RU2132018C1

RU2132018C1 - Burner

Info

Publication number: RU2132018C1
Application number: RU97120897A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Селезнев; Л.И. Сень; В.С. Кузин; А.И. Урбанович
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: power engineering; combustion of heavy liquid fuels in mobile and stationary steam boilers. SUBSTANCE: burner has air duct, converging-diverging nozzle, ring fuel chamber connected with nozzle neck through fuel feed radial channels, and adjusting cone. Converging-diverging space is made along longitudinal axis of adjusting cone. This space accommodates fuel feed pipe whose outlet hole is located on its longitudinal axis stationary relative to converging-diverging nozzle. Adjusting cone is installed on longitudinal axis of nozzle for translational movement along axis and for possibility of contact with nozzle surface. EFFECT: provision of complete combustion of fuel with excess air coefficient 1.05 at wide range of capacity regulation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания тяжелых жидких топлив в транспортных и стационарных паровых котлах. The invention relates to the field of energy and can be used for burning heavy liquid fuels in transport and stationary steam boilers.

Известно горелочное устройство, содержащее воздушный короб, распыливающее сопло для подачи первичного воздуха, насадок для регулирования расхода вторичного воздуха и топливную трубку (см. Л.А. Витман, Б.Д. Кацнельсон, И. И. Палеев "Распыливание жидкости форсунками" Москва, 1962, стр. 167-168, рис. 6-46). Known burner device containing an air box, a spray nozzle for supplying primary air, nozzles for regulating the flow of secondary air and a fuel pipe (see L.A. Vitman, B.D. Katsnelson, I.I. Paleev "Spraying liquid by nozzles" Moscow , 1962, p. 167-168, Fig. 6-46).

Недостатком этого горелочного устройства является подача топлива и потока первичного воздуха спутно по оси горелки, что предопределяет недостаточную степень распределения топлива по поперечному сечению потока воздуха. Кроме того, горелка не приспособлена для работы на больших расходах топлива. The disadvantage of this burner device is the supply of fuel and primary air flow along the axis of the burner, which determines an insufficient degree of fuel distribution over the cross section of the air flow. In addition, the burner is not suitable for operation at high fuel consumption.

Известно также горелочное устройство, содержащее воздушный короб, конфузорно-диффузорное сопло, кольцевую топливную камеру, связанную топливоподающими радиальными каналами с горловиной сопла, и регулировочный конус, установленный на продольной оси сопла с возможностью поступательного перемещения вдоль нее (см. Ю.С. Селезнев, Л.И. Сень, В.С. Кузин "Проектирование и расчет топочных устройств для судовых парогенераторов" Учебное пособие, Владивосток, 1976, стр. 45-47, рис. 2.1). Also known is a burner device containing an air box, a confuser-diffuser nozzle, an annular fuel chamber connected by fuel-supplying radial channels to the nozzle neck, and an adjusting cone mounted on the longitudinal axis of the nozzle with the possibility of translational movement along it (see Yu.S. Seleznev, LI Sen, VS Kuzin "Design and calculation of furnace devices for ship steam generators" Textbook, Vladivostok, 1976, pp. 45-47, Fig. 2.1).

Недостаток этого технического решения - невозможность его эффективного использования при уменьшении расхода топлива менее 30% от номинального. При снижении давления топлива в кольцевой камере и при высоких скоростях распыливающего воздуха в месте впрыска струй топлива происходит его вытекание на стенки диффузора с образованием пленки, что приводит к значительному ухудшению дисперсности его распыливания топлива при долевых нагрузках горелочного устройства. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of its effective use while reducing fuel consumption less than 30% of the nominal. With a decrease in the fuel pressure in the annular chamber and at high speeds of spraying air at the injection site of the fuel jets, it flows out onto the walls of the diffuser with the formation of a film, which leads to a significant deterioration in the dispersion of its atomization of fuel at fractional loads of the burner device.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, выражается в расширении диапазона регулирования расхода топлива при неизменном качестве его распыливания. The problem to which the claimed solution is directed is expressed in expanding the range of regulation of fuel consumption with the same quality of its atomization.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении полного сгорания топлива с коэффициентом избытка воздуха 1,05 при широком диапазоне регулирования производительности. The technical result obtained when solving the problem is expressed in ensuring complete combustion of the fuel with an excess air coefficient of 1.05 with a wide range of performance control.

Поставленная задача решается тем, что горелочное устройство, содержащее воздушный короб, конфузорно-диффузурное сопло, кольцевую топливную камеру, связанную топливоподающими радиальными каналами с горловиной сопла, и регулировочный конус, установленный на продольной оси сопла с возможностью поступательного перемещения вдоль нее, отличается тем, что вдоль продольной оси регулировочного конуса выполнена полость конфузорно-диффузорного профиля, при этом в полости конуса размещена топливоподающая трубка, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси, неподвижно относительно конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства, причем регулировочный конус установлен с возможностью контактирования с поверхностью конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства. При этом выпускные отверстия топливоподающих радиальных каналов размещены на конфузорной поверхности конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства с возможностью взаимодействия с поверхностью регулировочного конуса. The problem is solved in that the burner device containing an air box, a diffuser nozzle, an annular fuel chamber connected by radial fuel supply channels to the nozzle neck, and an adjusting cone mounted on the longitudinal axis of the nozzle with the possibility of translational movement along it, are characterized in that a cavity of the confuser-diffuser profile is made along the longitudinal axis of the adjusting cone, while a fuel supply tube is placed in the cone cavity, the outlet of which is located on its longitudinal axis, motionless relative to the confuser-diffuser nozzle of the burner device, and the adjustment cone is installed with the possibility of contacting the surface of the confuser-diffuser nozzle of the burner device. In this case, the outlet openings of the fuel-supplying radial channels are placed on the confuser surface of the confuser-diffuser nozzle of the burner device with the possibility of interaction with the surface of the adjusting cone.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию "новизна". A comparative analysis of the features of the claimed solution and the characteristics of analogues and prototype indicates that the solution meets the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи. The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признак "...вдоль продольной оси регулировочного конуса выполнена полость конфузорно-диффузорного профиля..." дает возможность существенно уменьшить напор вторичного воздуха при сохранении высокого скоростного напора, когда регулировочный конус полностью перекрывает проходное сечение для первичного воздуха за счет формирования "дополнительного сопла", оптимизированного под малые расходы топлива. The sign "... a cavity of the confuser-diffuser profile is made along the longitudinal axis of the adjusting cone ..." makes it possible to significantly reduce the pressure of the secondary air while maintaining a high velocity head, when the adjusting cone completely blocks the flow area for primary air due to the formation of an "additional nozzle" optimized for low fuel consumption.

Признак "...в полости конуса размещена топливоподающая трубка, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси неподвижно относительно конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства..." обеспечивает подачу топлива при минимальной производительности горелочного устройства (менее 30% от номинального расхода топлива). The sign "... in the cavity of the cone there is a fuel supply tube, the outlet of which is located on its longitudinal axis motionless relative to the diffuser nozzle of the burner device ..." provides fuel supply with a minimum burner output (less than 30% of the nominal fuel consumption).

Признак ". ..регулировочный конус установлен с возможностью контактирования с поверхностью основного конфузорно-диффузорного сопла горелочного устройства. .." обеспечивает пропорциональное регулирование расхода воздуха, уменьшая (или увеличивая) проходное сечение между конусом и конфузорной частью основного сопла, вплоть до полного перекрытия проходного сечения для первичного воздуха, и дает возможность полностью перекрыть подачу топлива через выпускные отверстия кольцевой топливной камеры, т.е. исключить влияние основного сопла на работу дополнительного, при работе горелки на пониженных расходах топлива. The sign ". .. the adjusting cone is installed with the possibility of contacting with the surface of the main confuser-diffuser nozzle of the burner device .. .." provides proportional control of the air flow, decreasing (or increasing) the cross-section between the cone and the confuser part of the main nozzle, up to the complete passage sections for primary air, and makes it possible to completely shut off the fuel supply through the outlet openings of the annular fuel chamber, i.e. to exclude the influence of the main nozzle on the operation of the additional, when the burner is operating at reduced fuel consumption.

Признаки второго пункта формулы дают возможность равномерно распределить топливо по впрыскивающим отверстиям перпендикулярно потоку воздуха в начальном участке проточной части суженного сечения основного сопла, при обеспечении возможности полного перекрытия этих отверстий на малых расходах топлива. The signs of the second paragraph of the formula make it possible to evenly distribute the fuel along the injection holes perpendicular to the air flow in the initial section of the flowing part of the narrowed section of the main nozzle, while ensuring the possibility of complete overlap of these holes at low fuel consumption.

На фиг. 1 показано горелочное устройство при максимальном расходе топлива, на фиг. 2 - то же, но при минимальном расходе топлива. In FIG. 1 shows a burner device at maximum fuel consumption; FIG. 2 - the same, but with minimal fuel consumption.

На чертеже показаны воздушный короб 1, кольцевая топливная камера 2, впрыскивающие отверстия 3 топливоподающих радиальных каналов, конфузорно-диффузорное сопло 4, регулировочный конус 5, полость 6 конфузорно-диффузорного профиля, топливоподающая трубка 7 и стабилизатор воспламенения 8. The drawing shows the air box 1, the annular fuel chamber 2, the injection holes 3 of the fuel supply radial channels, the diffuser nozzle 4, the adjusting cone 5, the cavity 6 of the confuser-diffuser profile, the fuel supply tube 7 and the ignition stabilizer 8.

Горелочное устройство состоит из воздушного короба 1, кольцевой камеры 2, проточно-распылительной части и стабилизатора воспламенения 8. Кольцевая камера 2 дает возможность равномерно распределить топливо по топливоподающим радиальным каналам, выпускные отверстия 3 которых расположены по образующей конфузорной части сопла 4. Проточно-распылительная часть образована основным конфузорно-диффузорным соплом 4 и регулировочным конусом 5. Площадь поперечного сечения в пределах регулировочного конуса 5 и конфузора проточный части за местом размещения впрыскивающих отверстий 3 имеет минимальное значение (суженное сечение), обеспечивающее определенный расход воздуха на горелку и завершение процесса распада струй топлива на капли. Изменение расхода воздуха на горелку достигается путем осевого перемещения регулировочного конуса 5. Увеличение или уменьшение площади поперечного сечения в суженной части при постоянном давлении воздуха перед горелкой обеспечивает пропорциональное регулирование его расхода. Вдоль продольной оси регулировочного конуса 5 выполнена полость 6 конфузорно-диффузорного профиля, позволяющая создать высокую скорость вторичного воздуха в суженном сечении дополнительного сопла при сохранении низкого напора перед соплом в воздушном коробе 1. Внутри полости 6 размещена топливоподающая трубка 7, выпускное отверстие которой расположено на его продольной оси. Топливоподающая трубка 7 располагается таким образом, что при полностью закрытом сечении для прохода первичного воздуха выпускное отверстие топливной трубки находится в суженном сечении конфузорно-диффузорной полости 6, что обеспечивает качественное распыливание топлива при высоком скоростном напоре вторичного воздуха. The burner device consists of an air box 1, an annular chamber 2, a flow-spray part and an ignition stabilizer 8. The annular chamber 2 makes it possible to evenly distribute the fuel along the fuel-supply radial channels, the exhaust openings 3 of which are located along the generatrix of the confuser part of the nozzle 4. The flow-spray part formed by the main confuser-diffuser nozzle 4 and the adjusting cone 5. The cross-sectional area within the adjusting cone 5 and the confuser flow parts behind the place the displacement of the injection holes 3 has a minimum value (narrowed section), which ensures a certain air flow rate to the burner and the completion of the process of disintegration of fuel jets into droplets. Changing the air flow to the burner is achieved by axial movement of the adjusting cone 5. Increasing or decreasing the cross-sectional area in the narrowed part with constant air pressure in front of the burner provides proportional control of its flow. Along the longitudinal axis of the adjusting cone 5, a cavity 6 of the confuser-diffuser profile is made, which makes it possible to create a high secondary air velocity in the narrowed section of the additional nozzle while maintaining a low pressure in front of the nozzle in the air box 1. Inside the cavity 6 there is a fuel supply tube 7, the outlet of which is located on its longitudinal axis. The fuel supply pipe 7 is arranged in such a way that when the cross section for primary air passage is completely closed, the outlet of the fuel pipe is in the narrowed section of the confuser-diffuser cavity 6, which ensures high-quality atomization of the fuel at a high pressure head of the secondary air.

Горелочное устройство работает следующим образом. The burner device operates as follows.

Перед запуском устройства регулировочный конус 5 устанавливают в крайнем левом положении и производят продувку топки котла первичным воздухом из воздушного короба 1. После продувки подогретое жидкое топливо подают в кольцевую камеру 2 и впрыскивают через выпускные отверстия 3 топливоподающих радиальных каналов перпендикулярно потоку первичного распыливающего воздуха. Дисперсная топливо-воздушная смесь, выходящая из сопла 4, поступает в стабилизатор воспламенния 8. Стабилизация воспламенения горючей смеси осуществляется за счет образования зоны обратных токов по периферии факела. Before starting the device, the adjusting cone 5 is installed in the extreme left position and the boiler furnace is purged with primary air from the air box 1. After purging, the heated liquid fuel is fed into the annular chamber 2 and injected through the outlet 3 of the fuel supply radial channels perpendicular to the stream of primary atomizing air. The dispersed fuel-air mixture leaving the nozzle 4 enters the ignition stabilizer 8. The ignition of the combustible mixture is stabilized by the formation of a reverse current zone along the periphery of the torch.

При снижении нагрузки горелочного устройства регулировочный конус 5 перемещают вправо вдоль оси, уменьшая проходное сечение между конусом и конфузорной частью сопла 4, а следовательно, и подачу воздуха на горение при неизменной его скорости (≈ 80-100 м/с) в суженном сечении диффузорного сопла 4. Соответственно уменьшают расход топлива (в заданном соотношении с расходом воздуха) за счет снижения его давления перед горелочным устройством (в кольцевой камере 2). При снижении нагрузки горелочного устройства (менее 30%) регулировочный конус 5 полностью перекрывает проходное сечение для первичного воздуха и топливоподающие каналы 3. Одновременно в работу включается полость 6 с подачей топлива через соосно установленную трубку 7 с проходным сечением, рассчитанным на расход топлива менее 30% от номинального. With a decrease in the load of the burner device, the adjusting cone 5 is moved to the right along the axis, decreasing the flow area between the cone and the confuser part of the nozzle 4, and therefore the combustion air supply at a constant speed (≈ 80-100 m / s) in the narrowed section of the diffuser nozzle 4. Accordingly, they reduce fuel consumption (in a given ratio with air consumption) by reducing its pressure in front of the burner device (in the annular chamber 2). With a decrease in the load of the burner device (less than 30%), the adjusting cone 5 completely covers the flow area for primary air and the fuel supply channels 3. At the same time, cavity 6 is switched on with fuel supply through a coaxially installed tube 7 with a flow area designed for fuel consumption of less than 30% from the nominal.

Испытания горелочного устройства производительностью 600 кг/ч показали, что оно удовлетворительно работает при напорах воздуха до 100 мм вод.ст., давлении топлива до 0.2 ати и обеспечивает полное сгорание тяжелого топлива с коэффициентом избытка воздуха ~ 1,05 при широком диапазоне регулирования производительности. Tests of a burner with a capacity of 600 kg / h showed that it works satisfactorily with air pressures up to 100 mm water column, fuel pressure up to 0.2 atm and provides complete combustion of heavy fuel with an excess air ratio of ~ 1.05 with a wide range of capacity control.

Claims

1. A burner device containing an air box, a confuser-diffuser nozzle, an annular fuel chamber connected by fuel-supplying radial channels to the nozzle neck, and an adjustment cone mounted on the longitudinal axis of the nozzle with the possibility of translational movement along it, characterized in that along the longitudinal axis of the adjustment the cavity of the cone of the confuser-diffuser profile is made, while in the cavity of the cone a fuel supply tube is placed, the outlet of which is located on its longitudinal axis not movably relative to the confuser-diffuser nozzle of the burner device, and the adjusting cone is mounted with the possibility of contacting the surface of the confuser-diffuser nozzle of the burner device.

2. The device according to claim 1, characterized in that the outlet openings of the fuel-supplying radial channels are placed on the confuser surface of the confuser-diffuser nozzle of the burner device with the possibility of interaction with the surface of the adjusting cone.