгиба конуса на 155° были изготовлены лишь для одного типоразмера фурм.
Фиг. 4. Фурмы, представленные на Фиг. 1 - 3, охлаждаются за счет перепада давлений воздуха в межкожуховом пространстве котла 10 и на входе в завихритель воздуха 6, возникающем вследствие разности скоростей воздушного потока. На высоконапорных котлах с высоким тепловым напряжением топочного объема потребовалось увеличить интенсивность охлаждения торца фурмы, что было достигнуто увеличением скорости охлаждающего воздуха, для чего уменьшено сечение между вытеснителем 5, отгибом 12 и использован повышенный напор воздуха, практически равный полному аэродинамическому сопротивлению горелки. Для этого выход охлаждающего воздуха выполнен через отверстия 14 в цилиндре 3.
Задачей полезной модели является упрощение технологии изготовления фурмы.
Поставленная задача решается путем выполнения всех деталей фурмы в виде конических, цилиндрических или плоских элементов, изготавливаемых резкой из листового материала, вальцовкой и сваркой. Исключены элементы, изготовление которых возможно только на прессовом оборудовании с использованием дорогостоящей оснастки - пуансонов и матриц. Эффективность охлаждения фурмы, по сравнению с представленной на Фиг. 4, сохраняется благодаря аналогичным величинам напора, расхода и скоростей охлаждающего воздуха.
Конструкция металлической фурмы представлена на Фиг. 5, условные обозначения соответствуют Фиг. 1 - Фиг. 4.
Металлическая фурма работает следующим образом:
Воздух из межкожухового пространства котла поступает на горение через завихритель 6, затем в цилиндр 3 и конус 2 фурмы. Цилиндр 3 мало подвержен нагреву, охлаждается воздухом, прошедшим завихритель 6, потому иногда изготавливался из углеродистой стали. Конус 2 фурмы воспринимает излучение факела и топки, а наружный конус 4 контактирует с раскаленной футеровкой 8, потому эти детали выполняются только из жаростойкой стали и требуют охлаждения, особенно, в торцевой части, обращенной в топку. Охлаждение обеспечивается воздухом, протекающим с высокой скоростью по каналам между конусами 2, 4 и вытеснителем 5 после чего он истекает в топку и также, как воздух, прошедший завихритель 6, участвует в процессе горения. Для разгона воздуха в охлаждающих каналах используется перепад давлений, равный полному сопротивлению горелки.