ЭЖЕКЦИОННАЯ ГОРЕЛКА

Изобретение относится к устройствам для сжигания топливных ресурсов и может применяться для обеспечения термического воздействия в процессах различного технологического назначения: дезинфекции, сжигания, нагрева, осушки, термического обезвреживания в системах утилизации отходов, в установках для подогрева воздуха металлургических печей и т.д. Перспективно использование эжекционной горелки для экологически чистого сжигания тяжелых жидких топлив и масляных отработок, эффективного дожигания дымовых и пиролизных газов.

Известна горелка, предназначенная для сжигания жидкого или газообразного топлива, содержащая корпус, завихритель, перфорированную камеру, диафрагму, штуцера подвода сжатого воздуха и топлива (см. Вихревой эффект и его применение в технике /Сб. Материалов Всесоюзной научно-технической конференции. - Куйбышев, 1988. - С.92).

Недостатком данной конструкции является низкая полнота сгорания, невозможность работы на разных сортах горючего, отличающихся по вязкости (керосин, дизельное топливо) или по фазовому состоянию (газообразное или жидкое), а также наличие сложной системы зажигания и узкий диапазон устойчивости по коэффициенту избытка воздуха.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является горелка, содержащая корпус с патрубками подвода компонентов горения, форсунку, стабилизатор и продувочные окна (SU 1763804 A1, F 23 14/38. Горелка, 23.09.92, бюл.№35).

Недостатком данной конструкции является неэффективная система формирования и гомогенизации потока топливовоздушной смеси, низкая полнота сгорания и надежность воспламенения, узкий диапазон устойчивой работы, невозможность применения альтернативных систем зажигания.

Техническим результатом изобретения является повышение качества смесеобразования, увеличение степени испаренности топлива в форсунке, увеличение полноты сгорания топлива, расширение диапазона устойчивой работы эжекционной горелки по коэффициенту избытка воздуха, создание возможности применения различных систем зажигания, повышение эффективности охлаждения камеры сгорания, повышение надежности воспламенения топливовоздушной смеси, повышение надежности стабилизации фронта пламени, уменьшение времени запуска эжекционной горелки, повышение устойчивости горения.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что эжекционная горелка, содержащая корпус с патрубками подвода компонентов горения, форсунку, стабилизатор и продувочные окна, при этом форсунка дополнительно содержит смесительный эжектор, состоящий из корпуса, конфузорного канала, штуцеров подвода топлива и окислителя, конструкция которого позволяет регулировать площади проходных сечений эжектрующего и эжектируемого потоков за счет изменения глубины проникновения штуцера подачи окислителя в конфузорный канал эжектора. Расширение потока топливовоздушной смеси в форсунке происходит на двух участках с различными углами конусности, а диаметр сферической крышки больше диаметра проточной части форсунки. Продувочные окна выполнены в виде трехступенчатой системы, продувочные окна первой ступени представляют собой отверстия в корпусе горелки, продувочные окна второй ступени - ряд отверстий в камере сгорания, площади проходных сечений которых изменяются путем перемещения регулировочного кольца по поверхности камеры сгорания, продувочное окно третьей ступени - коаксиальный кольцевой канал, повторяющий геометрию камеры сгорания. Трубка стабилизатора свернута в виде цилиндрической спирали.

Смесительный эжектор в конструкцию форсунки введен для повышения качества смесеобразования. Для увеличения степени испаренности топлива расширение потока топливовоздушной смеси в форсунке происходит на двух участках с различными углами конусности, а диаметр сферической крышки больше диаметра проточной части. Для увеличения полноты сгорания и расширения диапазона устойчивой работы по коэффициенту избытка воздуха система продувочных окон выполнена трехступенчатой. Продувочные окна первой ступени представляют собой отверстия в корпусе горелки. Их геометрия предусматривает удобство применения различных систем зажигания (ветошь, малоразмерное газогорелочное устройство). Продувочные окна второй ступени - ряд отверстий в камере сгорания, площади проходных сечений которых изменяются путем перемещения регулировочного кольца по поверхности камеры сгорания. Для повышения эффективности охлаждения камеры сгорания продувочное окно третьей ступени представляет собой коаксиальный кольцевой канал, повторяющий геометрию камеры. Для повышения надежности воспламенения и стабилизации фронта пламени, а также для уменьшения времени запуска эжекционной горелки и повышения устойчивости горения трубка стабилизатора свернута в виде цилиндрической спирали.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - продольный разрез эжекционной горелки с вынесенным сечением, фиг.2 - продольный разрез форсунки плоскостью, в которой находится смесительный эжектор.

Эжекционная горелка (фиг.1) содержит патрубок подвода сжатого воздуха 1, который крепится к корпусу эжекционной горелки 2 и соединен со стабилизатором 3 при помощи штуцера 4. Трубка стабилизатора 3 свернута в виде цилиндрической спирали. Сгорание топливовоздушной смеси осуществляется в камере сгорания 5. Продувочные окна выполнены в виде трехступенчатой системы. Продувочное окно 6 третьей ступени эжекции представляет собой коаксиальный кольцевой канал между камерой сгорания 5 и кожухом 7. Продувочные окна 8 второй ступени эжекции, представляющие собой ряд отверстий в камере сгорания 5, перекрываются регулировочным кольцом 9, которое перемещается по поверхности камеры сгорания. На вынесенном сечении показаны продувочные окна 10 первой ступени эжекции, представляющие собой отверстия в корпусе эжекционной горелки 2. Форсунка 11 содержит смесительный эжектор (фиг.2), состоящий из корпуса 12 и конфузорного канала 13, в который поступают окислитель через штуцер 14 и топливо через штуцер подачи топлива 15. Смесительный эжектор крепится тангенциально к камере тангенциального ввода 16. Вихревая камера 17 и коническая камера 18 имеют диффузорные участки с различными углами конусности. Форсунка заканчивается сферической крышкой 19, диаметр которой больше диаметра проточной части форсунки. Вихревая камера, коническая камера и сферическая крышка служат для формирования и гомогенизации закрученного потока горючей смеси, истечение которой в камеру сгорания 5 осуществляется через сопло диафрагмы 20.

Эжекционная горелка работает следующим образом. Сжатый воздух из компрессора через патрубок 1 и штуцер 4 поступает в стабилизатор 3, выполненный в виде теплообменного аппарата, в котором нагревается горячим потоком продуктов сгорания и поступает в смесительный эжектор через штуцер 14. В смесительном эжекторе воздух, являющийся активным потоком, эжектирует топливо, которое подается под давлением из вытеснительной системы через штуцер подачи топлива 15, а затем образующаяся в смесительном эжекторе топливовоздушная смесь в виде закрученного потока поступает через конфузорный канал 13 в камеру тангенциального ввода форсунки 16. Дальнейшее перемешивание и подготовка горючей смеси происходит в вихревой камере 17, конической камере 18 и сферической крышке 19. Окончательно подготовленная к сгоранию топливовоздушная смесь истекает из сопла диафрагмы 20 в камеру сгорания 5, где происходит ее воспламенение от внешнего источника в режиме запуска и от рециркуляционных зон горячих продуктов сгорания, образующихся вблизи стабилизатора 3, - в режиме автостабилизации. В качестве внешнего источника может выступать ветошь, смоченная горючим веществом (например, керосином), или малоразмерное газогорелочное устройство. Дополнительный воздух эжектируется в зону горения через трехступенчатую систему продувочных окон 6, 8, 10. Регулирование расхода воздуха через вторую ступень эжекции осуществляется путем перемещения регулировочного кольца 9 по поверхности камеры сгорания 5, при котором происходит изменение площадей проходных сечений продувочных окон 8. Продувочное окно 6 служит также для охлаждения камеры сгорания 5.

Конструкция эжекционной горелки предусматривает удобство зажигания, регулирования, поддержания необходимых соотношений топлива и окислителя при изменении нагрузки и режимных параметров.