ВИХРЕВАЯ ТОПЛИВНАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована для компоновки парогазовых установок.
Известна вихревая эжекционная газовая горелка, содержащая сопло для подачи газа, прикрепленное к торцевой пластине, соединенной с кольцом и цилиндрическим участком. В торцевой пластине выполнены отверстия, равномерно распределенные по концентрическим окружностям вокруг оси сопла, выполняющие роль первой ступени эжекции воздуха. Цилиндрический участок крепится к смесителю, состоящему из конфузорного участка, горловины и диффузорного участка. Вторая ступень эжекции выполнена в виде продувочного окна, представляющего собой систему тангенциальных каналов, разделенных направляющими лопатками. Продувочное окно расположено между наружной поверхностью горловины и внутренней поверхностью диффузорного участка и образовано путем смещения выходного сечения горловины в сторону конфузорного участка.
В процессе работы горелки газ через сопло поступает в конфузорный участок смесителя и, являясь активным потоком, эжектирует первичный воздух через первую ступень эжекции. Пройдя цилиндрический участок, воздух, поступает в конфузорный участок смесителя, где осуществляется процесс образования и гомогенизации газовоздушной смеси с получением требуемого для эффективной работы вихревой эжекционной газовой горелки качества смесеобразования. Полученная смесь из горловины истекает в диффузорный участок, где происходит ее воспламенение от внешнего источника на режиме запуска и от рециркуляционных зон горячих продуктов сгорания, образующихся при взаимодействии струй эжектируемого воздуха с потоком продуктов сгорания - в режиме автостабилизации. В качестве внешнего источника может быть использовано малоразмерное газогорелочное устройство. Дополнительный воздух эжектируется в зону горения через продувочное окно второй ступени эжекции, охлаждая горловину и диффузорный участок смесителя.
(см. патент РФ №2454605, кл. F23D 14/62, 2012 г.)
В результате анализа выполнения известной горелки необходимо отметить, что при ее работе не обеспечивается получение однородной топливной смеси, что снижает эффективность ее сгорания и уменьшает теплотворную способность.
Известна горелка для сжигания водоугольного топлива, содержащая модуль подготовки топливной смеси, сообщающийся одним концом с топкой, а другим концом посредством фланцевого соединения - с плазмотроном. В непосредственной близости от фланцевого соединения к модулю подготовки топливной смеси подсоединены линия подачи воздуха и линия подачи водоугольной смеси. На корпусе модуля также расположены электрические нагреватели (ТЭНы). К топке подсоединена линия подачи вторичного воздуха для обеспечения основного горения топливной смеси.
Для работы горелки включают плазмотрон, в котором образуется электрическая дуга. При подаче напряжения, возникает электрическая дуга между электродами и, воздействуя на сжатый воздух (рабочее тело), образует ионизированный газ -низкотемпературную плазму.
Низкотемпературная плазма прогревает модуль подготовки топливной смеси горелки. После прогрева модуля до температуры самовоспламенения топливной смеси, в него подают водоугольную смесь, где она, взаимодействуя с низкотемпературной плазмой, создаваемой плазмотроном, газифицируется и нагревает остальную смесь до температуры приблизительно 1200°С.При этом, из угля выделяются горючие компоненты. Полученная топливная смесь устойчиво горит в топке при смешении со вторичным воздухом, подаваемым по линии подачи вторичного воздуха.
При недостатке кислорода и высокой температуре плазмы происходит предварительная газификация топлива. Далее воспламененное топливо попадает в топку, где при смешении со вторичным воздухом происходит основное горение. Топливная смесь воспламеняется и горит в присутствии вторичного воздуха. Вторичный воздух обеспечивает эффективное воспламенение выделяющихся из топлива летучих горючих веществ, которые поддерживают эффективное горение топливной смеси в топке котла. После растопки при достижении 50% нагрузки котла плазматрон отключается и разогрев горелки обеспечивают ТЭНы.
(см. патент РФ на полезную модель №114513, кл. F23D 1/00, 2012 г.).
В результате анализа выполнения известной горелки, необходимо отметить, что в ней не обеспечивается качественное приготовление топливной смеси.
Известна вихревая топливная горелка, содержащая корпус, образованную в корпусе вихревую смесительную камеру, выполненный на торце корпуса выходной стабилизирующий насадок, напротив которого снаружи корпуса установлен дисковый отражатель. В корпусе установлен завихритель с газовыми каналами, к которым подведена газовая труба. В корпусе на выходе вихревой смесительной камеры установлена пилотная горелка, содержащая корпус, в котором выполнены, газовые каналы, а к ним подведена газоподводящая труба.
В процессе работы горелки топливный газ подается в пилотную горелку по газоподводящей трубе в газовые каналы для топлива, в корпус и на дисковый отражатель, где за счет центробежной силы при закрутке в корпусе разворачивается в плоский диск. Розжиг пилотной горелки осуществляется с помощью запального устройства. В свою очередь пилотная горелка является запальником для основной горелки. При включении основной горелки топливный газ подается в газоподводящую трубу, завихритель с газовыми каналами и вихревую смесительную камеру. Разрежение в вихревой смесительной камере, возникающее за счет закрутки топлива, способствует подсосу из окружающей среды воздуха для стабилизации процесса горения. Топливовоздушная смесь из вихревой смесительной камеры выходит на выходной стабилизирующий насадок и разворачивается в плоский диск.
(см. патент РФ №2193730, кл. F23D 14/04, 2002 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной горелки необходимо отметить, что эффективное смешивание топлива с воздухом обеспечивается только на периферийной части полости смешения. В центральной части полости содержание топлива в образованной топливной смеси гораздо меньше, чем в периферийной. Это ухудшает процесс сгорания топлива и уменьшает его теплотворную способность.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение эффективности работы горелки за счет обеспечения подготовки однородной топливной смеси и оптимальных условий для ее практически полного сгорания.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в вихревой топливной горелке, содержащая корпус, топливную и воздушную магистрали, а также размещенное в корпусе запальное устройство, новым является то, что горелка оснащена форсунками, расположенными в корпусе по окружности, входы форсунок связаны с образованным в корпусе кольцевым топливным коллектором, к которому подведена топливная магистраль, с двух сторон относительно форсунок имеются кольцевые воздушные коллекторы, к которым подведены воздушные магистрали, причем в корпусе, напротив каждой форсунки установлена втулка, отверстие которой подведено к выходу форсунки, отверстие имеет коническую входную часть, связанную с кольцевыми воздушными коллекторами, а выходная часть втулок выполнена в виде сопла.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена вихревая топливная горелка, осевой разрез.
Вихревая топливная горелка содержит цилиндрический корпус 1, в котором по окружности размещены топливные форсунки 2. Входы форсунок размещены в образованной в корпусе полости - кольцевом топливном коллекторе 3, к которому подведена как минимум, одна магистраль 4 подачи топлива (например, водоугольной суспензии).
В корпусе 1 с двух сторон относительно форсунок, образованы наружная 5 и внутренняя 6 кольцевые воздушные коллекторы, к которым подведены соответственно воздушные магистрали 7 и 8. В корпусе 1 соосно с форсунками 2 выполнены резьбовые отверстия, в которые ввинчены втулки 9. В каждой втулке, устанавливаемой напротив форсунки, выполнено осевое отверстие 10, подведенное к выходу форсунки. Данное отверстие имеет входную коническую часть, каналами (позициями не обозначены), соединенную с кольцевыми коллекторами 5 и 6, и выходное сопло. В корпусе 1 выполнено центральное отверстие, для размещенмя запального устройства 11, к которому подведены топливная 12 и воздушная 13 магистрали. К одному из торцов корпуса прикреплен фланец 14, предназначенный для установки горелки на котле парогазовой установки.
Конструкция узлов и деталей горелки, не раскрытая в данной заявке, является известной и не составляет предмета патентной охраны.
Вихревая топливная горелка работает следующим образом.
Для работы горелку крепят посредством фланца 14 к котлу парогазовой установки. Магистраль (магистрали) 4 подсоединяют к коллектору 3 и к источнику топлива. Магистрали 12 и 13 подсоединяют к запальному устройству 11 для подвода топлива и воздуха. Воздушные магистрали 7 и 8, связаннее с компрессором, подсоединяют к коллекторам 5 и 6. Горелка готова к работе.
Включают подачу топлива и воздуха в запальное устройство 11 и на выходе поджигают образованную топливную смесь.
Параллельно включают подачу топлива и воздуха в коллекторы 3, 5, 6. Поступая из коллекторов 5 и 6 через каналы в коническую часть отверстия 10 втулок 9, воздух перемешивается с топливом, подаваемым в коническую часть отверстия из коллектора 3 через форсунки 2, в результате чего образуется топливная смесь, которая под давлением проходит через отверстия 10 втулок 9 и через сопла, образованные в выходной части отверстия, выбрасывается из горелки, где поджигается пламенем запального устройства и сгорает.
Благодаря большому количеству форсунок, пропускаемые порции топлива через них невелики, что позволяет сохранить заданный расход по топливу и получить качественное смешение воздуха с топливом, например, ультратонкой водоугольной суспензией.
Подача воздуха одновременно с наружного и внутреннего коллекторов в коническую часть отверстия приводит к закрутке топливовоздушного потока, что обеспечивает оптимальные условия смешения топлива и воздуха. Через выходное сопло отверстия 10 топливовоздушная смесь равномерно распределяется по всему объему горения и сгорает практически без остатка.