RU2200276C1

RU2200276C1 - Fuel combustion device

Info

Publication number: RU2200276C1
Application number: RU2002106151/06A
Authority: RU
Inventors: Н.Ю. Темиров
Original assignee: Темиров Назим Юсупович
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-03-10

Abstract

FIELD: thermal engineering; fuel combustion. SUBSTANCE: device has axisymmetrical combustion chamber with open butt-ends and two swirl burners of which one burner is disposed on chamber axis and spaced minimum 400 mm from inlet end of the latter; other burner is spaced from first one at distance equal to its 1.5-2 lengths. Both burners are installed for changing position of their axes relative to chamber axis. Device provides for complete combustion of all kinds of fuel and operates separately from heat receivers. EFFECT: enhanced operating reliability of device. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может быть использовано в теплоэнергетике. The invention relates to a device for burning fuel and can be used in the power industry.

Известна (см. а. с. 861845, МПК F 23 C 5/32, 1981 г.) вихревая топка, содержащая вертикальную камеру сгорания с тангенциально установленными и направленными вниз горелками и подовой воронкой, снабженной соплами для подачи дутьевого воздуха, направленными по скатам воронки навстречу горелкам. Known (see and.with. 861845, IPC F 23 C 5/32, 1981) a vortex firebox containing a vertical combustion chamber with tangentially mounted and pointing downward burners and a hearth funnel equipped with nozzles for supplying blast air directed along the slopes funnels towards the burners.

В известной топке в результате газодинамического взаимодействия восходящего потока дутьевого воздуха с факелами горелок образуется вихревая зона горения, в которой за счет многократной циркуляции аэросмеси происходит более полное сгорание топлива, в частности его грубодиспергированных фракций. In the known furnace, as a result of gas-dynamic interaction of the upward flow of blast air with torches of the burners, a vortex combustion zone is formed in which, due to repeated circulation of the air mixture, more complete combustion of the fuel, in particular its coarsely dispersed fractions, takes place.

Однако в известном устройстве для получения указанного, практически значимого положительного эффекта необходимо увеличивать скорость потока и, соответственно, расход дутьевого воздуха, что в свою очередь приводит к обеднению топливной смеси, снижению температуры горения и уменьшению тепловой эффективности топки. However, in the known device to obtain the specified, practically significant positive effect, it is necessary to increase the flow rate and, accordingly, the flow rate of the blast air, which in turn leads to a depletion of the fuel mixture, lower combustion temperature and lower thermal efficiency of the furnace.

Известна топка (см. а.с. SU 1537955, МПК F 23 C 5/12, 1990 г.), в которой указанные недостатки нивелированы посредством расширения зоны активного горения, для чего горелки установлены тремя ярусами, разнесенными по высоте камеры сгорания. Known firebox (see.with. SU 1537955, IPC F 23 C 5/12, 1990), in which these disadvantages are mitigated by expanding the active combustion zone, for which the burners are installed in three tiers spaced along the height of the combustion chamber.

Известное техническое решение обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива и, соответственно, топливную экономичность топки, однако указанный положительный эффект получен за счет существенного усложнения конструкции устройства, увеличения его металлоемкости и в конечном счете значительного повышения производственных и эксплуатационных расходов. The known technical solution provides an increase in the efficiency of fuel combustion and, accordingly, fuel efficiency of the furnace, however, this positive effect was obtained due to a significant complication of the device design, increase in its metal consumption and, ultimately, a significant increase in production and operating costs.

Известна (см. патент RU 2059925, МПК F 23 C 5/12, 1996 г.) топка водогрейного котла, содержащая призматическую камеру сгорания с фронтальным, задним и боковыми экранами, подом и сводом и три вихревые горелки, жестко закрепленные в заданных положениях на фронтальном и боковых экранах под заданными углами к поверхностям последних. Known (see patent RU 2059925, IPC F 23 C 5/12, 1996), a boiler furnace containing a prismatic combustion chamber with frontal, rear and side screens, a hearth and a vault and three vortex burners, rigidly fixed in predetermined positions on frontal and side screens at given angles to the surfaces of the latter.

В известной топке линейные факелы трех горелок, определенным образом ориентированные друг относительно друга и экранов, перемешиваются в нижней части камеры и образуют общий, закрученный в спираль, пристеночный факел. За счет многократной циркуляции в объеме указанного факела топливо сгорает практически полностью, что в свою очередь ведет к повышению топливной экономичности и тепловой эффективности устройства. In the well-known firebox, linear torches of three burners, oriented in a certain way relative to each other and the screens, are mixed in the lower part of the chamber and form a common, wall-mounted torch. Due to repeated circulation in the volume of the specified torch, the fuel burns out almost completely, which in turn leads to increased fuel efficiency and thermal efficiency of the device.

В известном устройстве для формирования вихревого топочного факела горелки в зависимости от типа сжигаемого топлива должны быть определенным образом расположены относительно экранов. Так как горелки установлены в камере неподвижно, то известное устройство жестко "привязано" к конкретному виду и даже сорту топлива, что является одним из его практических недостатков. In the known device for the formation of a vortex furnace torch, the burners, depending on the type of fuel burned, must be located in a certain way relative to the screens. Since the burners are installed in the chamber motionlessly, the known device is rigidly “attached” to a specific type and even grade of fuel, which is one of its practical drawbacks.

Кроме того, относительно небольшая продольная протяженность зоны активного вихревого горения и, соответственно, области максимального тепловыделения, обусловленные отсутствием дутья, приводят к локальному перегреву экранов и, как следствие, к снижению их прочностных характеристик и уменьшению надежности устройства. In addition, the relatively small longitudinal extent of the active vortex combustion zone and, correspondingly, the regions of maximum heat generation, due to the absence of blasting, lead to local overheating of the screens and, as a result, to a decrease in their strength characteristics and a decrease in the reliability of the device.

Задачей настоящего изобретения является разработка высоконадежного устройства, обеспечивающего полное сжигание любых видов топлива. The objective of the present invention is to develop a highly reliable device that provides complete combustion of any type of fuel.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сжигания топлива, содержащем аксиально-симметричную камеру сгорания и две вихревые горелки, одна из которых размещена на боковой поверхности камеры, вторая горелка размещена на оси камеры на расстоянии не менее 400 мм от ее входного торца и направлена к выходному торцу, при этом обе горелки установлены подвижно с возможностью изменения угла между осью первой горелки и нормалью к поверхности камеры в пределах 20-65 градусов, а угла между осью второй горелки и осью камеры - в пределах 20-55 градусов, а центры закрепления горелок разнесены в продольном направлении на расстояние, равное 1.5-2 длинам горелок. The problem is solved in that in a device for burning fuel containing an axially symmetric combustion chamber and two vortex burners, one of which is located on the side surface of the chamber, the second burner is placed on the axis of the chamber at a distance of at least 400 mm from its inlet end and is directed to the output end, while both burners are mounted movably with the possibility of changing the angle between the axis of the first burner and the normal to the surface of the chamber within 20-65 degrees, and the angle between the axis of the second burner and the axis of the chamber within 20-55 degrees Dus, and the centers of fastening of the burners are spaced in the longitudinal direction by a distance equal to 1.5-2 lengths of the burners.

Входной торец камеры сгорания сообщен с атмосферой, а выходной обращен к теплоприемнику и может быть снабжен насадкой, выполненной в виде тела вращения, например прямого или обратного конуса. The inlet end of the combustion chamber is in communication with the atmosphere, and the outlet faces the heat receiver and can be equipped with a nozzle made in the form of a body of revolution, for example, a forward or reverse cone.

Размеры камеры сгорания (диаметр и длина) определяются требующейся тепловой мощностью устройства. The dimensions of the combustion chamber (diameter and length) are determined by the required thermal power of the device.

На чертеже схематично представлено продольное сечение заявляемого устройства. The drawing schematically shows a longitudinal section of the inventive device.

Устройство содержит камеру сгорания 1, горелки 2 и 3, смотровое окно 4, насадку 5, слой теплоизолятора 6, змеевик 7. The device comprises a combustion chamber 1, burners 2 and 3, a viewing window 4, a nozzle 5, a layer of heat insulator 6, a coil 7.

Работа устройства заключается в следующем. The operation of the device is as follows.

Одним из известных способов поджигается горючая смесь, исходящая из горелки 2, после чего в зависимости от вида применяемого топлива устанавливается необходимый угол наклона горелки к оси камеры. Как правило, значения углов для разных видов топлива определяются экспериментально и задаются в технологическом регламенте по эксплуатации устройства. One of the known methods ignites a combustible mixture emanating from burner 2, after which, depending on the type of fuel used, the necessary angle of inclination of the burner to the axis of the chamber is set. As a rule, the angle values for different types of fuel are determined experimentally and are set in the technological regulations for the operation of the device.

Затем предварительно нагретая топливная смесь подается в горелку 3. Подогрев топливной смеси (или окислителя) производится непосредственно в устройстве, для чего последнее снабжено расположенным поверх камеры сгорания змеевиком 7, через который по необходимости пропускают топливную смесь. Then the pre-heated fuel mixture is fed into the burner 3. The fuel mixture (or oxidizer) is heated directly in the device, for which the latter is equipped with a coil 7 located above the combustion chamber, through which the fuel mixture is passed if necessary.

После самовоспламенения смеси факел горелки 3 направляется в среднюю точку факела горелки 2. В результате газодинамического взаимодействия факелов двух горелок образуется общий топочный факел, имеющий вид спирали, диаметр витков которой определяется диаметром камеры, а шаг зависит от вида топлива и скорости продольного конвекционного потока топочных газов. При появлении вихревого факела посредством тонкой регулировки положения горелок производится оптимизация параметров факела (размеров, формы, цвета пламени), контроль за которыми ведется визуально через смотровое окно 4 во входном торце. Тепло, получаемое в результате сгорания топлива, поступает к внешним теплоприемникам в виде горячего газовоздушного потока через выходной торец камеры. В зависимости от практических потребностей газовый поток посредством торцевой насадки 5 соответствующей формы можно сформировать сходящимся, расходящимся или цилиндрическим. After self-ignition of the mixture, the torch torch 3 is directed to the midpoint of the torch of burner 2. As a result of the gas-dynamic interaction of the torches of the two burners, a common torch is formed in the form of a spiral, the diameter of the turns of which is determined by the diameter of the chamber, and the step depends on the type of fuel and the speed of the longitudinal convection flow of the flue gases . When a vortex torch appears by means of fine adjustment of the position of the burners, the torch parameters are optimized (dimensions, shape, color of the flame), which are monitored visually through the viewing window 4 in the inlet end. The heat resulting from the combustion of fuel enters the external heat sinks in the form of a hot gas-air flow through the outlet end of the chamber. Depending on the practical needs, the gas stream can be formed converging, diverging or cylindrical by means of an end nozzle 5 of an appropriate shape.

В предлагаемом устройстве так же, как и в прототипе, полное сгорание топлива происходит за счет увеличения времени нахождения (многократной циркуляции) горючей смеси в зоне активного вихревого горения. In the proposed device, as well as in the prototype, complete combustion of the fuel occurs due to an increase in the residence time (multiple circulation) of the combustible mixture in the zone of active vortex combustion.

Однако в отличие от известного устройства подвижная установка горелок в камере позволяет активно воздействовать на условия формирования и параметры вихревого факела, что обеспечивает возможность одинаково эффективного сжигания в одном устройстве любых видов топлива. However, unlike the known device, the movable installation of burners in the chamber allows you to actively influence the formation conditions and parameters of the vortex torch, which makes it possible to equally efficiently burn any type of fuel in one device.

Кроме того, мощный, продольный конвекционный поток, образующийся в камере как за счет подсоса атмосферного воздуха через открытый входной торец камеры сгорания, так и из-за спутного направления факелов горелок, растягивает вихревой топочный факел в продольном направлении, в результате чего протяженность зоны активного горения возрастает. При этом тепловая нагрузка на стенки камеры распределяется более равномерно по длине последней и в среднем снижается, что в конечном счете повышает надежность и срок службы устройства. In addition, a powerful, longitudinal convection stream generated in the chamber both due to the suction of atmospheric air through the open inlet end of the combustion chamber and due to the confused direction of the torches of the burners stretches the vortex furnace torch in the longitudinal direction, as a result of which the length of the active combustion zone increasing. In this case, the thermal load on the chamber walls is distributed more evenly along the length of the latter and decreases on average, which ultimately increases the reliability and service life of the device.

В предлагаемом устройстве тепло, получаемое при сжигании топлива в виде горячего газовоздушного потока, направляется через выходной торец камеры непосредственно к теплоприемникам, что делает устройство функционально законченным, автономным тепловым агрегатом универсального применения. In the proposed device, the heat obtained by burning fuel in the form of a hot gas-air stream is directed through the outlet end of the chamber directly to the heat sinks, which makes the device a functionally complete, self-contained thermal unit of universal use.

Claims

1. A device for burning fuel containing an axially symmetric combustion chamber and two vortex burners, one of which is located on the side surface of the chamber, characterized in that the second burner is placed on the axis of the chamber at a distance of at least 400 mm from the input end of the latter and is directed towards the output end, while both burners are mounted movably, with the possibility of changing the angle between the axis of the first burner and the normal to the surface of the chamber within 20-65 ^o , and the angle between the axis of the second burner and the axis of the chamber within 20-55 ^o , in addition, tired The centers of the burners are spaced in the longitudinal direction by a distance equal to 1.5-2 lengths of the burners.

2. A device for burning fuel under item 1, characterized in that the input end of the combustion chamber is in communication with the atmosphere.