ДВУХПОТОЧНАЯ РЕВЕРСИВНАЯ ГОРЕЛКА

Двухпоточная реверсивная горелка
Предлагаемая двухпоточная реверсивная горелка предназначена для использования на энергетических и промышленных котлах, использующих аэродинамические методы регулирования топочных процессов с помощью горелочных устройств. Известны двухпоточные горелки с периферийным и центральным воздушными каналами, каждый из которых (или один из них) содержит завихритель с закруткой воздушного потока в одном направлении (нерегулируемые завихрители) (см. Теплотехнический справочник. Под общей редакцией В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. 2. Изд. 2-е, М., «Энергия, 1976, с.353, рис. 6-20, с.369-370, рис. 6-42, 6-43, 6-44.). Такие горелки предназначены для определенного типа котлов, так как выдают поток с постоянной степенью крутки и направления. Для регулирования всем комплексом аэродинамических характеристик факела на заданной нагрузке необходимо либо усовершенствовать завихрители, либо заменить горелку.
Необходимо отметить, что режим с регулируемой односторонней круткой обоих потоков является наиболее эффективным для перемешивания топлива с воздухом в регулируемых двухпоточных вихревых горелках (см. Mathur M.Z. и Масcalum N.P. Закрученные воздушные струи, вытекающие из лопаточных завихрителей, Экспресс-информация, Теплоэнергетика, 1967, № 41.; Горбаненко А.Д. и др. «Исследование газомазутных горелочных устройств тепловой производительностью 100 Гкал/ч., Электрические станции, М.,1968, №5).
В двухпоточных горелках , в которых центральный и периферийный воздушные каналы снабжены реверсивными завихрителями, позволяют изменять как направление, так и степень крутки потока (см. ВАСпейшер, А.Д.Горбаненко Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках, М., Энергия, 1974, с. 91, рис. 5-14 ; Р.Б.Ахмедов Основы регулирования топочных процессов, М., Энергия, 1977, с. 139-140, рис. 4-47, 4-48, 4-49 ). Такое выполнение горелочного устройства позволяет осуществлять аэродинамический метод регулирования топочных процессов за счет возможности организации в горелке любого сочетания направлений и степени крутки обоих воздушных потоков и, тем самым, изменять и регулировать теплообменные характеристики факела. Это осомпк З /У/гу
бенно важно для поддержания температуры перегретого пара при. переходе на сжигание с газового топлива на жидкое или наоборот.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является двухпоточная реверсивная горелка, содержащая короб для подачи воздуха в периферийный и центральный каналы, соединенный с горловиной, внутри которой коаксиально установлены трубы: разделительная с газоподающей трубой и осевая труба для ввода форсунки жидкого топлива и содержащая завихритель воздуха, состоящий из двух поворотных лопаток с осями вращения (см. ВАСпейшер, А.Д.Горбаненко Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках, М., Энергия, 1974, с.91, рис.5-14 ).
Однако, в известной двухпоточной реверсивной горелке, завихритель воздуха для центрального потока устанавливается за завихрителем периферийного потока и, в соответствии с этим, каждый из них имеет индивидуальный подвод воздуха, устанавливаемый один за другим в ряд по оси горелки. Это, во-первых, удлиняет путь закрученного центрального потока от завихрителя до устья горелки, что влечет за собой снижение интенсивности крутки воздушного потока и эффективности перемешивания его с топливом, во-вторых - увеличивает габариты горелки и ограничительные габариты котла в целом и, в третьих, - усложняет конструкцию, так как каждый завихритель имеет индивидуальный подвод воздуха. Общеизвестно также, что снижение гидравлического сопротивления воздуха обеспечивается лишь при совпадении направления движения потока с профилем (вогнутости или выпуклости) лопатки, вдоль которой скользит воздушный поток. При повороте лопатки поток будет скользить по другой ее стороне (по выпуклой или, наоборот, по вогнутой), что создаст дополнительные препятствия на его (входящего потока) пути. В этом случае ( при использовании подвижных лопаток) минимум гидравлических потерь достигается при выполнении лопаток плоскими.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой горелки - повышение эффективности ее работы и упрощение ее конструкции за счет установки трех плоских поворотных лопаток в едином завихрителе и, как следствие, сокращения длины центрального канала для продвижения в нем закрученного воздушного потока до газовых отверстий и использования единого короба для впуска воздуха, т.е. сокращения габаритов горелки. Технический результат достигается следующим образом.
/й/Ж
В двухпоточной реверсивной горелке, содержащей короб для подачи воздуха в периферийный и центральный каналы, соединенный с горловиной, внутри которой коаксиально установлены трубы: разделительная с газоподающей трубой и осевая для ввода форсунки жидкого топлива и содержащий завихритель воздуха, состоящий из двух поворотных лопаток с осями вращения; разделительная труба выполнена с прямоугольным вырезом, завихритель воздуха дополнительно содержит одну поворотную лопатку и установлен в прямоугольный вырез разделительной трубы, при этом оси вращения поворотных лопаток завихрителя воздуха совпадают с образующими разделительной трубы и расположены: две боковые - по краям прямоугольного выреза и одна - на равном расстоянии от них, причем высота средней
поворотной лопатки равна hep   R2 + (R - г)2 , а высота боковых поворотных
лопаток равна пб  R  2 - г, где: R - радиус периферийного канала, см; г - радиус центрального канала, см. В предлагаемой горелке:
-прямоугольный вырез в разделительной трубе выполнен длиной, равной длине короба для подачи воздуха и шириной - не менее четверти длины окружности разделительной трубы, например 90°, поворотные лопатки выполнены плоскими; длина прямоугольного выреза в разделительной трубе выбрана из условия использования всего сечения короба в осевом направлении, а ширина - из условия оптимальности угла входа потока в центральный и периферийный каналы, соответствующего 45° к вертикальной (или горизонтальной) плоскости;
-лопатки выполнены плоскими.
Как видно из вышеприведенного, подобное выполнение завихрителя позволяет использовать направляющие лопатки для закрутки как периферийного, так и центрального потоков одновременно и иметь, таким образом, единый входной патрубок. Это дает возможность, в свою очередь, значительно сократить длину воздушного короба и, следовательно, горелочного устройства в целом. В предлагаемой двухпоточной реверсивной горелке использование завихрителя воздуха в виде трех поворотных лопаток позволяет закручивать как периферийный, так и центральный потоки одновременно и повысить эффективность работы горелки за счет следующих факторов:
1)сокращение длины центрального канала позволяет в большей степени сохранить интенсивность крутки при продвижении закрученного воздуха в нем и, таким образом, повысить как степень перемешивания топлива, обеспечив более полное его сжигание, так и аэродинамические качества потока;
2)установка единого завихрителя позволяет более полно использовать сечение короба для входа воздуха в горелку, т.к. в известной конструкции часть короба для входа периферийного потока была занята разделительной трубой (центральным каналом), вход в который был расположен позади короба периферийного канала.
На фиг. 1 - схематически представлена предлагаемая двухпоточная реверсивная горелка, на фиг. 2, 3, 4 - показаны положения лопаток для формирования нужного направления обоих потоков, т.е. представлены возможные режимы работы предлагаемой горелки.
Предлагаемая горелка состоит из короба 1 для подачи воздуха, соединенного с цилиндрической горловиной 2, внутри которой коаксиально расположены трубы: разделительная 3 - для разделения поступающего в короб горелки воздуха на периферийный и центральный потоки, газоподающая 4 - для подачи газа и осевая 5 - для ввода форсунки жидкого топлива. В верхней части разделительной трубы 3 в зоне воздушного короба 1 имеется прямоугольный вырез, в котором расположен завихритель воздуха, состоящий из плоских поворотных лопаток 6, 7 и 8, оси вращения которых совпадают с образующими разделительной трубы 3, причем у лопаток 6 и 8 они совпадают с краями прямоугольного выреза на трубе 3, а ось лопатки 7 расположена на расстоянии, равном (или близком к равному) от них. Оси вращения всех лопаток закреплены одним концом на передней стенке воздушного короба, другим - на задней стенке горелки.
Предлагаемая горелка работает следующим образом.
Поступающий в короб 1 воздух лопатками завихрителя 6, 7 и 8 направляется в периферийный канал между горловиной 2 и разделительной трубой 3 и через прямоугольный вырез в разделительной трубе поступает в центральный канал между разделительной трубой 3 и газоподающей трубой 4, через которую осуществляется подача газа на горение. При переходе на сжигание жидкого топлива, например, мазута, в осевую трубу 5 вводят форсунку для соответствующего топлива. Заданный режим работы горелки, характеризующийся определенным направлением вращения периферийного и
центрального воздушных потоков, т.е. длиной и углом раскрытия факела, достигается установкой лопаток 6, 7 и 8 в одно из положений , изображенных на фиг. 2-4 или промежуточных между ними. Лопатка 7, кроме того, служит для дополнительного регулирования интенсивности крутки центрального потока, а за счет изменения количества воздуха, поступающего в центральный поток - регулирования интенсивности крутки периферийного.
По сравнению с известной двухпоточной реверсивной горелкой предлагаемая позволяет иметь следующие режимы работы:
а)режимы с односторонней (фиг. 2а) и разносторонней (фиг.2б) круткой периферийного и центрального потоков;
б)прямоточно-вихревые режимы:
-периферийный канал выдает прямоток, центральный - закручен (фиг. За);
-периферийный поток воздуха закручен, центральный -прямоток (фиг.Зб);
в)однопоточные режимы:
-центральный канал закрыт, периферийный выдает прямоток (фиг. 4а - сплошные линии) или закрученный поток воздуха (фиг. 4а - пунктирные линии); -периферийный канал закрыт, центральный - выдает прямоток (фиг. 46 - сплошные линии) или закрученный поток воздуха (фиг. 46 -пунктирные линии).
Предлагаемое техническое решение позволяет получить режим с регулируемой, а потому и с наиболее оптимальной - односторонней закруткой обоих потоков, из-за плоской формы лопаток - обладает более лучшими аэродинамическими характеристиками потока на входе в горелку и, следовательно, на выходе из нее. Итак, экономический эффект от использования предлагаемого технического решения состоит из следующих факторов:
1)экономии топлива за счет улучшения процесса перемешивания топлива с воздухом и горения, таким образом, более подготовленной смеси из-за увеличения крутки центрального потока в связи с укорочением его пути от завихрителя до места выдачи топлива и улучшения аэродинамики входящего в каналы воздуха;
2)уменьшения металлоемкости горелки за счет сокращения габаритов горелки (использование единого завихрителя и короба для формирования центрального и периферийного воздушных потоков), а при проектировании котельной - снижение капвложений из-за уменьшения габаритов здания в связи с уменьшением ограничительных габаритов котла ( см., например, один из нормативных документов:
«Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 Мпа, водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К, М., Роскоммунэнерго, Минстрой РФ, 1992г.,стр. 15, п.4.15.); 3) повышения надежности работы горелки.