CS216113B1 - Zařízení pro rozprašování paliva - Google Patents

Abstract

Zařízení pro rozprašování paliva sestává z válcové komory s prostředky pro uvádění proudu vzduchu do rotace a ze směšovací komory pro směšování paliva se vzduchem, přičemž obě komory jsou souosé a jsou spojeny válcovým kanálem. Jím prochází při vodní nátrubek pro přívod paliva, zakončený děrovanou koncovkou. Čelní konec děrované koncovky leží ve vzdálenosti rovné 1 až 3 průměrům směšovací komory před výstupním hrdlem směšovací komory, Do válcové stěny směšovací komory je tangenciálně k jejímu vnitřnímu povrchu zaveden alespoň jeden vzduchový nátrubek pro zavádění přídavného proudu vzduchu.

Description

Vynález se týká zařízení pro rozprašování hořlavých látek a pro vytváření jejich směsi, zejména zařízení pro rozprašování paliva do spalovací komory, které sestává z válcové komory s prostředky pro uvádění proudu vzduchu, zaváděného do válcové komory, do rotace, přiěemž válcová komora je souosá β válcovitou směšovací komorou pro směšování paliva se vzduchem a je s ní spojena válcovým kanálem, jímž prochází přívodní nátrubek pro přívod paliva s děrovanou koncovkou, jejíž čelní část zasahuje do směšovací komory.

Zařízení je možno uplatnit hlavně ve spalovacích zařízeních, jako jsou hořáky nebo dýzy, jakož i jako rozprašovací zařízení surovin v chemických výrobních procesech a při výrobě technického uhlíku.

V současné době je vážným problémem zvýšení účinnosti spalování různých druhů paliv, zejména tekutých paliv se sklonem ke koksování a plynů obsahujících za podmínek nízkých teplot poměrně vysoký podíl kondenzátu. Problém souvisí s přípravnými fázemi spalovacího procesu, to je s procesy rozprašování a disperze paliv do okysličovadla jako vzduchu nebo jiného kyslík obsahujícího plynu.

Konstrukční řešení rozprašovacích zařízení paliv mají zaručovat stejnou velikost kapek kapalných paliv v širokém rozmezí tlaků, rozdělovaných do proudu okysličovadla, jakož i konstantní teplotu paliva za účelem udržení setrvalé vazkosti. Při provozu spalovacích zařízení s proměnlivými, zatíženími jsou od jakosti rozprašování odvislé meze vznícení a stabilního spalování paliva. Pulzační procesy, vyvolávané ve vysoce intenzivních zařízeních pro rozprašování paliva, vyvolávají spalovací procesy s vlastní oscilací, což má za následek poruchy spalovacích zařízení, nebo potrubí pro přívod paliva nebo okysličovadla. Snaha o zajištění jakostního rozprašování při různých provozních stavech spalovacího zařízení vede ke složitosti zařízení pro rozprašování paliva, k nutnosti začlenění doplňkových regulačních souprav a ke složitosti konstrukčního provedení, čímž je zpětně snižována spolehlivost daného zařízení. Aerodynamika plamene a jeho hydrodynamická struktura jsou ve značné míře závislé na charakteristikách zařízení pro rozprašování paliva, které společně s charakteristikami spalovacího zařízení ovlivňují procesy vytváření kysličníků dusíku, kysličníku uhelnatého a jiných neoxydu,jících uhlovodíků.

Je známo zařízení pro rozprašováni tekutých uhlovodíkových paliv, sestávající z válcové komory pro uvádění ^plynného okysličovadla do rotačního pohybu, s tangenciálním přívodem okysličovadla a s válcovou výtokovou dýzou souosou s válcovou komorou. Palivo je do komory přiváděno nátrubkem s radiálními otvory pro přívod paliva do proudu plynného okysličovadla. Rozprašování paliva probíhá v tomto zařízení ve dvou etapách: mechanické rozprašování v radiálních výstupních otvorech a pneumatické rozprašování, vyvozované rotujícím proudem okysličovadla.

Nevýhodou tohoto řešeni je, že vazké druhy kapalných paliv nejsou však v tomto rozprašovacím zařízení rozprašovány dosti účinně. Kromě toho dochází v důsledku nasávání horkých plynů z topeniště k výstupnímu čelu přívodního nátrubku paliva k opalování čelní části nátrubku, čímž je anižováná provozní životnost a funkční spolehlivost rozprašovacího zařízení.

Je také známo zařízení pro rozprašování uhelného prášku, sestávající z válcové vířivé komory konstantního průměru, s tangenciálním přívodem plynného okysličovadla. V čelní atěně komory je zabudován nátrubek pro přívod uhelného přSSku. Pro rozprašování paliva je využívána pouze energie plynného okysličovadla.

Nevýhodou je, že uplatnění pouze pneumatického vířivého rozprašování paliva nezaručuje účinné a rovnoměrné promísení paliva s okysličovadlem, což má za následek snížení dokonalos ti spalování paliva nebo. zvýšenou emisi kysličníku dusíku a uhlíku. V důsledku toho, že nejsou k dispozici vnější nebo vnitřní chladicí proudy okysličovadla, je snižována spolehlivost a provozní životnost tohoto rozprašovacího zařízení.

Dále je známo zařízení pro rozprašování paliva do spalovací komory, sestávající z válcové komory s vestavbou pro uvádění do rotace proudu spalovacího vzduchu, přiváděného do této komory, přičemž je tato komora souo8á s válcovou směšovací komorou pro směšování paliva se vzduchem a je s ní spojena válcovým kanálem, jímž prochází válcový nátrubek pro přívod paliva s děrovanou koncovkou,· jejíž čelní část zasahuje do směšovací komory paliva se vzduchem.

Nedokonalý stupeň rozprašování a směšování paliva s okysličovadlem je u tohoto řešeni zapříčiňován tím, že obvodová rychlost okysličovadla ve směšovací komoře se postupně snižuje. Kromě toho při vzniku precese nasávaného proudu horkých spalin se horké vířivé proudy přibližují k vnitřním stěnám směšovací komory, což má za následek snížení spolehlivosti zařízení při spalování paliv s vysokou difundovatelností.

Záměrem vynálezu je vytvoření zařízení pro spalování paliva, jehož konstrukční provedení by umožnilo zvýšení účinnosti rozprašování paliva, jakož i zvýšení spolehlivosti a životnosti vlastního zařízení. “

Tento záměr byl vyřešen tím, že u zařízení pro rozprašování paliva do spalovací komory, sestávajícího z válcové komory s prostředky pro uvádění proudu vzduchu zaváděného do válcové komory do rotace, přičemž válcová komora je souosá s válcovitou směšovací komorou pro směšování paliva se vzduchem a je s ní spojena válcovým kanálem, jímž prochází přívodní nátrubek pro přívod paliva s děrovanou koncovkou, jejíž čelní ěást zasahuje do směšovací komory, podle vynálezu, jehož podstatou je, že čelní konec děrované koncovky přívodního nátrubku je od výstupního hrdla směšovací komory vzdálen o 1 až 3 hodnoty vnitřního průměrů směšovací komory, přičemž směšovací komora obsahuje alespoň jeden vzduchový nátrubek pro zavádění přídavného proudu vzduchu, uspořádaný tangenciálně k jejímu vnitřnímu povrchu v těsné blízkosti čelní stěny směšovací komory tak, že proudem vzduchu dochází k rozprašování paliva přiváděného děrovanou koncovkou přívodního nátrubku pro přívod paliva.

Zabudováním vzduchového nátrubku pro tangenciální přívod proudu vzduchu do směšovací komory je dána možnost zvýšení stupně rozprášení paliva v důsledku zvýšení stupně turbulence proudů, směšovaných ve směšovací komoře. Obvodově zavádění tangenciálního proudu vzduchu umožňuje zajištění rovnoměrného proudu v prstencovém průřezu rotujícího okysličovadla -vzduS)iU. UffiíSWií dĚTRVBhě IřdftCOVký ftÁtřUfekU pTO přívod paliva ve vzdálenosti rovnající se hodnotě 1 až 3 vnitřních průměrů směšovací komory od výstupního hrdla směšovací komory umožňuje stabilizaci rotujícího proudu v krátkém úseku směšovací komory a tudíž zajištění hydrodyna3 mické struktury vířivého proudu, žádoucí pro vyvíjení akustických kmitů. K etapám mechanického a pneumatického rozprašování paliva je tudíž možno přičlenit etapu akustického rozprašování. Konečné rozprášeni paliva proběhne nadřazeností akustických kmitů, to je v tom okamžiku, kdy již proběhla podstatná část výměny tepla mezi částicemi paliva a vzduchem, V jádru víru přídavného proudu vzduchu se vytvoří hutný válec, rotující konstantní rychlostí a sestávající z produktů prakticky úplně odpařeného paliva, oxydačního vzduchu a vratných proudů spalin, což působí příznivě na účinnost rozprašování paliva. Omývání vnějších povrchu rozprašovacího zařízení částí proudu vzduchu, určeného pro doplňkovou rotaci, umožňuje zvýšení spolehlivosti a životnosti zařízení snížením teploty jeho stěn. Přivádění vzduchu prstencovou dutinou do spalovací komory přispívá rovněž k ochraně výstupního hrdla směšovací komory v důsledku aerodynamického posunutí pásma vratných proudů na bok spalovací komory. Přívodem přímočarých proudů vzduchu z prtencové dutiny přímo kolem rotujícího kuželovitého proudu rozprášeného paliva je umožněna regulace jeho úhlu'rozevření a tudíž ochrana stěn směšovací komory proti opalování.

Vynález blíže objasňuje příkladné provedení znázorněné na výkresu, který představuje schematický osový řez zařízením pro rozprašování paliva podle vynálezu, zabudované v potrubí pro přívod vzduchu do spalovací komory.

Zařízení pro rozprašování paliva sestává z válcové komory 1 s prostředky pro uvádění proúdu vzduchu do rotačního pohybu, tvořenými s výhodou šroubovicovým kanálem 2, vytvořeným vícechodým plochým závitem, provedeným na zadní části £ válcového přívodního nátrubku 4 paliva. Válcová komora 1 je souosá s válcovitou směšovací komorou 5 pro směšování paliva se vzduchem a je s ní spojena válcovým kanálem 6, jímž piOchází přívodní nátrubek 4. Přívodní nátrubek 4 je zakončen děrovanou koncovkou 7, jejíž čelo končí ve vzdálenosti označené písmenem 1 rovné 1 až 3 hodnotám d, před výstupním hrdlem směšovací komory £, přičemž hodnota označená písmenem d je vnitřní průměr směšovací komory £.

Do válcové stěny směšovací komory £ je tangenciálně k jejímu vnitřnímu povrchu zaústěn alespoň jeden vzduchový nátrubek 8 pro zavádění přídavného proudu vzduchu do směšovací komory Σ·

V příkladném provedení jsou znázorněny dva vzduchové nátrubky 8. Každý vzduchový nátrubek 8 je přitom umístěn těsně u čelní stěny 9 směšovací komory 5.

Vzduch je do válcové komory 1 pro uvádění proudu vzduchu do rotačního pohybu zaváděn potrubím 10, připojeným ke stěně válcové komory 1 závitem 11. Palivo je přiváděno trubkou 12. připojenou dalším závitem 13 k přívodnímu nátrubku £.

Zařízení pro rozprašování paliva obsahuje rovněž válcový plášl 14., obepínající válcovou komoru 1 a směšovací komoru 5,. Jeho vnitřní povrch vytváří společně s vnějším povrchem válcové komory 1 a směšovací komory 5 prstencovou dutinu 15 pro přívod přídavného proudu vzduchu do spalovací komory 16. V čelní stěně 17' válcového pláště 14 jé přitom provedena prstencová štěrbina 18 pro zavádění přídavného proudu vzduchu do spalovací komory 16 a zajištění jeho zpětného zavádění do směšovací komory £.

Zařízení pro rozprašování paliva je jako celek zabudováno v potrubí 19 pro přívod vzduchu do spalovací komory 16·

Činnost popsaného zařízení pro rozprašování paliva podle vynálezu je následující:

Proud.vzduchu nebo jiného plynného okysličovadla je do válcové komory 1 zaváděn pod tlakem šroubovicovým kanálem 2 tangenciálně k vnitřnímu obvodu válcové komory 1. Při svém radiálním pohybu zvyšuje proud vzduchu svůj rotační impuls a pohybuje se současně axiálně * směrem k válcovému kanálu 6. V něm se v důsledku tření o jeho stěny a o vnější povrch nátrubku 4 pro přívod paliva úhlová rychlost rotujícího proudu vzduchu poněkud sníží. Pak rotující proud vzduchu vstupuje do směšovací komory 5 a začne se v ní rozpínat, přičemž se s dopřednou rotací pohybuje dále k výstupnímu hrdlu směšovací·komory 5» ve směru pohybu znázorněném šipkami.

Otvory v děrované koncovce 7 nátrubku 4 pro přívod paliva jsou do směšovací komory £ radiálně vstřikovány četné paprsky paliva, které se působením tlakového spádu rozpadají na velké kapky paliva. Další rozprašování velkých kapek paliva probíhá působením rozDÍnájíčího se rotujícího proudu vzduchu. Tím vzniká proud jemně dispergované směsi, který se začne směšovat s proudem přídavného vzduchu, zaváděného do směšovací komory 5., vzduchovým nátrubkem 8. Proud přídavného vzduchu má zvýšený rotační impuls a při své dopředně rotaci podél vnitřní stěny směšovací komory 5 začne nasávat vratný proud horkých spalin ze spalovací komory 16. Vratný proud horkých spalin je vytvářen působením proudu vzduchu, vystupujícího z prsten cové štěrbiny 18 a stlačujícího proud směsi paliva a vzduchu, vystupující ze směšovací^skomory 5. Vratný proud horkých spalin se směšuje s jemně rozprášenou směsí paliva a vzduchu a vyvolává přitom intenzívní odpařování kapek paliva. Vytvářený, a se směsí paliva a vzduchu, důkladně promísený proud horkých spalin je působením třecích sil strháván proudem přídavného vzduchu a začne rotovat stejným směrem při konstantní rychlosti ve tvaru hutného válce, který je znázorněn čárkovaně a vratnými šipkami. Jako důsledek nesymetricky působících odstředivých sil se osa středového hutného válce začne odchylovat od osy směšovací komory 5 a konat precesní pohyb s určitou frekvencí.' Deformace povrchu proudu přídavného vzduchu protisměrně se pohybujícím vírem vratného proudu směsi spalin a směsi paliva a vzduchu vyvolává akustické kmity, které jsou před výstupem z výstupního hrdla směšovací komory 5 nadřaδovány proudu směsi paliva a vzduchu.

Takto vytvářená směs paliva se vzduchem, připravená ke spalování, vystupuje výstupním hrdlem směšovací komory 5. áo spalovací komory 16. Množství vzduchu, potřebné pro dokonalé shoření paliva, je přiváděno potrubím 19 ve formě soustředného paprsku, který stlačuje paprsek plamene a umožňuje jeho regulaci úhlu rozevření.

Claims (2)

1. Zařízení pro rozprašování paliva do spalovací komory, které sestává z válcové komory s prostředky pro uvádění proudu vzduchu, zaváděného do válcové komory do rotace, přičemž válcová komora je souosá s válcovitou směšovací komorou pro směšování paliva se vzdu5 chem a je a ni spojena válcovým kanálem, jímž prochází přívodní nátrubek pro přívod paliva s děrovanou koncovkou, jejíž čelní část zasahuje do směšovací komory, vyznačující se tím, že čelní koneo děrované koncovky (7) přívodního nátrubku (4) je od výstupního hrdla směšovací komory (5) vzdálen o 1 až 3 hodnoty vnitřního průměru směšovací komory (5), přičemž směšovací komora (5) obsahuje alespoň jeden vzduchový nátrubek (6) pro zavádění přídavného proudu v těsné blízkosti čelní stěny (9) směšovací komory (5) tak, že proudem vzduchu dochází k rozprašování paliva přiváděného děrovanou koncovkou (7) přívodního nátrubku (4) pro přívod paliva.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, še obsahuje válcový pláčí (14) obepínající válcovou komoru (1) a směšovací komoru (5), přičemž jeho vnitřní povrch vytváří společně s vnějším povrchem válcové komory (1) a směšovací komory (5) prstencovou dutinu (15) pro přívod přídavného proudu vzduchu do spalovací komory (16), když v čelní stěně (17) válcového pláště (14) je prstencová štěrbina (18) pro zavádění přídavného proudu vzduchu do spalovací komory (16) a pro zajištěni jeho zpětného zavádění do směšovací komory (5),