Устройство для поддержания горения в печи

Предлагаемая полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам для поддержания горения в печи, и может быть использована при сжигании твердого топлива, в частности твердых бытовых отходов.
Известно устройство для поддержания горения в печи за счет сжигания жидкого топлива (патент RU №2140610, МПК F23D 11/12, 1999), содержащее предназначенную для подвода топлива центральную цилиндрическую трубу с торцевой заглушкой. Центральная труба с зазором устанавливается в периферийную цилиндрическую трубу. При этом оси труб смещены друг относительно друга. Зазор между трубами служит для образования канала, в котором происходит смешивание топлива с воздухом. Топливо из центральной трубы поступает в канал через сопло. Смещение осей труб создает эффект «вращающегося цилиндра», что позволяет закручивать поток топлива в момент его выхода из сопла. Кроме того, устройство снабжено кольцевым резонатором, установленным в плоскости торцевой заглушки центральной трубы. Воздух из бокового штуцера также поступает в канал, проходя до смешивания с топливом через завихрители. Завихрители установлены в канале на расстоянии от сопла.
Использование известного устройства позволяет за счет равномерного смешивания топлива и воздуха во «вращающемся цилиндре» и сочетания акустического и динамического воздействия на потоки топлива и воздуха улучшить качество распыливания.
Однако известное устройство может использоваться только при строго дозированной подаче топлива под воздействием постоянного, причем невысокого, давления. При увеличении давления топливо, минуя сопло, будет выплескиваться в верхнюю часть центральной трубы, снабженную торцевой заглушкой. Выплеснувшаяся часть топлива, падая, будет создавать встречное движение основному потоку топлива, что в результате создаст пульсации потока топлива на выходе из сопла или вообще не даст возможности выхода топлива из сопла в канал для смешивания топлива с воздухом.
Известно устройство для поддержания горения в печи за счет сжигания жидкого топлива (патент RU №2079783, МПК F23D 11/10, 1997), в котором для смешивания топлива с воздухом служит цилиндрическая камера с торцевой стенкой, по периферии которой выполнены выходные отверстия каналов ввода топлива, а по центру осевой канал ввода воздуха. Устройство также снабжено тангенциальными каналами ввода воздуха, выполненными в боковой стенке камеры. При этом выходные отверстия каналов ввода топлива и тангенциальные каналы ввода воздуха сгруппированы парами. Тангенциальные каналы ввода воздуха выполнены с продольной осью, наклоненной к плоскости торцевой стенки под углом, не превышающим 45° и пересекающей стенку в зоне, ограниченной площадью соответствующего выходного отверстия канала ввода топлива. При соблюдении указанной величины упомянутых углов под воздействием осевой составляющей скорости струй воздуха уменьшается толщина пленки топлива и повышается эффективность его дробления. Устройство также снабжено дополнительными тангенциальными каналами ввода воздуха, выполненными в боковой стенке камеры, продольная ось которых наклонена к плоскости торцевой стенки под углом (10…30)°.
Обратное направление закрутки струй воздуха, выходящих из дополнительных каналов, по отношению к направлению закрутки струй, выходящих из основных тангенциальных каналов, повышает интенсивность процесса перемешивания.
Недостатком известного устройства является то, что отмеченный механизм перемешивания топлива с воздухом приводит к замедлению потока топлива при его выходе в область горения топлива.
Известно устройство для поддержания горения в печи, которое содержит корпус, установленный соосно в нем внешний цилиндр, на конце которого с внутренней стороны образован цилиндрический буртик с поперечными прямоугольными канавками, а на другом его конце выполнены отверстия для подачи топлива, цилиндрическую вставку, соосно расположенную с внешним цилиндром, образующую с ним канал для перепуска топлива, сообщенный с отверстиями для подачи топлива, выполненную с отверстиями для подачи воздуха и образующую торцом и цилиндрическим буртиком внешнего цилиндра кольцевую щель для прохода топлива, внутренний цилиндр, установленный соосно с цилиндрической вставкой, образующий с ней канал для перепуска воздуха, сообщенный с отверстиями для подачи воздуха и кольцевой щелью для прохода топлива, и имеющий на конце с внутренней стороны цилиндрический выступ с продольными прямоугольными канавками, и электрическую свечу, установленную во внутреннем цилиндре. Цилиндрическая вставка отцентрована с помощью пилонов. На корпусе с наружной стороны установлены коллекторы с подводящими трубопроводами для подачи воздуха и топлива, а также фланец для крепления устройства к печи. Для предотвращения утечки топлива между корпусом и внешним цилиндром, между внешним цилиндром и цилиндрической вставкой, а также между цилиндрической вставкой и внутренним цилиндром установлены прокладки (патент ПМ №179847, МПК F23D 11/10, 2018 г.).
Однако в известном устройстве из-за наличия продольных канавок во внутреннем цилиндре горелки, осевая составляющая скорости движения топливовоздушной смеси высока, в результате из-за большой дальнобойности факела пламени печь работает с нормальной полнотой сгорания в узком интервале режимов ее работы.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение полноты сгорания твердого топлива в печи на всех режимах ее работы путем изменения дальнобойности факела пламени жидкого топлива за счет изменения угла его распыления.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является модернизированная конструкция буртиков внутреннего и внешнего цилиндров горелки, которые выполнены в виде шнеков противоположного направления с прямоугольными канавками. Изменение дальнобойности факела пламени достигается путем выполнения шнека каждый раз под разным углом.
Поставленная задача решается тем, что устройство для поддержания горения в печи, характеризующееся тем, что оно включает корпус, выполненный в виде цилиндра из стали, установленный соосно в нем внешний цилиндр, на конце которого с внутренней стороны образован цилиндрический буртик, выполненный в виде шнека с прямоугольными канавками, а на другом его конце выполнены отверстия для подачи жидкого топлива, внутренний цилиндр, установленный соосно внутри внешнего цилиндра и имеющий на конце с наружной его стороны цилиндрический буртик, выполненный в виде шнека противоположного направления с прямоугольными канавками, при этом эти два буртика со шнеками противоположного направления при их сочленении образуют пересекающиеся прямоугольные канавки, электросвечу, соосно установленную внутри внутреннего цилиндра, цилиндрическую вставку, соосно установленную с внешним цилиндром и отцентрованную с помощью пилонов, которая образует с внешним цилиндром канал для перепуска жидкого топлива, при этом между торцом вставки и цилиндрическим буртиком внешнего цилиндра образована кольцевая щель для прохода жидкого топлива, а на другом конце вставки выполнены отверстия для подачи воздуха в кольцевой канал, образованный между вставкой и внутренним цилиндром, коллектор для подачи жидкого топлива и коллектор для подачи воздуха, соосно установленные с наружной стороны цилиндрического корпуса.
На фиг. 1 приведен продольный разрез предлагаемого устройства.
На фиг. 2 - продольный разрез 3D модели предлагаемого устройства.
На фиг. 3 - общий вид устройства
На фиг. 4, 6 и 8 внутренний цилиндр с буртиком со шнеком под углами β=90°, 75° и 45°.
На фиг. 5, 7 и 9 факел распыления жидкого топлива при разных углах винтовой нарезки шнека.
Предлагаемое устройство для поддержания горения в печи содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндра из стали. Внутри корпуса 1 соосно установлен внешний цилиндр 2, на конце которого с внутренней стороны образован цилиндрический буртик 3, выполненный в виде шнека с прямоугольными канавками, а на другом его конце выполнены отверстия 12 для подачи жидкого топлива.
Внутренний цилиндр 9 установлен соосно внутри внешнего цилиндра 2 и имеет на конце с наружной его стороны цилиндрический буртик 10, выполненный в виде шнека противоположного направления с прямоугольными канавками. При этом эти два буртика 3 и 10 со шнеками противоположного направления при их сочленении образуют пересекающиеся прямоугольные канавки.
Внутри внутреннего цилиндра 9 соосно установлена электросвеча 18, а цилиндрическая вставка 4 для разделения компонентов топлива соосно установлена внутри внешнего цилиндра 2 и отцентрована с помощью пилонов 6.
Между вставкой 4 и внешним цилиндром 2 образован канал 7 для перепуска жидкого топлива. При этом между торцом вставки 4 и цилиндрическим буртиком 3 внешнего цилиндра 2 образована кольцевая щель 5 для прохода жидкого топлива, а на другом конце вставки 4 выполнены отверстия 14 для подачи воздуха в кольцевой канал 8, образованный между, вставкой 4 и внутренним цилиндром 9.
На корпусе 1 с наружной стороны соосно установлены коллектор 11 для подачи жидкого топлива и коллектор 13 для подачи воздуха, а также фланец 19 для крепления устройства к печи.
Для предотвращения утечки топлива между корпусом 1 и внешним цилиндром 2, между внешним цилиндром 2 и цилиндрической вставкой 4, а также между цилиндрической вставкой 4 и внутренним цилиндром 9 установлены прокладки 15.
Предлагаемое устройство для поддержания горения в печи работает следующим образом.
Сжатый воздух и жидкое топливо (например, керосин, солярка) одновременно подаются через трубопроводы 16 и 17 в коллекторы 13 и 11 соответственно. Затем они поступают раздельно через отверстия 14 и 12 в каналы 8 и 7 для перепуска воздуха и топлива. Далее топливо проходит через кольцевую щель 5 в конец канала 8 для перепуска воздуха и смешивается с последним. Для устранения возможного преждевременного воспламенения топливовоздушной смеси из-за смешения топлива с воздухом каналы 7 и 8 отделены один от другого цилиндрической вставкой 4. За счет турбулизации потока (возникновения вихрей) в шнеках с прямоугольными канавками, образованных в буртиках 3 и 10 цилиндров 2 и 9, жидкое топливо дробится на мельчайшие капли, в результате чего топливовоздушная смесь из устройства выходит в виде мелкого аэрозоля и надежно воспламеняется от искры электросвечи 18. Благодаря наличию свечи 18 устройство может работать автономно.
Угол винтовой нарезки шнека β устройства может меняться в широких пределах от β=10° до β=90°.
При угле винтовой нарезки β=90° шнек 10 внутреннего цилиндра 9 превращается в продольные прямоугольные канавки (в шлицы) (фиг. 4). В этом случае угол распыления жидкого топлива будет небольшой, но будет достигнута максимальная осевая составляющая скорости движения топливовоздушной смеси, что существенно увеличивает дальнобойность факела пламени (фиг. 5).
При угле винтовой нарезки β=10° форма шнека приближается к поперечным прямоугольным канавкам (фиг 8). В этом случае угол распыления жидкого топлива будет наибольший (рис. 9), в результате осевая составляющая скорости движения топливовоздушной смеси будет наименьшая, что заметно снижает дальнобойность факела пламени.
Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить полноту сгорания твердого топлива за счет лучшего подбора угла винтовой нарезки шнека устройства для поддержания пламени, что несомненно даст экономический эффект.