ГОРЕЛКА
BURNER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих жидкое топливо, в том числе водоугольные суспензии, мазут, дизельное топливо.
Известна горелка, содержащая осесимметричные соосные каналы подачи первичного воздуха, жидкого топлива и вторичного воздуха, сопла для ввода жидкого топлива (авторское свидетельство СССР №1208415, МПК F23D 11/16 от 01.10.84 г.; БИ №4 от 30.01.86 г.). Недостаток горелки - высокие степень недожога топлива и концентрация оксидов азота в продуктах сгорания, значительные затраты собственных нужд на компрессию первичного воздуха.
Известна горелка, содержащая осесимметричные соосные каналы подачи первичного воздуха, форкамеру для смешения жидкого топлива с первичным воздухом (авторское свидетельство СССР №1160180, МПК F23D 14/02 от 31.10.83 г.; БИ №21 от 07.06.85 г.). Недостаток горелки - высокие степень недожога топлива и концентрация оксидов азота в продуктах сгорания, значительные затраты собственных нужд на компрессию первичного воздуха.
Известна горелка, содержащая осесимметричные соосные каналы подачи вторичного воздуха и топливовоздушной смеси, форкамеру смешения первичного воздуха и топлива, подключенную к каналу топливовоздушной смеси, каналы подвода первичного воздуха и жидкого топлива к форкамере (авторское свидетельство СССР №1160176, МПК F23D 1/02 от 19.08.83 г.; БИ №21 от 07.06.85 г.). Недостаток горелки - высокие степень недожога топлива и концентрация оксидов азота в продуктах сгорания, значительные затраты собственных нужд на компрессию первичного воздуха.
Известна наиболее близкая к заявляемому устройству горелка, содержащая разделенные простенком вертикально-щелевые конфузорные каналы с вертикальными конфузорообразующими стенами, потолочными и подовыми перекрытиями, вертикально-щелевыми окнами для ввода и выпуска вторичного воздуха и топливовоздушной смеси, вертикальными плоскостями симметрии, вертикальную призматическую форкамеру с потолочным и подовым перекрытиями, фронтовой стеной, имеющей вертикально-щелевое окно выпуска, совмещенное с окном ввода топливовоздушной смеси конфузорного канала, вертикальной плоскостью симметрии, совмещенной с вертикальной плоскостью симметрии того же конфузорного канала, задней стеной, параллельными между собой и вертикальной плоскостью симметрии форкамеры боковыми стенами, окнами и подключенными к ним патрубками подачи первичных воздушных потоков с собственными вертикальными плоскостями симметрии, соплами ввода жидкого топлива и газа с осями симметрии (патент РФ №2228491; F23D 17/00 от 15.04.2003 г.; БИ №13, 2004 г.). Недостаток горелки - высокие степень недожога топлива и концентрация оксидов азота в продуктах сгорания, значительные затраты собственных нужд на компрессию первичного воздуха.
Задача изобретения - снижение недожога топлива и концентрации оксидов азота в продуктах сгорания, а также затрат собственных нужд на компрессию первичного воздуха.
Поставленная задача решается в горелке, содержащей разделенные простенком вертикально-щелевые конфузорные каналы с вертикальными конфузорообразующими стенами, потолочными и подовыми перекрытиями, вертикально-щелевыми окнами для ввода и выпуска вторичного воздуха и топливовоздушной смеси, вертикальными плоскостями симметрии, вертикальную призматическую форкамеру с потолочным и подовым перекрытиями, фронтовой стеной, имеющей вертикально-щелевое окно выпуска, совмещенное с окном ввода топливовоздушной смеси конфузорного канала, вертикальной плоскостью симметрии, совмещенной с вертикальной плоскостью симметрии того же конфузорного канала, задней стеной, параллельными между собой и вертикальной плоскостью симметрии форкамеры боковыми стенами, окнами и подключенными к ним патрубками подачи первичных воздушных потоков с собственными вертикальными плоскостями симметрии, соплами ввода жидкого топлива и газа с осями симметрии, в которой, согласно изобретению сопла для ввода жидкого топлива размещают на задней стене форкамеры в вертикальных рядах, их оси направлены вдоль вертикальной плоскости симметрии форкамеры, окна и патрубки для ввода первичных воздушных потоков выполняют вертикально-щелевой формы и размещают симметрично на боковых стенах форкамеры, вертикальные плоскости симметрии патрубков образуют с вертикальной плоскостью симметрии и боковыми стенами форкамеры угол 30-85°, потолочное и подовое перекрытия форкамеры и потолочное и подовое перекрытия конфузорного топливовоздушного канала размещают в общих установочных горизонтальных плоскостях потолочного и подового перекрытий.
Размещением сопл ввода жидкого топлива на задней стене форкамеры в вертикальных рядах с ориентацией осей вдоль вертикальной плоскости симметрии форкамеры при одновременном выполнении окон и патрубков для ввода первичных воздушных потоков вертикально-щелевыми и размещением их симметрично на боковых стенах форкамеры с образованием угла γ=30-85° между вертикальными плоскостями симметрии форкамеры и патрубков, а также размещением потолочных и подовых перекрытий форкамеры и конфузорного топливовоздушного канала в общих установочных горизонтальных плоскостях потолочного и подового перекрытий достигается ударное взаимодействие струй топлива и потоков первичного воздуха с образованием капель и их последующим равномерным перемешиванием с воздухом, подаваемым в камеру от вентилятора без дополнительного сжатия в компрессоре, что снижает соответствующие затраты собственных нужд. При сжигании равномерно перемешанной топливовоздушной смеси в топке с дожиганием вторичным воздухом, вводимым через собственное сопло, в сравнении с аналогами достигается снижение недожога топлива и концентрации оксидов азота в продуктах сгорания. Установочный угол γ=30-85° оптимален: при отклонении γ<30° или γ>85° резко скачкообразно ухудшается картина перемешивания в форкамере со стеканием вдоль стен конфузорного канала топливных струй, что приводит к повышению недожога топлива и загрязнению стен топки. Таким образом, при использовании предлагаемой горелки решается поставленная задача изобретения.
Устройство горелки поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема предлагаемой горелки, установленной на стене топочной камеры, разрез вида в плане; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1.
Горелка на фиг.1, 2, 3 содержит вертикально-щелевые конфузорные каналы 1, 2 для ввода и выпуска потоков вторичного воздуха 3 и топливовоздушной смеси 4 в топку 5; каналы 1, 2 имеют вертикальные конфузорообразующие стены 6, 7, соответствующие потолочные 8, 9 и подовые 10, 11 перекрытия, вертикально-щелевые окна для ввода 12, 13 и выпуска 14, 15 вторичного воздуха 3 и топливовоздушной смеси 4, вертикальные плоскости симметрии λ, µ, форкамеру 16 с потолочным и подовым перекрытиями 17, 18, фронтовой стеной 19, имеющей вертикально-щелевое окно выпуска 20, совмещенное с окном 13 ввода топливовоздушной смеси 4 конфузорного канала 2, вертикальной плоскостью симметрии π, совмещенной с вертикальной плоскостью симметрии µ того же конфузорного канала 2, задней стеной 21, параллельными между собой и вертикальной плоскостью симметрии π форкамеры 16 боковыми стенами 22, 23 с окнами 24, 25 и подключенными к ним патрубками 26, 27 подачи потоков первичного воздуха 28 с собственными вертикальными плоскостями симметрии φ, ψ, соплами 29, 30 ввода потоков жидкого топлива 31 и природного газа 32 соответственно с осями симметрии m, k. Особенностью горелки является размещение сопл 29 для ввода жидкого топлива 31 на задней стене 21 форкамеры 16 в вертикальных рядах с ориентацией их осей m вдоль вертикальной плоскости симметрии π форкамеры 16. Кроме того, окна 24, 25 и патрубки 26, 27 для ввода потоков первичного воздуха 28 имеют вертикально-щелевую форму и размещены симметрично на боковых стенах 22, 23 форкамеры 16, вертикальные плоскости симметрии φ, ψ патрубков 26, 27 образуют с вертикальной плоскостью симметрии π и боковыми стенами 22, 23 форкамеры 16 угол λ=30-85°, а потолочное и подовое перекрытия 17, 18 форкамеры 16 и потолочное и подовое перекрытия 9, 11 конфузорного топливовоздушного канала 2 размещены в общих установочных горизонтальных плоскостях ε, ω потолочного и подового перекрытий. Горелка установлена на стене 33 топочной камеры 5, стена 33 экранирована трубами 34 с нагреваемой пароводяной средой. Каналы 1, 2 и газовые сопла 30 разделены простенками 35, 36.
Работа горелки на фиг.1, 2, 3 осуществляется путем предварительного разогрева топочной камеры 5 газовым факелом, для чего через сопла 30 вводят природный газ 32. При этом первичный воздух 28 поступает в сопло 2 по патрубкам 26, 27, форкамере 16 и окно 13, а вторичный воздух 3 в сопло 1 поступает через окно 12. После разогрева в форкамеру 16 через сопла 29 вводят жидкое топливо 31, в частности водоугольную суспензию. В форкамере 16 происходит ударное взаимодействие струй топлива 31 и потоков первичного воздуха 28 с разрывом топливных струй на капли и равномерным перемешиванием с воздухом, образованием топливовоздушной смеси 4. При попадании топливовоздушной смеси 4 через окно 15 сопла 2 в разогретую топочную камеру 5 происходит воспламенение и горение топливных капель. По мере набора тепловой нагрузки топкой 5 и котлом (последний на фиг.1, 2, 3 не показан) подачу природного газа 32 через сопла 30 прекращают.
Размещением сопл 29 ввода жидкого топлива 31 на задней стене 21 форкамеры 16 в вертикальных рядах с ориентацией осей m вдоль вертикальной плоскости симметрии π форкамеры 16 при одновременном выполнении окон 24, 25 и патрубков 26, 27 для ввода первичных воздушных потоков 28 вертикально-щелевыми и размещением их симметрично на боковых стенах 22, 23 форкамеры 16 с образованием угла λ=30-85° между вертикальными плоскостями симметрии π форкамеры 16 и φ, ψ патрубков 26, 27, а также размещением потолочных и подовых перекрытий 17, 18 форкамеры 16 и потолочного и подового перекрытий 9, 11 конфузорного топливовоздушного канала 2 в общих установочных потолочной и подовой горизонтальных плоскостях ε, ω достигается ударное взаимодействие струй топлива 31 и потоков первичного воздуха 28 с образованием капель и их последующим равномерным перемешиванием с воздухом 28, подаваемым в камеру от вентилятора без дополнительного сжатия в компрессоре, что снижает соответствующие затраты собственных нужд. При сжигании равномерно перемешанной топливовоздушной смеси 4 в топке 5 с дожиганием вторичным воздухом 3, вводимым через собственное сопло 1, в сравнении с аналогами достигается снижение недожога топлива и концентрации оксидов азота в продуктах сгорания. Установочный угол λ=30-85° оптимален: при отклонении γ<30° или γ>85° резко скачкообразно ухудшается картина перемешивания в форкамере 16 со стеканием вдоль стен 22, 23 конфузорного канала топливных струй, что приводит к повышению недожога топлива и загрязнению стен топки 5. Таким образом, при использовании предлагаемой горелки решается поставленная задача изобретения.
Возможно выполнение и установка горелки на фиг.1, 2, 3 в едином корпусе при заводской поставке на котлы. Работа такой горелки аналогична работе горелки на фиг.1, 2, 3.
Практическое использование изобретения связано с котлами, сжигающими водоугольную суспензию. В сравнении с аналогами снижаются недожог вводимого жидкого топлива, концентрация оксидов азота, затраты на компрессию первичного воздуха. Такой же выигрыш достигается при подаче в топку мазута, дизельного топлива, других топливных жидкостей.