RU2288403C2 - Вихревая горелка - Google Patents
Вихревая горелка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2288403C2 RU2288403C2 RU2004127863/06A RU2004127863A RU2288403C2 RU 2288403 C2 RU2288403 C2 RU 2288403C2 RU 2004127863/06 A RU2004127863/06 A RU 2004127863/06A RU 2004127863 A RU2004127863 A RU 2004127863A RU 2288403 C2 RU2288403 C2 RU 2288403C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- diameter
- fan
- burner
- swirler
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
- Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для сжигания легкого и тяжелого жидкого топлива, а также различных видов газообразного топлива. Вихревая горелка содержит корпус с входным и выхлопным патрубками и последовательно расположенные в нем цилиндрический тангенциальный лопаточный завихритель с торцевой стенкой, по оси которого размещен узел подачи топлива, конфузорное сопло, образующее с выхлопным патрубком кольцевой проход, диаметр выходного участка сопла составляет 0,8-0,85 диаметра поперечного сечения завихрителя. Горелка содержит вентилятор, выходная кромка сопла расположена на уровне кромки выхлопного патрубка, а входной патрубок установлен на корпусе аксиально и подключен к вентилятору, при этом диаметр узла подачи топлива составляет 0,25-0,40 диаметра сопла. Входной патрубок смонтирован соосно с завихрителем, а на торцевой стенке со стороны вентилятора установлен обтекатель. Вентилятор может быть осевого типа и смонтирован в канальной компоновке. Возможна последовательная установка двух вентиляторов. Изобретение позволяет повысить эффективность работы горелки за счет снижения энергетических, массовых и габаритных характеристик. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании легкого и тяжелого жидкого топлива, а также различных видов газообразного топлива в топках котлов и печей, в частности в конструкциях блочных горелок теплофикационных водогрейных котлов.
Известна вихревая горелка, содержащая корпус с входным и выхлопным патрубками и последовательно расположенные в нем цилиндрический тангенциальный лопаточный завихритель с торцевой стенкой, по оси которого размещен узел подачи топлива, конфузорное сопло, образующее с выхлопным патрубком кольцевой проход [1]. Недостатком ее является отсутствие информации для повышения эффективности работы горелки. Наиболее близким к изобретению техническим решением является вихревая горелка, содержащая корпус с входным и выхлопным патрубками и последовательно расположенные в нем цилиндрический тангенциальный лопаточный завихритель с торцевой стенкой, по оси которого размещен узел подачи топлива, конфузорное сопло, образующее с выхлопным патрубком кольцевой проход, диаметр выхлопного участка сопла составляет 0,8-0,85 диаметра поперечного сечения завихрителя [2]. Недостатком этого устройства также является недостаточный объем информации для повышения эффективности работы горелки.
dc - диаметр сопла, м; dз - диаметр завихрителя, м; Fвх - суммарная площадь сечения входа завихрителя, м2; Fз - площадь поперечного сечения завихрителя, м2; dт - диаметр крайнего положения узла подачи топлива, м.
Задан очень широкий диапазон геометрических размеров горелки dc/dз=0,5-0,85 и Fвх/Fз=0,04-0,1, среди которых имеются и оптимальные, но они неизвестны, а также неизвестны предельные положения узла подачи топлива. Отсутствуют указания по оформлению кольцевого выхода вторичного воздуха. Целью изобретения является повышение эффективности работы горелки за счет снижения энергетических, массовых и габаритных характеристик, которые достигаются снижением аэродинамического сопротивления горелки без снижения качественных характеристик горения, когда становится возможным применение низконапорных вентиляторов. Указанная цель достигается тем, что в вихревой горелке, содержащей корпус с входным и выхлопным патрубками и последовательно расположенные в нем цилиндрический тангенциальный лопаточный завихритель с торцевой стенкой, по оси которого размещен узел подачи топлива, конфузорное сопло, образующее с выхлопным патрубком кольцевой проход, диаметр выходного участка сопла составляет 0,8-0,85 диаметра поперечного сечения завихрителя, согласно изобретению содержит вентилятор, выходная кромка сопла расположена на уровне кромки выхлопного патрубка, а входной патрубок установлен на корпусе аксиально и подключен к вентилятору, при этом диаметр узла подачи топлива составляет 0,25-0,4 диаметра сопла.
Кроме того, входной патрубок смонтирован соосно с завихрителем, а на торцевой стенке со стороны вентилятора установлен обтекатель.
Кроме того, вентилятор смонтирован в канальной компоновке.
Кроме того, что вентилятор смонтирован осевого типа.
Кроме того, последовательно смонтированы два вентилятора.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить повышение эффективности нового изделия относительно известных, например, в предложенных прототипом границах величин dc/dз=0,5-0,85 и Fвх/Fз=0,04-0,1, коэффициент сопротивления горелки в форме числа Эйлера изменяется в пределах 1,87-0,51 с минимумом при соотношении dс/dз=0,8-0,85 и Fвх/Fз=0,04-0,43. В таблице 1 представлены результаты расчета характеристик горелок по следующим параметрам S0=(dc/dз)/(Fвх/Fз), где S0 - геометрическая характеристика горелки, Eu'=Δp/ρ(w')2 - коэффициент сопротивления завихрителя горелки по первичному воздуху в форме числа Эйлера Eu=2ζ, ζ=ρw2/2Δp, где Δр - сопротивление или перепад давления на горелке, Па:
ρ - плотность потока воздуха на входе в завихритель, кг/м3.
w' - скорость воздуха в каналах тангенциального завихрителя, м/с.
w'=10 м/с и w'=30 м/с - значение скорости минимальной и максимальной мощности горелки К=110%/36%=3 коэффициент регулирования мощности для блочных горелок. По результатам измерений выведена зависимость величины числа Эйлера (тангенциальный завихритель) от геометрической характеристики: 10,6/(0,66+S0).
dc/dз | Fвх/Fз | S0 | Eu' | Δр | |
10 м/с | 30 м/с | ||||
0,5 | 0,1 | 5 | 1,87 | 224 | 2356 |
0,8 | 0,1 | 8 | 1,22 | 146 | 1496 |
0,85 | 0,1 | 8,5 | 1,16 | 139 | 1357 |
0,5 | 0,04 | 12,5 | 0,81 | 97 | 875 |
0,85 | 0,043 | 20 | 0,51 | 61 | 551 |
0,8 | 0,04 | 20 | 0,51 | 61 | 551 |
Размещение узла подачи топлива в пределах dт/dc=0,25-0,4 относительно диаметра сопла установлено экспериментально путем последовательного изменения диаметра распределения выходных отверстий для паромазутной эмульсии на горелке 5 МВт (две горелки на котле ДКВр-10-13). При увеличении dт/dc против значения 0,4 и уменьшении 0,25 происходит разогрев металла, особенно торца горелки, связанный с возникновением дополнительных осевых циркуляционных течений, инициируемых динамическим напором струй эмульсии противоположного направления. Значение dт/dc соответствует заявленной геометрической характеристике камеры S0=0,8/0,04=0,85/0,043=20, в узле подачи топлива на диаметре менее 0,25 относительно диаметра сопла установлен узел розжига, а по оси - механическая форсунка рабочей мощности со слабым динамическим напором факела. В пределах относительного диаметра dт/dc=0,25-0,4 предусмотрен выход закрученного потока газообразного топлива.
При работе на газе разогрев торца не наблюдался, т.к. отсутствовало влияние парогазового и капельного потоков. Он имел место только на максимальных нагрузках по мазуту при 0,4<dт/dc<0,25. Вывод выходной кромки сопла на уровень кромки выхлопного патрубка очень важен. Если кромка патрубка будет длиннее, горелка вообще не может качественно работать из-за разрушения структуры вихревого факела, а если кромка сопла будет длиннее, то неэффективно взаимодействие факела со вторичным воздухом, и возникает потребность в увеличении суммарного избытка воздуха. Подключение канального вентилятора соосно горелке без изменения диаметра канала между корпусами горелки и вентилятора снижает потери давления. Более того, динамический напор вращающегося потока воздуха максимально используется при входе в завихритель одинакового с ним направления вращения. Все это позволяет получить явные преимущества по сравнению с центробежными вентиляторами с тангенциальным выхлопным патрубком. Канальные вентиляторы применяются в системах вентиляции и представляют собой центробежные вентиляторы с патрубками входа и выхода одинакового диаметра на корпусе, размещенные по оси. В них используются электродвигатели с внешним ротором, которые размещаются в пределах лопаточного колеса. Они имеют малую длину и малошумны, позволяют компоновку "в линию" с горелкой, снижают массу и длину блока за счет упрощения конструкции корпуса. Потребляемая мощность их также существенно ниже, чем у центробежных вентиляторов с тангенциальным выхлопным патрубком. Они могут быть оборудованы системой частотного регулирования нагрузки.
Установка обтекателя на торцевой стенке горелки снижает аэродинамическое сопротивление на переходе от вентилятора к горелке. И позволяет разместить в его полости узел подачи топлива. А также элементы его распределения и регулирования. С увеличением единичной мощности блочных горелок, например, более 5 МВт, могут быть использованы осевые вентиляторы «Аксипал» типа FTDA.
В случае несоответствия производительности и напора для конкретного образца могут быть использованы два вентилятора, соединенные последовательно. Это незначительно увеличивает длину блока, но дает широкие возможности для регулирования с использованием двух ступеней при одновременной экономии электроэнергии против центробежных вентиляторов с тангенциальным выхлопом.
На фиг.1 изображен вид сбоку с разрезом вдоль оси завихрителя блочной вихревой горелки в комплекте с центробежным вентилятором. Входной патрубок установлен на корпусе аксиально с целью минимизации габаритов блока, т.к. установка тангенциального патрубка увеличивает ширину конструкции на 30%.
На фиг.2 показан вид с фронта блочной горелки по фиг.1.
На фиг.3 изображен продольный разрез блочной горелки с одним канальным вентилятором.
На фиг.4 представлена блочная горелка с двумя канальными, последовательно соединенными, вентиляторами. На ней указаны такие направления воздушных потоков, диаметр распределения выпускных отверстий для топлива (dt) и диаметр для вихревого факела (dф).
На фиг.5 показана компоновка блочной горелки с осевым вентилятором и направлением потоков воздуха. Блочная вихревая горелка включает в себя тангенциальный лопаточный завихритель 1 и сопло 2, образующие проточную часть камеры горения с закруткой первичного воздуха, кольцевой проход 4 между соплом и выхлопным патрубком корпуса для подачи вторичного воздуха. Проточная часть заключена в корпусе 3. В едином корпусе установлен и канальный вентилятор, имеющий входной патрубок 5, крыльчатку 6 и двигатель 7 с внешним ротором. За вентилятором на торцевой стенке 12 вихревой камеры установлен обтекатель 8, внутри которого по оси размещен узел подачи топлива 10 с центральной и/или коаксиальной 11 форсунками, узлами распределения и регулирования подачи топлива (не показаны).
Горелку запускают следующим способом.
Включают вентилятор и узел розжига (не показан).
После появления устойчивого запального факела включают основное топливо на минимальной нагрузке в заданном соотношении с воздухом (соотношение топлива и первичного воздуха α'=0,2-0,5). Возможен устойчивый запуск на любой нагрузке.
Распределение первичного и вторичного воздуха производится из общего корпуса за счет проходных сечений. При изменении нагрузки соотношение первичного и вторичного воздуха остается постоянным, что способствует высокому качеству сгорания во всем диапазоне рабочих нагрузок (36-110%).
При установке двух вентиляторов включают сначала один. А при необходимости, с увеличением нагрузки, и второй.
Остановка горелки может быть произведена при постепенном снижении нагрузки. В аварийной ситуации сначала отключают топливо, а затем через 2-3 минуты - воздух или топливо и воздух одновременно.
Максимальная тепловая нагрузка камеры составляет 25 МВт/м2 площади поперечного сечения завихрителя для горелок 0,1-15 МВт единичной мощности. Температура стенки проточной части на рабочем режиме не превышает 100-150 °С. Горелки изготавливают из стали Ст.3, включая проточную часть.
Источники информации:
1. SU 1814714 A3, F 23 C 3/00.
2. SU 1740866 А1, F 23 C 3/00.
Claims (5)
1. Вихревая горелка, содержащая корпус с входным и выхлопным патрубками, и последовательно расположенные в нем цилиндрический тангенциальный лопаточный завихритель с торцевой стенкой, по оси которого размещен узел подачи топлива, конфузорное сопло, образующее с выхлопным патрубком кольцевой проход, диаметр выходного участка сопла составляет 0,8-0,85 диаметра поперечного сечения завихрителя, отличающаяся тем, что содержит вентилятор, выходная кромка сопла расположена на уровне кромки выхлопного патрубка, а входной патрубок установлен на корпусе аксиально и подключен к вентилятору, при этом диаметр узла подачи топлива составляет 0,25-0,40 диаметра сопла.
2. Вихревая горелка по п.1, отличающаяся тем, что входной патрубок смонтирован соосно с завихрителем, а на торцевой стенке со стороны вентилятора установлен обтекатель.
3. Вихревая горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вентилятор смонтирован в канальной компоновке.
4. Вихревая горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вентилятор смонтирован осевого типа.
5. Вихревая горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что последовательно смонтированы два вентилятора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004127863/06A RU2288403C2 (ru) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Вихревая горелка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004127863/06A RU2288403C2 (ru) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Вихревая горелка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004127863A RU2004127863A (ru) | 2006-02-27 |
RU2288403C2 true RU2288403C2 (ru) | 2006-11-27 |
Family
ID=36114180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004127863/06A RU2288403C2 (ru) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Вихревая горелка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2288403C2 (ru) |
-
2004
- 2004-09-16 RU RU2004127863/06A patent/RU2288403C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004127863A (ru) | 2006-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2459146C2 (ru) | Горелка | |
RU2570989C2 (ru) | Осевой завихритель для камеры сгорания газовой турбины | |
JP5080825B2 (ja) | ガスタービンエンジン及びその燃焼器 | |
JP3077939B2 (ja) | ガスタービン燃焼室及びその操作方法 | |
CN101650038B (zh) | 一体化扩压导向燃烧室 | |
CN106090907B (zh) | 一种预混强旋流火焰扩散燃烧器 | |
EP1918638A1 (en) | Burner, in particular for a gas turbine | |
JPH08500178A (ja) | ガスタービンエンジンに使用するための二重燃料噴射ノズル | |
CN101351633A (zh) | 改进气流分布的低排放燃烧室 | |
CN113324262B (zh) | 一种用于低排放燃气轮机的同轴分级气体燃料燃烧室头部 | |
CN105737203A (zh) | 一种旋流器及采用其的预混燃烧器 | |
CN110006068B (zh) | 用于燃气涡轮发动机燃烧器的燃料喷嘴 | |
EP2806217B1 (en) | Gas turbine engines with fuel injector assemblies | |
JP2017172953A (ja) | 軸方向多段型燃料噴射器アセンブリ | |
CN105526589A (zh) | 燃烧原油、天然气的注汽锅炉原油燃气旋流低氮燃烧器 | |
US8596074B2 (en) | Gas turbine combustor | |
JP4001952B2 (ja) | 燃焼室 | |
CN104315541A (zh) | 燃烧室值班级喷嘴及使用该喷嘴的方法 | |
RU2288403C2 (ru) | Вихревая горелка | |
CN109945234A (zh) | 一种单筒燃烧室及燃气轮机 | |
CN104534513A (zh) | 燃气轮机燃烧室旋射流混合喷嘴 | |
CN213066102U (zh) | 预混装置和燃气热水器 | |
RU2206029C1 (ru) | Нагревательный прибор | |
CN206398720U (zh) | 交叉混合式旋流配风器 | |
RU2343356C1 (ru) | Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ ее работы |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070917 |