RU2047049C1

RU2047049C1 - Injector

Info

Publication number: RU2047049C1
Application number: RU92009731A
Authority: RU
Inventors: Раиса Викторовна Конакова; Вячеслав Михайлович Карпенко; Александр Федорович Стеблевский; Александр Сергеевич Семин; Эрих Леонардович Оккель; Ольга Эдуардовна Бурминская; Эдуард Петрович Бурминский
Original assignee: Эдуард Петрович Бурминский
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: heat-and-power generating plants. SUBSTANCE: injector has body 1 with fuel pipe 2 and two pairs of coaxial shells 3 and 4, 5 and 6 with annular clearance inside each pair; annular clearances are facing each other at certain angle. Shells 3-6 are truncated cones. Pair of shells 3 and 4 faces body 1 by its smaller bases and pair of shells 5 and 6, by larger bases. Annular clearance of each pair receives partitions placed in same plane and each of them is continuation of other one when one pair of shells leaves one annular clearance and enters other one. Annular row of coaxial holes 7-10 is provided in shells to form alternating blind and through ducts 13 and 14. Large bases of shells 3 and 4 may have diameter greater than that of smaller base of shell 6; inlet edge of shell 4 may be made so that it abuts inlet edge of shell 5. EFFECT: enlarged functional capabilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике, предназначенной для сжигания жидкого, газообразного и твердого пылевидного топлива в теплоэнергетических и технологических установках, и может быть использовано в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to techniques for burning liquid, gaseous and solid pulverized fuels in thermal power and technological installations, and can be used in metallurgical, chemical, food and other industries.

Известна форсунка, содержащая корпус с соосно установленными топливным каналом и обечайками, образующими два кольцевых канала для подачи воздуха, причем второй кольцевой канал снабжен завихрителем и подает воздух в основание струи, создаваемой первым кольцевым каналом, с целью получения струи с увеличенным углом раскрытия [1]
Недостатком форсунки является несовершенный процесс смещения воздуха с топливом, образующим неустойчивый факел горения.Known nozzle containing a housing with a coaxially mounted fuel channel and shells forming two annular channels for air supply, the second annular channel is equipped with a swirler and supplies air to the base of the jet created by the first annular channel, in order to obtain a jet with an increased opening angle [1]
The disadvantage of the nozzle is the imperfect process of displacement of air with fuel, forming an unstable combustion torch.

Известна форсунка, содержащая корпус с установленными соосно топливной трубой с соплами и заглушенным торцом и двумя обечайками на выходе из корпуса, в кольцевом зазоре между которыми установлены завихритель с наклонными каналами, которые через один снабжены заглушками, а в корпусе, в зоне заглушенных каналов, выполнены отверстия [2]
В форсунке один поток воздуха поступает из воздуховода через отверстия в корпусе и заглушенные каналы. В результате из форсунки в топку направляется закрученный кольцевой поток, состоящий из чередующихся струй воздуха и струй топливной смеси. Устойчивость горения повышается благодаря более развитой поверхности контакта воздуха с топливом.Known nozzle comprising a housing with a coaxially mounted fuel pipe with nozzles and a muffled end and two shells at the outlet of the housing, in the annular gap between which are installed a swirler with inclined channels, which are provided with plugs through one, and in the housing, in the area of the muffled channels, are made holes [2]
In the nozzle, one air stream enters from the duct through the openings in the housing and the muffled channels. As a result, a swirling annular stream consisting of alternating jets of air and jets of the fuel mixture is directed from the nozzle to the furnace. Combustion stability is enhanced by a more developed air-fuel contact surface.

Недостатком данной форсунки является неустойчивость горения низкосортного топлива, поскольку интенсивность потока рециркулирующих продуктов сгорания и эффективность смещения находятся на уровне вихревой горелки и недостаточны для получения качественной смеси, прогретой до температуры воспламенения. Это приводит к срыву пламени при повышенной зольности топлива. The disadvantage of this nozzle is the instability of the combustion of low-grade fuel, since the flow rate of the recirculating combustion products and the bias efficiency are at the level of the vortex burner and are insufficient to obtain a high-quality mixture heated to the ignition temperature. This leads to flame failure with increased ash content of the fuel.

Другим недостатком является повышенное содержание окислов азота в отходящих газах. Это также обусловлено недостаточной рециркуляцией продуктов сгорания, которая, снижая температуру в зоне горения, соответственно замедляет образование вредных веществ, в частности окислов азота. Another disadvantage is the increased content of nitrogen oxides in the exhaust gases. This is also due to insufficient recirculation of combustion products, which, by lowering the temperature in the combustion zone, accordingly slows down the formation of harmful substances, in particular nitrogen oxides.

Поставленная цель достигается тем, что в форсунке, содержащей воздухоподводящий корпус с центральной топливном трубой, периферийной и внутренней обечайками, установленными за выходным срезом корпуса с кольцевым зазором, в котором размещены наклонные к оси корпуса перегородки, образующие чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы, при этом периферийная обечайка установлена с примыканием к выходному срезу корпуса, дополнительно установлены соосные периферийная и внутренняя обечайки с дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, периферийная и внутренняя обечайки выполнены в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, дополнительные обечайки также выполнены в виде усеченных конусов, но обращены к корпусу меньшими основаниями, при этом дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, причем в каждой паре обечаек выполнен кольцевой ряд соосных отверстий, образующих указанные сквозные наклонные каналы. This goal is achieved by the fact that in the nozzle containing the air supply housing with a central fuel pipe, peripheral and inner shells installed behind the outlet cut of the housing with an annular gap, in which partitions are inclined to the axis of the housing, forming alternating through one muffled and through inclined channels, while the peripheral shell is installed adjacent to the output section of the housing, additionally coaxial peripheral and inner shells with additional inclined to the axis of the body by partitions located in the annular gap between the additional shells with the formation of alternating through one muffled and through inclined channels, the peripheral and internal shells are made in the form of truncated cones facing the body with large bases, additional shells are also made in the form of truncated cones, but facing the case with smaller bases, while the additional inner shell is mounted adjacent to the Central fuel pipe, and in each pair of shells made an annular row of coaxial holes forming said through inclined channels.

Большие основания дополнительных обечаек выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки. The large bases of the additional shells are made with diameters exceeding the diameter of the smaller base of the peripheral shell.

Дополнительная периферийная обечайка установлена с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки, обращенной к корпусу большим основанием. An additional peripheral shell is installed with the input cut adjacent to the input cut of the inner shell, facing the body with a large base.

От прототипа предлагаемое изобретение отличается тем, что дополнительно содержит соосные периферийную и внутреннюю обечайки с дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, периферийная и внутренняя обечайки выполнены в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, дополнительные обечайки также выполнены в виде усеченных конусов, но обращены к корпусу меньшими основаниями, причем дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, при этом в каждой паре обечаек выполнен кольцевой ряд соосных отверстий, образующих указанные сквозные наклонные каналы. Каждый из этих признаков является существенным и в совокупности решает поставленную задачу. The present invention differs from the prototype in that it further comprises coaxial peripheral and inner shells with additional partitions inclined to the axis of the housing located in an annular gap between additional shells to form alternating through one muffled and through inclined channels, the peripheral and inner shells are made in the form of truncated cones facing the casing with large bases, additional shells are also made in the form of truncated cones, but less facing the casing their bases, and the additional inner shell is installed adjacent to the Central fuel pipe, while in each pair of shells made of an annular row of coaxial holes forming these through inclined channels. Each of these features is significant and together solves the problem.

Признаки, касающиеся дополнительных обечаек, большие основания которых выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки, и установки дополнительной периферийной обечайки с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки, обращенной к корпусу большим основанием, характеризуют изобретение лишь в частных случаях. Signs regarding additional shells, the large bases of which are made with diameters greater than the diameter of the smaller base of the peripheral shell, and the installation of an additional peripheral shell adjacent to the input slice of the inner shell facing the body with a large base, characterize the invention only in special cases.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является снижение гидравлического сопротивления. The technical result from the use of the invention is to reduce the hydraulic resistance.

Наличие дополнительных соосных периферийной и внутренней обечаек с дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, позволяет в выходном сечении форсунки сформировать два независимых кольцевых ряда струй окислителя, различающихся своими аэродинамическими характеристиками. The presence of additional coaxial peripheral and internal shells with additional partitions inclined to the body axis located in the annular gap between additional shells with the formation of muffled and through inclined channels alternating through one allows the nozzle to form two independent annular rows of oxidizing jets differing in their aerodynamic characteristics .

Выполнение периферийной и внутренней обечаек в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, и дополнительных обечаек, также выполненных в виде усеченных конусов, но обращенных к корпусу меньшими основаниями так, что дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, позволяет направить струи обоих рядов под углом друг к другу упорядоченно, без взаимного столкновения и слияния, с сохранением на достаточном удалении от выходного сечения форсунки аэродинамической индивидуальности как потока в целом, так и отдельных струй каждого кольцевого ряда. The execution of the peripheral and inner shells in the form of truncated cones facing the body with large bases, and additional shells also made in the form of truncated cones, but facing the body with smaller bases so that the additional inner shell is installed adjacent to the central fuel pipe, allows you to direct the jet both rows at an angle to each other in an orderly manner, without mutual collision and confluence, while maintaining at a sufficient distance from the exit section of the nozzle of the aerodynamic individual nosti as the flow as a whole and the individual jets of each annular row.

Выполнение в каждой паре обечаек кольцевых рядов соосных отверстий, образующих чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы, позволяет создать в поперечном сечении факела форсунки прерывистый профиль продольной скорости течения. Прерывистый поток дополняется изменением направления течения от струи к струе. Течение происходит с качественно более высокими градиентами скоростей. Это создает условия по турбулизации потока и интенсификации процессов смещения как непосредственно в начальном участке течения, так и на большом удалении от выходного сечения форсунки. Тем самым удается достичь большой интенсивности процессов смешения и рециркуляции продуктов сгорания. Кроме того, различие в направлениях распространения двух сформированных потоков относительно друг друга, увеличивая градиент скоростей между собой и повышая интенсивность процессов смещения и рециркуляции, создает благоприятные условия для двухстадийного сжигания топлива вначале горение обогащенной смеси во внутреннем, поджатом к оси форсунки потоке, несколько удаленном от внешнего, а затем, по мере смещения с внешним потоком, истекающим в радиально-осевом направлении, ее дожигание на некотором удалении от выходного сечения форсунки. The execution in each pair of shells of the annular rows of coaxial holes, forming alternating through one muffled and through inclined channels, allows you to create a discontinuous profile of the longitudinal velocity in the cross section of the nozzle plume. Intermittent flow is supplemented by a change in the direction of flow from the jet to the jet. The flow occurs with qualitatively higher velocity gradients. This creates conditions for turbulization of the flow and intensification of the displacement processes both directly in the initial section of the flow and at a large distance from the outlet section of the nozzle. Thereby, it is possible to achieve a high intensity of the processes of mixing and recycling of combustion products. In addition, the difference in the directions of propagation of the two generated flows relative to each other, increasing the velocity gradient between themselves and increasing the intensity of the processes of displacement and recirculation, creates favorable conditions for two-stage combustion of fuel at first the combustion of the enriched mixture in an internal stream, pressed to the axis of the nozzle, somewhat remote from external, and then, as it displaces with the external flow flowing out in the radial-axial direction, its afterburning at some distance from the output section of the nozzle .

Предлагаемое компоновочное решение форсунки отличается от известных простотой, рациональностью и экономичностью размещения узлов, надежностью в работе и низким гидравлическим сопротивлением. The proposed nozzle layout solution differs from the known nozzles in terms of simplicity, rationality and cost-effectiveness of component placement, reliable operation and low hydraulic resistance.

На фиг. 1 изображена предлагаемая форсунка, продольный разрез; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1. In FIG. 1 shows the proposed nozzle, a longitudinal section; figure 2 view along arrow a in figure 1.

Форсунка содержит корпус 1, топливную трубу 2, соосные внутреннюю 3 и периферийную 4 обечайки, выполненные в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу 1 меньшими основаниями, и соосные внутреннюю 5 и периферийную 6 обечайки, выполненные также в виде усеченных конусов, но обращенных к корпусу большими основаниями. В обечайках 3 и 4, 5 и 6 выполнены отверстия 7, 8, и 9, 10 соответственно. В кольцевых зазорах между обечайками 3 и 4, 5 и 6 установлены перегородки 11 и 12 соответственно, лежащие в одной плоскости и являющиеся продолжением одна другой. Отверстия 7-10 выполнены между перегородками 11 и 12 на участках пересечения каждой из двух пар обечаек 3, 4 и 5, 6 так, что образуются два кольцевых ряда наклонных взаимно пересекающихся через один каналов 13 и 14, при этом поверхности обечаек 3 и 4, образующие наклонные каналы 13 первого кольцевого ряда, являются заглушками 15 между наклонными каналами 14 второго кольцевого ряда и наоборот, поверхности обечаек 5 и 6, образующие наклонные каналы 14, являются заглушками 16 между наклонными каналами 13. При этом каналы 14 наклонены к оси форсунки и выполнены с закруткой вокруг нее, а каналы 13 наклонены от оси форсунки. Полости наклонных каналов 13 и 14 соединены воздуховодом 17. Для углевоздушной смеси выполнена вторая топливная труба 18. The nozzle comprises a housing 1, a fuel pipe 2, coaxial inner 3 and peripheral 4 shells made in the form of truncated cones facing the housing 1 with smaller bases, and coaxial inner 5 and peripheral 6 shells also made in the form of truncated cones, but facing the housing great grounds. In the shells 3 and 4, 5 and 6, holes 7, 8, and 9, 10 are made, respectively. In the annular gaps between the shells 3 and 4, 5 and 6, partitions 11 and 12, respectively, are installed, lying in one plane and being a continuation of one another. Holes 7-10 are made between the partitions 11 and 12 at the intersection of each of the two pairs of shells 3, 4 and 5, 6 so that two annular rows of inclined mutually intersecting channels 13 and 14 intersect through one, and the surfaces of the shells 3 and 4, forming inclined channels 13 of the first annular row are plugs 15 between inclined channels 14 of the second annular row and vice versa, the surfaces of shells 5 and 6 forming inclined channels 14 are plugs 16 between inclined channels 13. Moreover, the channels 14 are inclined to the nozzle axis and are made with akrutkoy around it, and the channels 13 are slanted from the burner axis. The cavities of the inclined channels 13 and 14 are connected by an air duct 17. For the carbon-air mixture, a second fuel pipe 18 is made.

Как частный вариант исполнения форсунки большие основания дополнительных обечаек 3 и 4 выполнены с диаметрами, превышающими диаметр меньшего основания периферийной обечайки 6, а дополнительная периферийная обечайка 4 выполнена с примыканием входным срезом к входному срезу внутренней обечайки 5. As a particular embodiment of the nozzle, the large bases of the additional shells 3 and 4 are made with diameters exceeding the diameter of the smaller base of the peripheral shell 6, and the additional peripheral shell 4 is made with the input cut adjacent to the input cut of the inner shell 5.

Форсунка работает следующим образом. The nozzle works as follows.

Воздух поступает через воздуховод 17 в наклонные каналы 14 и 13 и затем в топку. Топливо подается к выходным сочетаниям каналов 13 и 14 через топливную трубу 2. Воздух, поступающий в топку через наклонные каналы 14, образует в свободном пространстве внутренний прерывистый в поперечном сечении факела горения вихревой поток в виде кольцевого ряда закрученных вокруг оси форсунки газовых струй (см. фиг.1). Поток вначале поджимается ближе к оси форсунки, а затем, не достигая ее, расширяется по мере удаления от выходного сечения. Закрутка струй, направленных от оси форсунки, предотвращая их столкновение в осевой зоне течения, уменьшает коагуляцию топлива и предотвращает чрезмерное обогащение топливной смеси в этой зоне. Кроме того, закрутка обеспечивает образование зоны разрежения, которая способствует подсосу горячих газов из топочного пространства к корню факела горения. Эти газы подогревают топливную смесь и улучшают условия ее воспламенения и горения. Air enters through the duct 17 into the inclined channels 14 and 13 and then into the furnace. Fuel is supplied to the outlet combinations of channels 13 and 14 through the fuel pipe 2. The air entering the furnace through the inclined channels 14 forms in the free space an intermittent vortex flow in the cross section of the combustion torch in the form of an annular row of gas jets swirling around the axis of the nozzle (see figure 1). At first, the flow is pressed closer to the axis of the nozzle, and then, without reaching it, it expands with distance from the outlet cross section. The swirling of jets directed from the axis of the nozzle, preventing their collision in the axial flow zone, reduces fuel coagulation and prevents excessive enrichment of the fuel mixture in this zone. In addition, the swirl provides the formation of a rarefaction zone, which contributes to the suction of hot gases from the furnace space to the root of the flame. These gases heat the fuel mixture and improve the conditions of its ignition and combustion.

Воздух, поступающий в топку через наклонные каналы 13, образует в свободном пространстве внешний прерывистый поток (см. фиг.1) в виде кольцевого ряда газовых струй, расходящихся от оси форсунки в радиально осевом направлении. The air entering the furnace through the inclined channels 13 forms in the free space an external discontinuous flow (see Fig. 1) in the form of an annular row of gas jets diverging from the nozzle axis in the radially axial direction.

Потоки, создаваемые наклонными каналами 13 и 14, в виде конусов кольцевых рядов струй с различными углами раскрытия формируют факел горения. The flows created by the inclined channels 13 and 14, in the form of cones of annular rows of jets with different opening angles, form a flame.

Высокая интенсивность турбулентности и активная рециркуляция, которые достигаются при работе предлагаемой форсунки, обусловлены значительными градиентами скоростей течения, сформированного потоками с различными направлениями распространения воздуха, обеспечивают качественный подогрев, надежный поджиг и устойчивое горение переобогащенной смеси при недостатке кислорода и умеренных температурах. Полное сгорание топлива завершается на более удаленных от выходного сечения расстояниях и происходит по мере перемешивания реагирующей смеси с внешним, радиально-осевым потоком газа-носителя. По мере достижения зоны дожигания реагирующая смесь теряет часть тепла за счет излучения, вызывающего понижение температуры и снижение скорости образования окислов азота. The high intensity of turbulence and active recirculation, which are achieved during the operation of the proposed nozzle, are caused by significant gradients in the flow rates formed by flows with different directions of air distribution, provide high-quality heating, reliable ignition and stable combustion of the re-enriched mixture with a lack of oxygen and moderate temperatures. Complete combustion of fuel is completed at distances farther from the outlet cross section and occurs as the reaction mixture is mixed with an external, radial-axial flow of carrier gas. As the afterburning zone is reached, the reacting mixture loses some of the heat due to radiation, causing a decrease in temperature and a decrease in the rate of formation of nitrogen oxides.

Такая организация горения обеспечивает двухстадийное сжигание топлива, полностью организованное в свободном пространстве без традиционных предтопков и форкамер. Указанные факторы повышают устойчивость горения при сжигании низкосортного топлива, например экибастузского угля, и снижают содержание вредных веществ, в частности окислов азота, в отходящих газах. Such a combustion organization provides a two-stage combustion of fuel, completely organized in free space without traditional pre-furnaces and prechambers. These factors increase the stability of combustion when burning low-grade fuel, for example, Ekibastuz coal, and reduce the content of harmful substances, in particular nitrogen oxides, in the exhaust gases.

Claims

1. NOZZLE, comprising an air supply housing with a central pipe, peripheral and inner shells installed behind the outlet slice of the housing with an annular gap, in which partitions inclined to the axis of the housing are placed, forming partitions alternating through one muffled and through inclined channels, while the peripheral shell is installed with adjacent to the output section of the housing, characterized in that it is equipped with additional coaxial peripheral and internal shells and additional partition inclined to the axis of the housing and, located in the annular gap between the additional shells, with the formation of alternating through one muffled and through inclined channels, the peripheral and inner shells are made in the form of truncated cones facing the body with large bases, additional shells are also made in the form of truncated cones, but facing the body smaller bases, while the additional inner shell is mounted adjacent to the central fuel pipe, and in each pair of shells an annular row of coaxial holes is made s forming the specified through inclined channels.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the large bases of the additional shells are made with diameters greater than the diameter of the smaller base of the peripheral shell.

3. The nozzle according to claim 1, characterized in that the additional peripheral shell is installed adjacent to the input cut of the inner shell facing the body with a large base.