Пальниковий пристрій

Пальниковий пристрій, який має в своєму складі корпус для підводу повітря з розміщеними всередині нього одним або кількома подовженими вздовж повітряного потоку газопідвідними кільце Корисна модель відноситься до галузі теплоенергетики, зокрема до конструкцій паливоспалюючих пристроїв, в яких використовується газоподібне паливо (природний газ), процес горіння базується на роздільній подачі палива та повітря, а стабілізація виконується за допомогою віхрьових потоків, які утворюються в зоні рециркуляції за стабілізатором Корисна модель може знайти застосування, в першу чергу, в енергетиці, в металургійній промисловості, в газотурбінних установках компресорних станцій магістральних газопроводів, на транспорті, в ХІМІЧНІЙ та інших галузях промисловості, де необхідні пальникові пристрої, які забезпечують надійне запалення факелу, сталу роботу в широкому діапазоні зміни температури газів та швидкості повітряного потоку, високі інтенсивність та повноту згоряння, а також низькі викиди токсичних оксидів азоту ВІДОМІ газопальникові пристрої, які включають кутові, плоскі або кільцеві колектори-стабілізатори, що обтікаються з обох боків повітряними потоками [Христич В О , Бутовський Л С , Грановська О О та ін Робочий процес та охолодження високотемпературних камер згоряння Пром теплотехніка, 1980, N2, с 78-83] Внаслідок розрідження, що виникає за стабілізатором, за ним утворюється зона рециркуляції, в яку попадає частка повітря, що оббігає стабілізатор і зривається з його кромок вими колекторами-стабілізаторами, що мають в свою чергу на обох бокових стінках систему газороздавальних отворів для подачі палива зануренням у повітряні потоки, що обтікають стабілізатори, який відрізняється тим, що в кільцевих каналах між колекторами-стабілізаторами перед газороздавальними отворами з кожного боку стабілізатора розміщені лопаткові регістри, які встановлені під різнойменними кутами в діапазоні (ф =30-60°) відносно повздовжньої осі пальникового пристрою Паливо в таких пальникових пристроях подається з вихідного торця стабілізатора в зону рециркуляції В ній проходить інтенсивне перемішування палива і повітря, запалювання суміші і часткове й горіння Зона рециркуляції служить джерелом запалювання основної частини палива, яке догоряє в СЛІДІ за стабілізатором Такі пальникові пристрої забезпечують стале горіння при високих та змінних коефіцієнтах надлишку повітря Але, через те, що в зону рециркуляції поступає не все повітря, що обтікає стабілізатор, загальний коефіцієнт надлишку повітря в пальниковому пристрої, при якому можливе горіння, значно більше одиниці Крім того, в зв'язку з обмеженістю КІЛЬКОСТІ повітря, що попадає в зону рециркуляції, а також недостатньою інтенсивністю процесів масообміну в цій зоні та СЛІДІ за стабілізатором, паливоповітряна суміш далека від рівномірної і процес горіння палива в таких пальникових пристроях проходить по дифузійному механізму, тобто довжина зони горіння збільшується з ростом витрати палива (зменшенням коефіцієнта надлишку повітря), а концентрація оксидів азоту в продуктах згоряння, яка, як відомо, збільшується з підвищенням локальної температури газів в зоні горіння і часом перебування в цій зоні, в таких пристроях є достатньо високою ю со О) 10735 Відома інша конструкція пальникового пристрою [Сударєв А. В., МаєвВ. В. Камери згоряння газотурбінних установок. Інтенсифікація горіння. Л.: Надра, 1990, 300с], в якому в кільцевих каналах між колекторами-стабілізаторами встановлені лопаткові регістри, які повертають повітряні потоки, що обтікають стабілізатор з обох боків, під різнойменими кутами в діапазоні ЗО...60° відносно повздовжньої осі пальникового пристрою. Зона рециркуляції за стабілізаторами утворюється в результаті взаємодії тангенціальне закручених в протилежних напрямках потоків, з зоною рециркуляції за стабілізатором, що призводить до підвищення інтенсивності турбулентності в зоні, значної інтенсифікації процесів сумішеутворення і горіння безпосередньо в зоні рециркуляції за стабілізатором та в ближньому сліді за ним. Як наслідок, довжина зони горіння з високим рівнем температур і всього факела зменшуються, час перебування продуктів реакції в цій зоні скорочується, і внаслідок цього кількість викидів оксидів азоту дещо зменшується. Але і цій конструкції внаслідок обмеженої кількості повітря в зоні рециркуляції та недостатньої інтенсивності перемішування палива та повітря, процес горіння за стабілізаторами і в цьому разі також проходить по дифузійному механізму, що призводить до збільшення довжини факела і викидів оксидів азоту при збільшенні витрати палива і загальних коефіцієнтах надлишку повітря, в пальниковому пристрої, значно більших одиниці. Стале горіння факелу в таких пальниках також можливе при коефіцієнтах надлишку повітря, більших одиниці. За найближчий аналог технічної пропозиції слід вважати конструкцію пальникового пристрою, наведену в роботі: Бутовський Л. С , Грановська О. О., Любчик Г. М., Христич В. В. Дослідження закономірностей вигоряння палива за кутовими та плоскими стабілізаторами полум'я. - В кн.Теорія та практика спалювання газу. Bnn.VII, Л.: Надра, 1975,с.324-338. Конструкція найближчого аналога містить у своєму складі один або кілька плоских або кільцевих колекторів-стабілізаторів, що обтікаються з обох боків повітряними потоками. Паливо на горіння подається в набігаючі потоки повітря через систему отворів, що розміщені на обох повздовжніх бокових стінках стабілізатора. Висота занурення газових струмків у поперечній потік повітря, а, значить, кількість повітря, що приймає участь у процесі сумішоутворення, збільшуються з ростом витрати палива (швидкості газових струмків). При такій схемі подачі палива на рівні зривних кромок стабілізатора утворюється паливо-повітряна суміш, склад якої наближається до рівномірної, а характеристики процесу горіння в ній наближаються до механізму горіння гомогенних сумішей. Використана організація процесу сумішоутворення і горіння дозволяє скоротити довжину факела, а значить камери згоряння, зменшити час перебування продуктів горіння в зоні високотемпературного ядра і завдяки цьому знизити викиди оксидів азоту. Такі пальникові пристрої можуть працювати на режимах, коли концентрація палива у повітрі виходить за межі горіння попередньо підготовлених паливо-повітряних сумішей, тобто при коефіцієнтах надлишку повітря, більших одиниці, і в той же час горіння можливе при коефіцієнтах надлишку повітря, близьких до одиниці. Недоліком найближчого аналога є те, що і в цьому разі інтенсивність процесів масообміну палива і повітря, а також горіння в зоні рециркуляції і сліді за стабілізатором обмежені, що призводить до збільшення довжини факелу і камери згоряння, а також зони високотемпературного ядра з ростом витрати палива (зменшенням коефіцієнта надлишку повітря). Ще одним недоліком найближчого аналога, пов'язаним із збільшенням часу перебування продуктів горіння в зоні високотемпературного ядра, є збільшений вихід оксидів азоту у порівнянні з пальниками, що працюють на попередньо підготовленій паливо-повітряній суміші. В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий пальниковий пристрій, який забезпечить зменшення довжини факелу і камери згоряння при роботі пальника в широкому діапазоні режимів, в тому числі при коефіцієнтах надлишку повітря, що наближаються до одиниці, шляхом інтенсифікації процесу сумішоутворення палива і повітря при подачі палива з бокових стінок стабілізатора зануренням в тангенціальне закручені протилежно направлені з обох боків стабілізатора потоки повітря та подачі цих сусідніх протилежно закручених паливо-повітряних сумішей за стабілізатор, внаслідок чого утворюється множина крупно-масштабних вихрів, які заповнюють весь переріз зони горіння в сліді за стабілізатором. Крім того, пристрій, що заявляється, забезпечує зменшення кількості викидів оксидів азоту внаслідок скорочення часу перебування продуктів реакції в зоні високих температур. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пальниковому пристрої, який має в своєму складі корпус для підводу повітря з розміщеними всередині нього одним або кількома подовженими вздовж повітряного потоку газопідвідними кільцевими колекторами-стабілізаторами, що, мають, в свою чергу, на обох бокових стінках систему газороздавальних отворів для подачі палива зануренням у повітряні потоки, новим є те, що в кільцевих каналах між колекторами-стабілізаторами перед газороздавальними отворами з кожного боку стабілізатора розміщені лопаткові регістри, які встановлені під різнойменними кутами в діапазоні =30...60° відносно повздожньої осі пальникового пристрою. Суть корисної моделі та принцип дії пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 схематично показано пальниковий пристрій у повздовжньому розрізі, а на Фіг.2 - розріз по А-А. Пальниковий пристрій містить у своєму складі корпус 1 з розміщеним всередині його одним або кількома газопідвідними кільцевими колекторамистабілізаторами 2, які, в свою чергу, мають газороздаючі отвори 3 для подачі палива зануренням 10735 в потоки повітря, що обтікають кожен стабілізатор з обох боків. З обох боків стабілізатора під різнойменне направленими кутами =30...60° відносно повздовжньої осі пальникового пристрою встановлені лопатки 4,5 регістрів. Елементи пальникового пристрою мають бути виконані із нержавіючої сталі, діаметр паливних отворів 1,0...5,0мм, відношення відстані між отворами до їхнього діаметра складає 2...5. Пальниковий пристрій працює наступним чином Повітря, що поступає на горіння в корпус пальника 1, обтікає газопідвідний паливний колектор-стабілізатор 2, розділяючись при цьому на два струмки, які обтікають стабілізатор з обох боків. Під час проходження потоків повітря через лопатки 4,5 регістрів ці потоки відхиляються в різні боки під кутами =30...60° відносно повздовжньої осі пальникового пристрою. Паливо (природний газ) подається з колектора-стабілізатора 2 через систему отворів 3, які розміщені на обох боках стабілізатора і занурюється в потік повітря на певну висоту, де проходить масообмін між паливними струмками та повітрям, внаслідок чого на цій висоті утворюється паливо-повітряна суміш, яка по своєму складу наближається до рівномірної. Частина паливо-повітряної суміші, що проходить поблизу бокової стінки стабілізатора, поступає і горить в зоні рециркуляції, що стабілізує процес горіння основної частини суміші, яка з високою інтенсивністю вигоряє в ближньому сліді за стабілізатором у вигляді короткого факела із зменшеними викидами оксидів азоту. При збільшені витрати палива швидкість паливних струмків та висота їх занурення у повітряний потік збільшуються і при коефіцієнтах надлишку повітря, які наближаються до одиниці, в масообміні і горінні приймає участь все повітря, яке проходить через пальниковий пристрій. Завдяки тому, що в закручених потоках інтенсивність процесів масообміну і значно вище, ніж в прямоточних системах, горіння паливо-повітряної суміші протікає в режимах, наближених до горіння гомогенних сумішей із зменшеною довжиною факела і зниженими викидами оксидів азоту в продуктах згоряння. Таким чином, запропонована конструкція пальникового пристрою забезпечує інтенсивне сумішоутворення та високоефективне горіння палива за кожним стабілізатором у виді короткого факела з малим часом перебування продуктів реакції в зоні високих температур і зниженим виходом токсичних оксидів азоту, у порівнянні з найближчим аналогом при зміні коефіцієнтів надлишку повітря в широкому діапазоні. А~А 4 а Ю О а с «а о Фіг. 2 Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601 З