Пальник для спалювання рідкого палива

Винахід відноситься до енергетики і промислової теплотехніки, може бути використаний в топках котлів, камерах спалювання газотурбінних двигунів, промислових печах та інше. Відомі пристрої для спалювання рідкого палива у прямоточних камерах спалювання, коли воно вприскується в повітряний потік через форсунки, що об'єднанні єдиним колектором. Паливна суміш, що утворюється проходить скрізь систему стабілізаторів типу "поганообтічне тіло", в сліді за яким здійснюється стабілізація полум'я та спалювання палива. [Б.В.Раушенбах, С.А.Білий, І.В.Беспалов та інші. Фізичні основи робочого процесу у камерах спалювання повітряно-реактивних двигунів, "Машинобудування", М., 1964]. Відома також конструкція, коли між стабілізаторами встановлюються екрани, покращуючі аеродинаміку потоку, що омиває стабілізатори. [Форсажна камера згоряння газотурбінного двигуна SU 1482335 AI; F23R3/18]. Однак обидва ці варіанти не забезпечують рішення задачі за сутністю питання. Всі існуючі в теперішній час форсунки мають суттєві недоліки, основними з яких з точки зору раціональної організації процесу горіння є наступні: великий кут розкриття паливного конусу; висока нерівномірність розподілення палива у поперечному перерізі останнього, неможливість керувати глибиною проникнення палива в повітряний потік, що негативно сказується на можливостях збільшення коефіцієнту зміни робочої потужності, мінімізації коефіцієнту надлишку повітря та підвищення експлуатаційної надійності пальникового пристрою та всього об'єкту вцілому. Детальний аналіз данного питання дається у статті [В.М.Крижановський. Удосконалення спалювання газу та рідкого палива (обзор)// Промислова теплотехніка.-1990.-12, №3.-с.65-83]. Відома плоскофакельна форсунка, яка формує плоский факел та може бути використана в прямоточних пальниках будь-якого призначення, яка містить корпус з каналами для подачі розпилювача та паливні колектори для подачі палива з випускними соплами, вісі яких перетинаються з каналом розпилювача і з’єднані з загальною щілистою змішувальною камерою, підключеною до джерела окислювача. [A.C. СССР №306316, кл. F23D11/14, 1970p.]. Однак така форсунка, є економічною з точки зору витрати розпилювача, не забезпечує необхідної рівномірності поля концентрацій палива в зоні горіння у напрямку перпендикулярному до поверхні плоского паливного струмені, що виникає за даною форсункою, що призводить до недопустимої довжини факелу, а у деяких випадках, при підвищених швидкостях потоку значно зменшує сталість процесу горіння. Найбільш близький до винаходу є пальник для спалювання рідкого палива, який має колектори для подачі палива та розпилювача, канали яких взаємно перетинаються друг з др угом, причому випускні сопла розпилювача з’єднані з змішувальною камерою, підключеною до джерела окислювача, яка відрізняється тим що колектори виконані кільцевими і вісесиметрично охоплюють по периферії змішувальну камеру, яка має на вході завихрювач. [A.C. СССР №943482, кл. F23D11/10; 11/12, 1982p.]. Недоліки цієї конструкції обумовлені перед усім загальними недоліками аеродинамічної структури вихрови х потоків з точки зору можливості досягнення автомодельності та узгодженості процесів початкового розподілу палива в повітрі та подальшого ефективного їх змішування як у зоні рециркуляції, так і в активному потоці, що призводить до відомих труднощів при експлуатації любих типів ви хрових пальників, особливо при їх пуску і в режимі низьких навантажень. Крім того недоліками таких пальників є перегрів елементів їх конструкцій, амбразур, стінок камер спалювання ГТУ та інше. Таким чином і для прототипу невирішеною виявилась проблема забезпечення ефективності та надійності в усьому робочому діапазоні навантаження. Задачею винаходу є розширення робочого діапазону зміни навантаження, підвищення економічності та робочого ресурсу пальника. Для досягнення поставленої задачі пальник виконаний прямоточним, з повітряними каналами у вигляді плоскої або кільцевої щілини. У корпусі пальника розташовані один або декілька колекторно-стабілізаторних блоків, що мають у поперечному перерізі зовнішній профіль типу "поганообтічне тіло". У середині такого блоку розташовані дві порожнини, які виконують функції колекторів палива та розпилювача відповідно, з’єднані між собою попарно перетинаючими каналами розпилювача і палива. Випускні сопла каналів розпилювача мають вихід в зону горіння на торцевому зрізі (в кормі) стабілізатора. Паливо подається в обидві сторони від горизонтальної плоскості симетрії пальника двома рядами двохфазних струменів (паливо-розпилювач), рівномірно розосереджених по усій його ширині. При цьому в началі свого шляху паливні струмені проходять скрізь корневу частин у зони рециркуляції, яка утворюється за кормою стабілізатора і далі виходять у розділений на дві частини повітряний потік. Така схема дозволяє здійснити найбільш рівномірний розподіл палива у повітряному потоці і забезпечити інтенсивне утворювання суміші вже на початковій стадії робочого процесу, а отже, високу інтенсивність і повноту спалювання палива при заданих значеннях коефіцієнту надлишку повітря у широкому діапазоні зміни навантаження на пальники. Від прототипу цей винахід відрізняється просторовим, топологічним рішенням згідно якому всі конструктивні вузли та елементи розташовані таким чином, щоб забезпечити найбільш раціональне їх функціонування і ефективне протікання основних фаз процесу як по роздільності так і в їх сук упності: розпил палива, його початковий прогрів у гарячій зоні зворотних токів, рівномірний розподіл багатьох відносно маловитратних стр уменів палива у плоских потоках окислювача, швидке їх змішування, інтенсивне і повне спалювання. На Фіг.1 зображений типовий варіант пропонуємого пальника з одним колектором-стабілізатором. Подовжній вертикальний розріз пальника по А-А дан на Фіг.2; на Фіг.2 - вид по стрілці С на Фіг.1. Дана схема, крім того, у відмінності від вихрових пальників , дозволяє прийняти просте та ефективне регулювання прохідного перерізу повітряного каналу пальника без порушень притаманної даній схемі властивості автомодельності робочого процесу, тобто, не приводять до порушень механізму взаємодії складових ланок робочого процесу горіння при зміні навантаження , що забезпечує його високу ефективність та надійність роботи у широкому діапазоні зміни навантаження. Пальник складає корпус 1, колекторно-стабілізаторний блок 2 та регулятор площі повітряного каналу 3, усі вузли мають загальну горизонтальну плоскість симетрії. Колекторно-стабілізаторний блок 2 об'єднує в собі паливний колектор 4; колектор розпилювача з обтічною передньою частиною 5; канали пального 6; канали розпилювача 7. Канали пального перетинаються з каналами розпилювача переважно під кутом 90°; останні виходять через кормовий зріз стабілізатора під кутом до плоскості симетрії пальника переважно b=20°-80°. Відношення діаметра каналів пального, do до діаметру каналів розпилювача dp переважно складає 0,3-1,0, а відносний шаг сопел, tp/dp=3-9. Пальник працює слідуючим чином. Паливо з колектора 4 надходить скрізь канали пального 6 у канали розпилювача 7 і далі разом з розпилювачем, який надходить з колектора 5 у канали 7 скрізь випускні сопла останніх у зону рециркуляції і далі в повітряний потік, де при розрахункових значеннях коефіцієнта надлишку повітря та глибини проникнення струменів пального відбувається швидке утворювання рівномірної по концентрації горючої суміші і її швидке та повне спалювання. На Фіг.1 регулятор повітря знаходиться в положенні розпалювання пальника та її мінімального навантаження. З підвищенням навантаження лопатки регулятора площі повітряного канала 3 розходяться, товщина шару повітряного потоку збільшується. Разом з цим іде збільшення витрат розпилюючого палива при заданій, близьким до одиниці, значені коефіцієнта надлишку повітря так, що їх вісь у весь час є у геометричному центрі повітряного шару. Це забезпечує автомодельність усього робочого режиму пальника і його ефективну роботу у широкому діапазоні зміни навантаження. Випробування вже першого дослідно-промислового пальника такого типу з одним колекторностабілізаторним блоком на котлі ДЕ-25-14 ГМ на ОНПЗ - Лукойл, м. Одеса показали слідуючі результати: - коефіцієнт зміни навантаження - 8,2; проти 3,5 у варіанті з штатними пальниками; - коефіцієнт використання палива у всьому робочому діапазоні - 96,0...96,5%, що в на 4,0-5,0% вище проектних значень для котлів з пальниками існуючих типів. - Зміст у відходячих газах: СО - 28-60ppm, NOx - 80-125ppm, що у 2-3 рази нижче ніж у цих котлів з серійними пальниками. Таким чином, крім рішення поставленої задачі, також отримай можливий екологічний результат.