Акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива

Реферат: Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний для спалювання рідких та газоподібних видів палива в промислових топках, промислових печах, теплових реакторах, побутових котлах, що використовуються на підприємствах машинобудівної, харчової, перероблювальної промисловості, житлово-комунальному господарстві і сільському господарстві. Акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива складається з патрубків для підведення палива, корпусу пальника з двома тороподібними камерами, каналами для підведення повітря на горіння в першу тороподібну камеру і каналами для підведення повітря на горіння в другу тороподібну камеру, стабілізатора полум'я, інжекційно-дифузійної насадки, причому в першій тороподібній камері встановлено не менше двох бічних малогабаритних інжекційно-дифузійних насадок для спалювання палива і по осі встановлена трубка для підведення палива до центральної інжекційно-дифузійної насадки, розташованої в другій тороподібній камері, в якій також встановлено не менше трьох бічних інжекційно-дифузійних насадок для спалювання палива, при цьому довжина інжекційно-дифузійних насадок першої тороподібної камери складає 0,25÷0,35 від довжини інжекційно-дифузійних насадок другої тороподібної камери. Для підвищення надійності, підвищення ККД теплогенеруючих установок і зниження витрати палива запропонований акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива, конструктивні особливості якого сприяють самозбудженню акустичних коливань газу, які за рахунок гармонізованих турбулентних пульсацій збільшують теплонапруженість топкового об'єму, прискорюють теплопередачу до стінок камери згорання. UA 105877 C2 (12) UA 105877 C2 UA 105877 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний для спалювання рідких та газоподібних видів палива в промислових котлах, промислових печах, теплових реакторах, побутових котлах, що використовуються на підприємствах машинобудівної, харчової, перероблювальної промисловості, житлово-комунальному господарстві і сільському господарстві. Експериментально і теоретично обґрунтовано явище впливу акустичних коливань на інтенсифікацію процесів горіння палива і теплообміну [Ларионов В.М., Зарипов Р.Г. Автоколебания газа в установках с горением. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2003. -227 с.]. Відомий пристрій інжекційно-дифузійного пальника, що складається з корпусу, первинної змішувальної камери, додаткової тороподібної змішувальної камери, патрубка газу, сопла, отворів для підводу повітря на горіння та стабілізатора полум'я [Патент України на корисну модель № 12365 U. Інжекційно-дифузійний пальник, опубл. 30.01.2006. Бюл. № 2, 2006 р.]. Недоліком аналога є високий гідравлічний опір внаслідок встановлення завихрювачів на вході в корпус, слабкий розвиток поверхні контакту фаз газу і повітря, а також нестаціонарна турбулентність і нестійкість вібраційного горіння. Найбільш близьким до пропонованого винаходу за технічною суттю є газовий пальник, що складається з патрубків для підведення палива, корпусу пальника з двома тороподібними камерами, стабілізатора полум'я, каналів для підведення повітря на горіння в першу тороподібну камеру та подачі повітря на горіння у другу тороподібну камеру, в якій на газоподавальній трубці встановлені перпендикулярно її осі турбулізатори з інжекційними каналами [Патент України на корисну модель № 35486 U. Газовий пальник, опубл. 25.09.2008. Бюл.№ 18, 2008 р.]. Основними недоліками відомого газового пальника є те, що в першій тороподібній камері не йде процес горіння, а відбувається лише змішування палива та повітря, не виникають гармонійні акустичні коливання, здатні інтенсифікувати процеси горіння і теплообміну, крім того перпендикулярне розташування турбулізаторів в газоподавальній трубці сприяє підвищеній турбулізації газоповітряної суміші, нестаціонарному горінню та перегріву другої тороподібної камери змішування, що знижує надійність роботи і може призвести до прогорання стінок. У основу винаходу поставлено задачу удосконалення акустичного пальника для спалювання газу і рідкого палива, шляхом конструктивних змін у якому досягається самозбудження акустичних коливань газу, які за рахунок гармонізованих турбулентних пульсацій збільшують теплонапруженість топкового об'єму, прискорюють теплопередачу до стінок камери згорання, покращують повноту спалювання палива, сприяють збільшенню ККД теплогенеруючих установок, за рахунок цього підвищується надійність і знижується витрата палива. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому акустичному пальнику для спалювання газу і рідкого палива, що складається з патрубків для підведення палива, корпусу пальника з двома тороподібними камерами, каналами для підведення повітря на горіння в першу тороподібну камеру і каналами для підведення повітря на горіння в другу тороподібну камеру, стабілізатора полум'я, інжекційно-дифузійної насадки, який відрізняється тим, що в першій тороподібній камері встановлено не менше двох бічних малогабаритних інжекційнодифузійних насадок для спалювання палива і по осі встановлена трубка для підведення палива до центральної інжекційно-дифузійної насадки, розташованої в другій тороподібній камері, в якій також встановлено не менше трьох бічних інжекційно-дифузійних насадок для спалювання палива, при цьому довжина інжекційно-дифузійних насадок першої тороподібної камери складає 0,25÷0,35 від довжини інжекційно-дифузійних насадок другої тороподібної камери. Установка бічних ультразвукових інжекційно-дифузійних насадок для спалювання палива в першій тороподібній камері, які через себе ежектують повітря для горіння палива, є джерелом акустичних автоколивань. Процес горіння палива в першій тороподібній камері змішування обумовлює підвищення температури, інтенсивне нагрівання нижньої частини конструкції пальника, викликає збудження коливань відповідних першій гармоніці. Очікуване найбільш інтенсивне звучання спостерігається, коли перше джерело теплоти - бічні інжекційно-дифузійні насадки для спалювання палива в першій тороподібній камері – мають довжину, що складає 0,25÷0,35 довжини інжекційно-дифузійних насадок другої тороподібної камери. При різниці температур відбувається додаткове самозбудження звукових коливань подібно до акустичного ефекту Зондхаусса. З огляду на те, що бічні інжекційно-дифузійні насадки для спалювання палива в першій тороподібній камері і інжекційно-дифузійні насадки другої тороподібної камери розташовані уздовж напряму руху потоку зменшується теплове навантаження на стінки пальника і інтенсифікуються процеси згорання палива та теплопередачі до стінок камери згорання, де встановлений пристрій. 1 UA 105877 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1 показано подовжній розріз заявленого акустичного пальника для спалювання газу і рідкого палива. На фіг. 2 показано умовне зображення конструкції інжекційно-дифузійної насадки для спалювання палива. Акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива складається з центрального патрубка 1 і кільцевого зовнішнього патрубка 2, що підводять паливо, корпусу 3, в якому розміщені перша тороподібна камера 4 і друга тороподібна камера 5. Паливо надходить в першу тороподібну камеру 4 з центрального патрубка 1 через бічні встановлені уздовж осі корпусу 3 інжекційно-дифузійні насадки 6. По осі корпусу 3 встановлений патрубок, що підводить паливо через інжекційно-дифузійну насадку 7. Встановлені вздовж корпусу 3 бічні інжекційно-дифузійні насадки 8 для другої тороподібної камери 5 живлять від кільцевого зовнішнього патрубка 2 подачі газу. Повітря для горіння в першу тороподібну камеру 4 надходить по каналах 9 під кутом 11÷15° до центральної осі пальника, а повітря для горіння в другу тороподібну камеру 5 подається по каналах 10, що розташовані під кутом 35÷55° до центральної осі пальника. На виході з другої тороподібної камери 5 розташований направляючий стабілізатор полум'я 11. Інжекційно-дифузійні насадки 6, 7 і 8 - це пальники інжекційно-дифузійні малогабаритні "TopΑ 1М" ТУ У 29.2-35855938-001:2008, де діаметр подавального паливного каналу D рівний або менше діаметра вихідного паливного сопла D1 (D≤D1), на бічній поверхні паливного каналу виконані не менше ніж в два ряди вісесиметрично розташовані повітряні канали D2 і D3 в кількості не менше двох в кожному ряду, при цьому D2≤D1, a D3≥D2. Акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива працює таким чином. Подача палива в пальник здійснюється через вхідний центральний патрубок 1 і кільцевий зовнішній патрубок 2. Від центрального патрубка живлять інжекційно-дифузійні насадки 6, призначені для горіння палива в першій тороподібній камері 4, а також живлять центральну інжекційно-дифузійну насадку 7, призначену для горіння палива в другій тороподібній камері 5. Бічні інжекційно-дифузійні насадки 8 для горіння палива в другій тороподібній камері 5 отримують паливо з кільцевого зовнішнього патрубка 2. Повітря на горіння надходить в першу тороподібну камеру 4 по каналах 9. У другу тороподібну камеру 5 повітря подається по каналах 10. Полум'я прямує через стабілізатор полум'я 11 в топку, де розташований акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива. Бічні інжекційно-дифузійні насадки 6, встановлені в першій тороподібній камері 4, через себе ежектують повітря для горіння палива і є джерелом акустичних автоколивань. Процес горіння палива в першій тороподібній камері обумовлює підвищення температури, інтенсивне нагрівання нижньої частини конструкції пальника та викликає збудження коливань відповідних першій гармоніці. Очікуване найбільш інтенсивне звучання спостерігається, коли перше джерело тепла - бічні інжекційно-дифузійні насадки 6 для спалювання палива в першій тороподібній камері 4 - мають довжину, що складає 0,25÷0,35 довжини інжекційно-дифузійних насадок 7 і 8 другої тороподібної камери 5. При різниці температур відбувається додатково самозбудження звукових коливань згідно з акустичним ефектом Зондхаусса. З огляду на те, що бічні інжекційно-дифузійні насадки 6 і інжекційно-дифузійні насадки 7 та 8 розташовані уздовж напряму руху потоку, зменшується теплове навантаження на стінки пальника, що збільшує надійність роботи, інтенсифікує процеси згорання палива та теплопередачі до стінок камери згорання (топки), де встановлений запропонований акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива. Використання запропонованого акустичного пальника для спалювання газу і рідкого палива дозволить збільшити теплонапруженість топкового об'єму, прискорити теплопередачу до стінок камери згорання, поліпшити повноту спалювання палива, підвищити надійність роботи, знизити витрату палива та підвищити ККД теплогенеруючих установок, як показали дослідні і промислові випробування на 8÷24 %. 2 UA 105877 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Акустичний пальник для спалювання газу і рідкого палива, що складається з патрубків для підведення палива, корпусу пальника з двома тороподібними камерами, каналами для підведення повітря на горіння в першу тороподібну камеру і каналами для підведення повітря на горіння в другу тороподібну камеру, стабілізатора полум'я, інжекційно-дифузійної насадки, який відрізняється тим, що в першій тороподібній камері встановлено не менше двох бічних малогабаритних інжекційно-дифузійних насадок для спалювання палива і по осі встановлена трубка для підведення палива до центральної інжекційно-дифузійної насадки, розташованої в другій тороподібній камері, в якій також встановлено не менше трьох бічних інжекційнодифузійних насадок для спалювання палива, при цьому довжина інжекційно-дифузійних насадок першої тороподібної камери складає 0,25÷0,35 від довжини інжекційно-дифузійних насадок другої тороподібної камери. 3 UA 105877 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4