УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКИХ КОТЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и предназначена для повышения тонкости распыла жидкого топлива ультразвуковой форсункой в горелках энергетических котлов при отдельно регулируемом давлении топлива и воздуха с раздельной подачей на колебательный элемент и, кроме того, может быть использовано в химической промышленности для повышения мелкости распыливания жидкости.
Известно устройство распыливания жидкого топлива, содержащее форсунку, вихревую камеру с каналами завихрителя для раздельной подачи топлива и сжатого воздуха (Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976, стр.191). В данном устройстве осуществляется подвод жидкого топлива к форсунке, подача его через каналы завихрителя в вихревую камеру, создание закрученной пленки топлива системой струй в вихревой камере и выдавливание пленки топлива из вихревой камеры.
Недостатком данного устройства распыливания являются значительные потери полного давления потока топлива при втекании топлива в каналы завихрителя, а также невысокая скорость истечения струи вязкого топлива из каналов завихрителя.
Известна форсунка для распыла жидкого топлива, состоящая из полого цилиндрического корпуса и установленных внутри него: завихрителя, представляющего собой полое тело вращения с двумя торцами, один из которых заглушен, а в плоских стенках противоположного выполнены сквозные тангенциальные каналы, имеющие в сечении форму прямоугольника, и сопла с вихревой камерой (см. А.А.Винтовкин и др. Горелочные устройства промышленных печей и топок. Справочник. М.: «Интермет Инжиниринг», 1999, стр.339).
Недостатком известной форсунки для распыла жидкого топлива, взятой за прототип, является постоянство площади каналов завихрителя по длине, где площадь входного сечения равна площади выходного сечения. Невысокая скорость истечения струй топлива из каналов завихрителя с постоянной площадью сечения канала в вихревую камеру не позволяет сформировать на выходе из соплового отверстия равномерную топливную пленку и обеспечить высокое качество распыла вязкого топлива.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является форсунка для распыливания жидкого топлива, состоящая из полого цилиндрического корпуса и установленных внутри него: завихрителя, представляющего собой полое тело вращения с двумя торцами, один из которых заглушен, а в плоских стенках противоположного выполнены сквозные тангенциальные каналы переменного сечения (патент РФ№2369803, опубл. 10 октября 2009 г.). Форсунка распыливания жидкого топлива позволяет совмещать гидродинамические и ультразвуковые эффекты низкой интенсивности.
Недостатками прототипа являются невозможность создать необходимую объемную мощность кавитации в гидродинамическом аппарате, реализовать необходимую и достаточную радикализацию, ионизацию, гомогенизацию и т.д. топлива, а также невозможность реализовать заметную экономию топлива.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание ультразвуковой форсунки для распыливания смеси диспергированной биомассы с обводненными углеводородными топливами, повышение мелкости распыла топливной смеси при регулируемой подаче смесевого топлива и воздуха при неизменно высоком качестве распыла и увеличение дисперсности газотопливной пылевой смеси.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет осуществлять раздельный подвод жидкого топлива и воздуха в форсунку, подачу топлива через топливный канал с расчетным давлением, а также одновременно с топливом в камеру смешения подавать воздух с расчетным давлением, кислород которого одновременно служит окислителем топлива.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемой ультразвуковой форсунке для распыливания жидких котельных биотоплив, состоящей из цилиндрического корпуса с каналами подачи топливной смеси и воздуха, в цилиндрическом корпусе установлен ультразвуковой излучатель с преобразователем частот, а между торцом ультразвукового излучателя и противоположной стенкой корпуса, в которой расположены каналы подачи топливной смеси и воздуха, образована камера смешения, при этом выходное отверстие для распыления диспергированных воздушно биотопливных смесей выполнено в корпусе в виде щели соосно совмещенной с камерой смешения.
Ультразвуковая форсунка для распыливания жидких котельных биотоплив позволяет осуществлять подвод жидкой топливной смеси и воздуха в смесевую камеру к торцу ультразвукового излучателя, создавая эффект кавитации в газожидком пылевом «облаке» в камере смешения, обеспечивая интенсивное истекание газожидкого потока через расширяющиеся щелевое отверстие.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема ультразвуковой форсунки для распыливания жидких котельных биотоплив.
Ультразвуковая форсунка для распыливания жидких котельных биотоплив содержит цилиндрический корпус 1, ультразвуковой излучатель 2 с преобразователем частот 3, канал подачи топливной смеси 4, канал подачи воздуха 5, камеру смешения 6, образованную между торцом ультразвукового излучателя 7 и противоположной стенкой корпуса, в которой расположены каналы подачи топливной смеси 4 и воздуха 5, выходное отверстие 8 для распыления диспергированных воздушно биотопливных смесей выполненное в корпусе 1 в виде щели, соосно совмещенной с камерой смешения 6, и ультразвуковой генератор 9.
Работает форсунка следующим образом.
Биотопливо подается через канал подачи топливной смеси 4 в камеру смешения 6 на торец ультразвукового излучателя 7. Одновременно с топливом в камеру смешения 6 по каналу подачи воздуха 5 поступает воздух с расчетным давлением, кислород которого служит окислителем биотоплива.
Сигнал, поступающий от ультразвукового генератора 9 на преобразователь частот 3 приводит к колебаниям ультразвукового излучателя 2 на торце которого образуется кавитационное «облако». В камере смешения 6 происходит диспергирование, смешение с воздухом, при одновременном ультразвуковом воздействии (высокочастотной кавитации), с последующим выдуванием газожидкостного пылевидного облака в выходное отверстие 8 форсунки.
Положительный эффект от использования предлагаемой полезной модели для распыливания жидкого топлива форсунками в тепловых котлах заключается в повышении мелкости распыла топлива при неизменном давлении подачи, а также в снижении необходимого давления подачи топлива при неизменно высоком качестве распыливания, что позволяет обеспечить повышение полноты выгорания топлива, снижение необходимого избытка воздуха в топке котла и более высокий кпд.