горелка

Формула изобретения

Горелка, содержащая корпус, соединенный с источником воздуха, лопаточный завихритель, расположенный в корпусе, по оси которого размещен узел подачи топлива, каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, при этом лопатки завихрителя имеют полости, отличающаяся тем, что полости лопаток завихрителя соединены с источниками воздуха и сообщаются с каналами, образованными соседними лопатками завихрителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для факельного сжигания органических топлив в топках и печах.

При эксплуатации топок, например, газомазутных котлов или печей, работающих с низкими избытками воздуха, воздействие на развитие процесса выгорания топлива и конфигурацию факела, от которых зависит распределение тепловых потоков, воспринимаемых экранами, а также экологическая безопасность процесса, можно осуществить с помощью регулируемых горелок. Такими регулируемыми горелками оборудуются парогенераторы газомазутных электростанций и отопительных котельных, несущих переменную часть графика нагрузки.

Известна регулируемая газомазутная горелка. Горелка состоит из присоединенного к источнику воздуха корпуса и размещенных в нем узла подачи топлива, а также выходной трубы и центральной трубы (см. Адамов В.А. "Сжигание мазута в топках котлов". Л., Недра, 1989, с. 109, р. 4.28). Основной поток воздуха подается в корпус, в периферийном кольцевом канале которого установлен аксиальный лопаточный завихритель с поворотными лопатками. Остальная часть воздуха подается по центральной трубе горелки и закручивается установленным в ней аксиальным лопаточным завихрителем. Управление характеристиками факела осуществляется за счет изменения угла установки лопаток завихрителя при их повороте с помощью механизмов привода, а также изменением долей центрального и периферийного потоков воздуха.

Указанная горелка имеет ряд недостатков: наличие в конструкции механических приводов, обладающих низкой надежностью, и узкий диапазон регулирования без ухудшения характеристик, т.е. без возникновения пульсации, срыва факела, увеличения неполноты сгорания топлива и возрастания выбросов токсичных продуктов.

Наиболее близкой к заявленной горелке является горелка, содержащая корпус, соединенный с источником воздуха, лопаточный завихритель, расположенный в корпусе, по оси которого размещен узел подачи топлива, каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, при этом лопатки завихрителя имеют полости (см. патент РФ N 2027105, МПК F 23 D 17/00, 1995).

Задачей изобретения является повышение надежности работы регулирующего устройства, расширение диапазона регулирования, предотвращение срывов горящего факела, снижение выбросов токсичных продуктов сгорания.

Задача решается тем, что горелка содержит корпус, соединенный с источником воздуха, лопаточный завихритель, расположенный в корпусе, по оси которого размешен узел подачи топлива, каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, при этом лопатки завихрителя имеют полости, которые соединены с источником воздуха и сообщаются с каналами, образованными соседними лопатками завихрителя.

Воздух, подаваемый от источников в полости лопаток завихрителя, вытекает через каналы в стенках лопаток в каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, и, взаимодействуя с основным потоком воздуха, вызывает изменение его направления на выходе из канала завихрителя, что приводит к изменению интенсивности крутки и структуры потока на выходе из горелки. Воздействие на основной поток осуществляется за счет влияния нормальной к стенке лопатки составляющей импульса потока воздуха, подаваемого через каналы в стенке. Величина этой составляющей импульса определяется расходом и направлением истечения вдуваемого воздуха.

Такое воздействие на поток исключает необходимость поворота лопаток завихрителя для управления круткой создаваемого им потока, и тем самым отпадает необходимость в наличии ненадежных механизмов привода поворота лопаток в конструкции горелки.

Сообщение полостей лопаток с каналами, образованными соседними лопатками завихрителя, реализуется в виде перфорации с различной формой, размерами и ориентацией отверстий или в виде пористых вставок в стенке лопаток. Выбор конструктивного исполнения полостей внутри лопаток осуществляется при проектировании конкретного устройства.

На фиг. 1 изображена развертка окружного сечения завихрителя с лопатками.

На фиг. 2 изображена схема взаимодействия основного и управляющих потоков воздуха.

Горелка содержит лопатки с полостями 1, соединенными с источниками воздуха и сообщающимися через соединительные каналы 2 в стенке лопаток 3 с каналами 4, образованными соседними лопатками завихрителя.

Горелка работает следующим образом.

Воздух, подаваемый от источников в полости 1 лопаток 3, вытекает через соединительные каналы 2 в каналы 4 и, взаимодействуя с основным потоком воздуха, вызывает изменение его направления на выходе из канала 4, образованного соседними лопатками 3 завихрителя, что приводит к изменению интенсивности крутки и структуры результирующего закрученного потока на выходе из горелки. Воздействие на основной поток осуществляется за счет влияния нормальной к стенке лопатки 3 составляющей импульса потоков воздуха, подаваемых через каналы 2. Величина этой составляющей импульса определяется расходом и направлением вдуваемого воздуха.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения, т.е. возможность изменения крутки потока, выходящего из лопаточного завихрителя, путем его подачи через соединительные каналы 2 в стенке лопатки 3 потока управляющего потока основывается на следующем.

На фиг. 2 изображена схема взаимодействия основного и управляющих потоков на примере взаимодействия основного и одного из управляющих потоков воздуха.

Согласно соотношению по ОСТ 108.836.05-82 "Горелки газомазутные. Амбразуры стационарных паровых котлов" параметр крутки потока n на выходе из лопаточного завихрителя зависит от угла выхода потока (результирующего потока) из межлопаточного канала как



где D - наружный диаметр канала завихрителя,

d - внутренний диаметр канала завихрителя.

В соответствии со схемой на фиг. 2 угол выхода результирующего потока из межлопаточных каналов равен

= _г+, (2),

где _г - угол установки лопаток (геометрический угол);

- угол отклонения результирующего потока.

Величина находится по закону сохранения количества движения (см. с. 102, Залманзон Л.А. "Теория элементов пневмоники", М., Наука, 1969, с. 508) в зависимости от соотношения количеств движения основного и управляющего потоков при постоянстве статического давления в зоне их взаимодействия:



где K₁, K₂ - соответственно количества движения основного и управляющего потоков;

- угол отклонения соединительного канала от нормали к стенке лопатки.

Величины K₁ и K₂ определяются как



где ₁,₂ - соответственно плотности основного и управляющего потоков;

s - ширина межлопаточного канала;

h - высота лопатки;

b - ширина щели для подачи управляющего потока;

W₁ и W₂ - соответственно скорости основного и управляющего потоков.

Окончательный результат управления основным потоком будет проявляться как суммарный эффект воздействия всех управляющих потоков воздуха.

Формулы (1-4) составляют математическую модель работы предлагаемого устройства, которая, будучи основанной на известных закономерностях, является вполне достоверной. Усложнение схемы за счет введения более сложной системы отверстий в виде перфорации с различной формой, размерами и ориентацией отверстий или в виде пористых вставок в стенке лопаток не изменит качественных свойств модели.

Из модели (1-4) следует возможность изменять крутку потока на выходе завихрителя за счет изменения скорости управляющего потока (то есть его расхода) без поворота лопаток, тем самым достигается технический результат при использовании предлагаемой горелки.