ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к горелкам с коаксиальными каналами и встроенными в них аксиальными завихрителями, которые используются в энергетике для сжигания жидкого и пылеугольного топлива, и найдет применение для повышения эффективности сжигания топлива.
В соответствие с ОСТ 108.030.26-78 конструкция вихревых пылеугольных и мазутных горелок не предусматривает измерения расхода вторичного воздуха, встроенного непосредственно в тело горелки. Мало того, расходомеры, вынесенные на подводящие воздуховоды, требуют особых условий размещения и, даже при минимизации требований по размещению, не всегда удается по условиям компоновки установить расходомеры на воздушных каналах горелки. Особенно это касается многоканальных по вторичному воздуху вихревых горелок. С другой стороны многоканальные горелки находят все более широкое применение, поскольку эти конструктивные решения позволяют решать вопросы по снижению вредных выбросов, в частности, оксидов азота, при этом первостепенное значение имеет знание расхода воздуха по каждому из воздушных каналов горелки.
Известно устройство для измерения расхода транспортируемой среды в трубопроводах, содержащее установленную в трубопроводе коаксиальную вставку заданного размера и длины, между которой и стенкой трубопровода выполнены радиальные перегородки, образующие продольные каналы одинакового сечения (патент RU №2339004, С2, МКИ G01F 1/46, 2006). В трех из этих каналов установлены датчики давления цилиндрической формы, имеющие приемники давлений, выполненные в виде трех прорезей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось трубопровода. Прорези связывают полость трубопровода с двумя внутренними камерами датчика давления и через импульсные трубки - с дифференциальным манометром. Две прорези сообщены с первой внутренней камерой, третья прорезь, соединенная со второй внутренней камерой, выполнена со стороны набегающего потока.
Недостатком этого устройства является необходимость выделения определенного пространства на подводящих воздухопроводах для его установки.
Наиболее близким по технической сущности является прямоточно-лопаточная горелка, содержащая центральный топливовоздушный канал и коаксиальный канала вторичного воздуха, в котором установлен аксиальный завихритель воздуха, лопатки которого образуют продольные проходы одинакового сечения (отраслевой стандарт ОСТ 108.030.26-78 «Горелки вихревые пылеугольные, пылегазовые и компоновка их с топками. Методы расчета и проектирования», стр.9, черт.6а).
Недостатком этой горелки является отсутствие у нее устройства для измерения расхода вторичного воздуха, подаваемого в нее для сжигания топлива. При установке на котельном агрегате нескольких горелочных устройств первостепенное значение имеет знание распределения вторичного воздуха по горелкам, поскольку только оптимальное соотношение «топливо-воздух» на каждой горелке позволяет эффективно и экономично сжигать топливо. Для установки этого устройства на подводящем воздухопроводе к каждой горелке необходимо выделение определенного пространства, что, как правило, бывает невозможным.
Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на быстрое и точное измерение расхода вторичного воздуха подаваемого в горелку, что позволит регулировать расход воздуха и повысить эффективность сжигания топлива.
Технический результат достигается тем, что вихревая горелка содержит центральный топливовоздушный канал и коаксиальный канал вторичного воздуха с установленным в нем аксиальным завихрителем воздуха, лопатки которого образуют продольные проходы одинакового сечения. Новым, согласно полезной модели, является выполнение со стороны набегающего потока участков лопаток завихрителя радиальными, в трех проходах равномерно расположенных по окружности канала вторичного воздуха и по центру между передними участками лопаток установлены радиально и перпендикулярно продольной оси горелки датчики давления цилиндрической формы, имеющие приемники давления, выполненные в виде трех прорезей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через его ось и соединяющих полость проходов с первой и второй внутренними камерами, имеющимися в датчике давления, и связанными через импульсные трубки с дифференциальным манометром, причем две прорези выполнены в плоскости сечения датчика давления, нормального к оси горелки и сообщены с первой внутренней камерой, а третья прорезь, сообщенная со второй внутренней камерой, выполнена в плоскости, проходящей через продольную ось горелки со стороны набегающего потока, причем длина радиальных участков лопаток каждого аксиального завихрителя равна восьми диаметрам круга площадью, равной площади проходных сечений одного продольного прохода, образованного лопатками завихрителя.
На фиг.1 представлен продольный разрез вихревой горелки; на фиг.2 - поперечный разрез горелки по А-А; на фиг.3 - продольное сечение датчика давления; на фиг.4 - схема установки датчиков давления в продольном проходе коаксиального канала между радиальными участками аксиальных лопаток завихрителя воздуха; на фиг.5 - поперечное сечение датчика давления по Б-Б на фиг.3; на фиг.6 - принципиальная схема установки датчиков давления в коаксиальном канале.
Вихревая горелка содержит растопочную форсунку 1, центральный воздушный канал 2. Они расположены коаксиально в топливном канале 3, который, в свою очередь, снабжен коаксиальным каналом вторичного воздуха 4. К воздушному каналу вторичного воздуха 4 примыкает воздушный короб 5, который снабжен регулятором расхода вторичного воздуха 6. В канале вторичного воздуха 4 установлен аксиальный завихритель воздуха, с лопатками 7. Лопатки 7 завихрителя образуют продольные проходы одинакового сечения 8. Передние участки лопаток 7 завихрителя воздуха со стороны набегающего воздушного потока выполнены радиальными, а задние их участки имеют изогнутую поверхность. Канал вторичного воздуха 4 снабжен устройством измерения расхода воздуха проходящего через него. Для этого в аксиальном завихрителе, в трех продольных проходах 8 равномерно расположенных по окружности, установлены датчики давления 9 цилиндрической формы. Датчики давления 9 установлены по центру между радиальных участков аксиальных лопаток 7 и перпендикулярно продольной оси горелки. Длина радиальных участков лопаток 7 аксиального воздушного завихрителя равна восьми диаметрам круга площадью, равной площади проходного сечения одного продольного прохода 8 образованного лопатками 7 завихрителя. На поверхности датчиков давления 9 выполнены три приемника давлений прорези 10 и 11, лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, причем длина всех прорезей равна длине датчиков давлений 10, т.е. радиусу канала вторичного воздуха 5. Датчики давления 9 установлены таким образом, чтобы две прорези 10 лежали в плоскости, перпендикулярной оси горелки, совпадающей с плоскостью наибольшего перекрытия проходного сечения продольного прохода 8 цилиндрическим телом датчика давления 9. Третья прорезь 11 выполнена в плоскости, проходящей через продольную ось горелки со стороны набегающего потока. Внутри датчиков давления 9 выполнены две независимые внутренние камеры 12 и 13, которые служат для выравнивания пульсаций и осреднения измеренного в продольных проходах 8 давления воздуха. Камера 12, посредством двух прорезей 10, и камера 13, посредством одной прорези 11, сообщаются с поверхностью датчика давления 9. К датчикам давления 9 присоединены штуцера отбора давлений 14 и 15, которые соединены соответственно с камерой 18 и камерой 19. Штуцера отбора давлений 14 и 15 соединены, соответственно, посредством импульсных трубок 16 и 17 с усредняющими коллекторами, соответственно, 18 и 19. Коллектора 18 и 19 выполнены в виде торов, которые расположены, например, в воздушном коробе 5. При этом камеры 12 всех трех датчиков давлений 9, установленных в коаксиальном канале 3 соединены с коллектором 18, а камеры 13 всех трех датчиков давлений 9, установленных в коаксиальном канале 3 соединены с коллектором 19. Коллектора 18 и 19 соединительными трубками, соответственно, 20 и 21 связаны с дифференциальным манометром 22. Число продольных проходов 8 канала вторичного воздуха 4, в которых установлены датчики давлений 9, должно быть не менее трех, из расчета установки трех датчиков давлений 9, равномерно расположенных по окружности, т.е. через 120°.
Вихревая горелка работает следующим образом.
Горелка работает в двух режимах - растопочном и основном. В растопочном режиме работает форсунка 1 и центральный воздушный канал 2. После окончания растопки котла в горелку по топливному каналу 3 подают пылевоздушную смесь, а через воздушный короб 5 - вторичный воздух. Последний поступает в канал вторичного воздуха 4, где он проходит между лопаток 7 аксиального завихрителя по продольным проходам 8 и весь поток закручивается. На выходе из горелки пылевоздушная смесь и закрученный поток вторичного воздуха интенсивно перемешиваются, происходит зажигание и последующее выгорание топлива, при этом поток вторичного воздуха несет в себе недостающий до полного выгорания топлива кислород.
Для измерения количества вторичного воздуха подаваемого для сжигания пылевоздушной смеси в горелке используют устройство для измерения расхода вторичного воздуха. Потоки воздуха, которые проходят через продольные проходы 8 коаксиального канала вторичного воздуха 4, омывают датчики давлений 9 и создают градиент давления на их поверхности. Давление через прорези 10 и 11, расположенные в местах минимального и максимального давления, передается в камеры, соответственно 12 и 13, затем через штуцера отбора давлений, соответственно 14 и 15 и импульсные трубки, соответственно 16 и 17, на коллектора, соответственно, 18 и 19. Последние связаны соединительными трубками, соответственно, 20 и 21 с дифференциальным манометром 22. При необходимости изменения количества вторичного воздуха, подаваемого на сжигание топлива, используют регулятор расхода вторичного воздуха 6.
Сопротивление устройств измерения расхода вторичного воздуха, установленных в горелке, ничтожно мало, так как проходное сечение продольных проходов 8 в канале вторичного воздуха 4, где установлены датчики давлений 9, составляет несколько процентов от общего сечения этих продольных проходов 8. Даже полное перекрытие одного или нескольких продольных проходов 8 не приведет к заметному увеличению сопротивления вторичного воздуха. Установка датчиков давления 9 между лопаток 7 аксиального завихрителя воздуха не меняет габаритных размеров вихревой горелки.
Горелка может иметь несколько коаксиальных каналов вторичного воздуха с аксиальными завихрителями, если между лопаток каждого завихрителя установить датчики давления, то можно измерять расход воздуха по каждому из каналов.
Предлагаемая вихревая горелка позволяет измерять и регулировать количество вторичного воздуха, подаваемого в нее для сжигания топлива.
Это повышает эффективность сжигания топлива, а в случае многоканальной горелки позволяет применять технологии снижающие выход оксидов азота.