ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована при сжигании пылевоздушной смеси или газа низкой калорийности.
Из уровня техники известна горелка одноканальная по первичному и двухканальная по вторичному воздуху, содержащая короб центрального воздуха, завихритель улиточный пылевоздушной смеси, короб вторичного воздуха, канал центрального воздуха, канал пылевоздушной смеси, каналы вторичного воздуха, завихритель лопаточный и форсунку растопочную (отраслевой стандарт ОСТ 108.030.26-78 “Горелки вихревые пылеугольные, пылегазовые и компановка их с топками. Методы расчета и проектирования”, стр.10, черт.7).
Недостатком горелки по ОСТ является подача топливного агента и воздуха на смешение сплошными кольцевыми каналами. Данная подача не обеспечивает достаточного смешения агентов для полного сгорания топлива, что снижает экономический и экологический эффект от использования горелки по OCT.
Наиболее близким техническим решением предлагаемой горелки является “Вихревая пылеугольная горелка” по патенту №2426029, содержащая корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайками, образующими кольцевые каналы пылевоздушной смеси, растопочного воздуха и, по крайней мере, один канал вторичного воздуха, на выходных концах этих каналов установлены аксиальные завихрители, на выходном конце горелки на торце средней обечайки, образующей канал пылевоздушной смеси, выполнен выходной конфузор с углом сужения 10÷35°, а на торце внешней обечайки, образующей внешний канал вторичного воздуха, выполнен выходной диффузор с углом раскрытия 20÷35°, причем степень перекрытия сечения указанных каналов выбирают из соотношения:  и ,
1
2
3
4
где F, F, F, F соответственно площадь сечения канала пылевоздушной смеси, площадь сужения сечения канала пылевоздушной смеси, площадь сечения внешнего канала вторичного воздуха, площадь сужения внешнего канала вторичного воздуха. Причем кольцевой внутренний канал вторичного воздуха выполнен с возможностью пропуска 30÷40%, а кольцевой внешний канал вторичного воздуха - 60÷70% всего вторичного воздуха.
Недостаток горелки по патенту №2426029 в том, что агенты смешения через выходные диффузорные и конфузорные каналы выходят сплошными кольцевыми струями, что не приводит к достаточному смешению агентов, процессы горения затягиваются в топочном объеме и снижается экономический, а в ряде случаев и экологический эффекты от использования известной горелки.
Задача предлагаемого решения - создать вихревую горелку для сжигания пылеугольного топлива или газа низкой калорийности, в которой максимально оптимизировано смешение топливного агента с воздухом, что приведет к ускорению процессов горения, увеличению температуры ядра факела, сокращению длины факела, а следовательно позволит использовать топки меньшего объема и понизить величину недожога для низкокалорийных топлив.
Решается поставленная задача за счет того, что на предлагаемой вихревой горелке, содержащей корпус с соосно установленными центральной трубой и обечайками, образующими кольцевые каналы подачи топлива и растопочного воздуха, завихрители лопаточные, на выходе не менее чем из одного кольцевого канала, расположенного между двумя другими каналами устанавливается рассекатель, состоящий из попеременно направленных конусных секторов диффузорного и конфузорного типов, причем конусные сектора диффузорного типа устанавливаются на внутреннюю стенку канала, а конусные сектора конфузорного типа - на внешнюю стенку и, кроме того между конусными секторами выполнены разделяющие перегородки, плоскости которых направлены через ось горелки.
Технический эффект от применения предложенной горелки, заключается в том, что на выходе из горелки разрывается кольцевое движение топлива, что приводит к лучшему смешению топлива с воздухом и, в конечном итоге, к более полному сгоранию топлива, следовательно к повышению экономического и экологического эффекта.
Предложенная горелка отличается от прототипа тем, что на выходе не менее чем из одного кольцевого канала, расположенного между двумя другими каналами, установлен рассекатель, состоящий из попеременно направленных конусных секторов диффузорного и конфузорного типов, причем конусные сектора диффузорного типа устанавливаются на внутреннюю стенку канала, а конусные сектора конфузорного типа устанавливаются на внешнюю стенку канала и, кроме того, между конусными секторами выполнены разделяющие перегородки, плоскости которых направлены через ось горелки.
Из приведенного перечня признаков заявляемого устройства и достижения поставленной задачи наглядно видно, что заявленное техническое решение представляет собой новую совокупность признаков, как сочетание известных и новых признаков, обеспечивающих получение нового технического результата, не известного на дату подачи заявки.
Для описания горелки, в качестве топлива рассмотрим угольную пыль.
На фиг.1 представлен продольный разрез вихревой горелки; на фиг.2 представлен вид А выходной части горелки (увеличено); на фиг.3 представлен вид Б из топки котла.
Вихревая пылеугольная горелка устанавливается на стене 1 топочной камеры котла. Горелка состоит из корпуса 2, в котором коаксиально расположены следующие каналы (от центра к периферии):
- центральный канал 3;
- кольцевой канал 4 растопочного воздуха;
- кольцевой топливный канал 5;
- кольцевой внутренний канал 6 вторичного воздуха;
- кольцевой внешний канал 7 вторичного воздуха;
Центральный канал 3 образован внутренними стенками цилиндрической трубы 8, в нем расположены запальник и мазутная горелка (не показаны). Кольцевой канал 4 растопочного воздуха образован внешней стенкой цилиндрической трубы 8 и внутренней стенкой внутренней обечайки 9. Кольцевой топливный канал 5 образован внешней стенкой внутренней обечайки 9 и внутренней стенкой средней обечайки 10. Кольцевой внутренний канал 6 вторичного воздуха образован внешней стенкой средней обечайки 10 и внутренней стенкой внешней обечайки 11. Кольцевой внешний канал 7 вторичного воздуха образован внешней стенкой обечайки 11 и внутренней стенкой корпуса 2. В выходных частях каналов 4, 6 и 7 расположены неподвижные аксиальные завихрители 12.
К входным концам обечаек 9, 10, 11 и корпусу 2 присоединены соответственно подводящая труба 13 центрального воздуха, подводящий короб 14 пылевоздушной смеси, подводящий короб 15 вторичного воздуха и подводящий короб 16 вторичного воздуха. Со стороны топки на выходном конце горелки на торцах обечаек 9 и 10, образующих топливный канал 5, выполнен рассекатель 17.
Рассекатель 17 представляет собой попеременно направленные конусные сектора дуффузорного 18 и конфузорного 19 типов, причем конусные сектора диффузорного типа устанавливаются на внутреннюю стенку канала, а конусные сектора конфузорного типа на внешнюю. Между конусными секторами установливаются разделяющие перегородки (20), плоскости которых направлены через ось горелки, а ширина соответствует ширине канала.
Горелка работает следующим образом.
Через центральный канал 3 посредством запального устройства и мазутной форсунки производят розжиг растопочного топлива в топке. По подводящей трубе 13 в кольцевой канал 4 подается растопочный воздух, необходимый для быстрого воспламенения и надежного горения распыленного растопочного топлива. Завихритель 12 в кольцевом канале 4 закручивает поток растопочного воздуха и вместе с ним распыленный мазут, что улучшает смесеобразование, а значит, и воспламенение и сгорание. Этот растопочный воздух также охлаждает запальник и мазутную форсунку.
После розжига мазутной форсунки через подводящий короб 14 и кольцевой канал 5 в топку подают основное топливо - пылевоздушную смесь. Рассекатель 17 в кольцевом канале 5 за счет попеременно направленных к соседним каналам конусных секторов 18 и 19, позволяет распределить топливо канала 5 в потоках воздуха соседних воздушных каналов 4 и 6 и, тем самым, разорвать кольцевую выдачу топлива и интенсифицировать смешение. При этом, процессы горения ускоряются, длина факела становится короче.
Во все каналы, за исключением канала с установленным рассекателем, ставятся завихрители 12. Их основной целью служит создание крутки потока, формирующей благоприятные условия для образования приосевой зоны рециркуляции дымовых газов к устью горелки, что способствует быстрому прогреву и надежному воспламенению топлива во всем диапазоне эксплуатационных нагрузок.
Использование предлагаемого устройства позволит сжигать угольную пыль и низкокалорийные газовые топлива (доменный газ, сбросной газ производства технического углерода, биогаз и т.п.) с меньшими потерями от химической неполноты сгорания топлива, снизит вероятность отрыва пламени от устья горелки, повысить экономический и экологический эффект установки.