Запальная горелка с калильным зажиганием

 

Изобретение относится к запальным горелкам с калильным зажиганием. Запальная горелка с калильным зажиганием содержит камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к, где d_в - внутренний диаметр защитной втулки, d_к - диаметр калильного воспламенителя. Защитная втулка может быть выполнена заодно целое с установочным узлом калильного воспламенителя, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру камеры сгорания или заодно целое с камерой сгорания. В установочном узле калильного воспламенителя выполнены сквозные отверстия в камеру сгорания. На входе в канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси установлена форсунка, а канал подвода жидкого топлива выполнен в виде колена с участком внезапного расширения перед камерой сгорания. Упомянутый канал может быть выполнен ступенчатым, составленным из двух втулок, установленных соосно между собой и под прямым углом к оси калильного воспламенителя, при этом во втулке меньшего диаметра, установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки большего диаметра, установлена топливная форсунка, а в боковой поверхности втулки большего диаметра выполнены сквозные отверстия. На выходе камеры сгорания установлена шайба или перфорированная пластина. Запальная горелка снабжена основной горелкой, установленной на выходном конце камеры сгорания и соосно с ней, и трубкой, один конец которой соединен с отверстием, выполненным в нижней части камеры сгорания в районе шайбы, а другой выведен в полость основной горелки. В участке трубки, соединенной с основной горелкой, размещена с радиальным зазором дополнительная трубка, соединенная с источником подвода воздуха под давлением. Изобретение позволяет повысить надежность создания запального факела при использовании пневматических форсунок в горелках, используемых, например, для розжига котлоагрегатов. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к запальным горелкам с калильным зажиганием, использующим для поджига топлива как электрические свечи накаливания, так и газодинамические резонаторы, и может быть использовано для розжига горелок, работающих как на жидких топливах, так и на топливовоздушных смесях.

Одним из преимуществ запальных горелок с калильным зажиганием является более надежная работа калильных устройств по сравнению с электроискровыми. Это связано с тем, что надежность работы электроискрового зажигания на жидком топливе зависит от точности настройки зазора между электродами и точности их установки относительно жидкостного или газожидкостного сопла горелки. Кроме того, электроды заливаются топливом и закоксовываются продуктами сгорания, что снижает надежность создания искры зажигания между электродами. При использовании же калильных устройств для зажигания жидких топлив и топливовоздушных смесей не требуется высокая точность установки форсунки относительно калильного воспламенителя.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является запальная горелка с калильным зажиганием, содержащая камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси (см. патент США № 3242967, НКИ 431-258, 1966 г.).

Недостаток известной запальной горелки при использовании в ней пневматической форсунки для распыливания жидкого топлива заключается в низкой надежности создания запального пламени. Это связано с тем, что газообразный компонент поступает в форсунку с опережением по отношению к жидкому топливу и сразу попадает на открытую поверхность калильного воспламенителя, что приводит к его охлаждению до температуры ниже температуры воспламенения жидкого топлива.

Кроме того, низка надежность создания запального факела при использовании такой горелки в качестве запальной на промышленных котлоагрегатах с высокой производительностью, где необходимы большие расходы жидкого топлива. Это приводит к заливу и охлаждению калильного воспламенителя вследствие непосредственного контакта струи топлива с запальной свечой. При этом надежность воспламенения снижается, т.к. температура свечи накаливания уменьшается и она не успевает испарять топливо и нагревать его до температуры воспламенения. Уменьшение же расхода топлива (в том числе и при использовании топливовоздушной смеси) снижает мощность и надежность пламени запальной горелки.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности создания запального факела при использовании пневматических форсунок в горелках, используемых, например, для розжига котлоагрегатов.

Это достигается тем, что в запальной горелке с калильным зажиганием, содержащей камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, согласно изобретению калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к, где d_в - внутренний диаметр защитной втулки; d_к - диаметр калильного воспламенителя, при этом плоскость открытого торца защитной втулки расположена в зоне свободного конца калильного воспламенителя.

Защитная втулка может быть выполнена заодно целое с установочным узлом калильного воспламенителя, при этом ее наружный диаметр равен внутреннему диаметру камеры сгорания, или заодно целое с камерой сгорания.

В установочном узле калильного воспламенителя выполнены сквозные отверстия в камеру сгорания.

На входе в канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси установлена форсунка, а упомянутый канал выполнен в виде колена с участком внезапного расширения перед камерой сгорания.

Кроме того, канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси может быть выполнен ступенчатым, составленным из двух втулок, установленных соосно между собой и под прямым углом к оси калильного воспламенителя, при этом во втулке меньшего диаметра, установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки большего диаметра, установлена топливная форсунка, а в боковой поверхности втулки большего диаметра выполнены сквозные отверстия.

На выходе камеры сгорания установлена шайба или перфорированная пластина.

Запальная горелка может быть снабжена основной горелкой, установленной на выходном конце камеры сгорания и соосно с ней, и трубкой, один конец которой соединен с отверстием, выполненным в нижней части камеры сгорания в районе шайбы, а другой выведен в полость основной горелки.

При этом в участке трубки, соединенной с основной горелкой, размещена с радиальным зазором дополнительная трубка, соединенная с источником подачи воздуха под давлением.

На фиг.1 и 2 изображена запальная горелка с двумя вариантами выполнения защитной втулки,

на фиг.3 - горелка в составе основной горелки котлоагрегата,

на фиг.4 и 5 - горелка с двумя вариантами выполнения канала подвода воздуха.

Запальная горелка содержит камеру 1 сгорания, в торце которой соосно размещен установочный узел 2 с калильным воспламенителем 3 (свеча накаливания). Калильный воспламенитель 3 закрыт защитной втулкой 4 таким образом, что один торец соединен с установочным узлом 2, а плоскость второго торца расположена в зоне торца калильного воспламенителя 3. Напротив торцов калильного воспламенителя 3 и защитной втулки 4, под углом к ним, к камере 1 сгорания подведен канал 5 подачи жидкого топлива или топливовоздушной смеси. Внутренний диаметр защитной втулки 4 находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к. При d_в>d_к (d_к - диаметр калильного воспламенителя, d_в - внутренний диаметр защитной втулки) между защитной втулкой 4 и калильным воспламенителем 3 образуется кольцевой зазор, исключающий перегрев защитной втулки 4, а при d_в>3d_к снижается эффективность нагрева защитной втулки 4 и влияние ее нагрева на процессы испарения топлива и его воспламенения.

Конструктивно защитная втулка 4 может быть выполнена заодно целое с установочным узлом 2 калильного воспламенителя 3 (фиг.2), при этом ее наружный диаметр может быть равен внутреннему диаметру камеры 1 сгорания. При этом в обоих вариантах выполнения защитной втулки 4 (фиг.1 и 2) канал 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси расположен напротив торца защитной втулки 4 и калильного воспламенителя 3. В установочном узле 2 калильного воспламенителя 3 могут быть выполнены сквозные отверстия 6 для подсоса воздуха из атмосферы в камеру 1 сгорания (фиг.1). В выходном конце камеры 1 сгорания может быть установлена шайба 7 или перфорированная пластина для снижения уровня разрежения в камере 1 сгорания при работе ее в составе основной горелки 8 котлоагрегата (фиг.3). Для отвода несгоревшего жидкого топлива из камеры 1 сгорания она соединена одним концом трубки 9 с отверстием 10, выполненным в ее нижней части перед шайбой 7, а второй конец выведен в основную горелку 8.

Для обеспечения эффективного вывода топлива из камеры 1 сгорания и его сгорания в основной горелке 8 в трубке 9 размещена трубка 11 подвода воздуха с соплом на конце. Канал 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси может быть выполнен в виде колена 12 с участком внезапного расширения перед камерой 1 сгорания, на входе в который размещена форсунка 13 (фиг.4), или ступенчатым, составленным из двух втулок 14 и 15 (фиг.5) разного диаметра. Втулка 14 меньшего диаметра установлена во втулке 15 с возможностью перемещения вдоль ее оси, например по резьбе. Для фиксации заданного положения втулки 14 относительно втулки 15 она снабжена гайкой 16. Форсунка 13 размещена во втулке 14, а в верхней части втулки 15 выполнены сквозные отверстия 17 для дополнительного подсоса воздуха.

Запальная горелка работает следующим образом.

Предварительно разогревают калильный воспламенитель 3 до заданной температуры, подав на нее электрический ток. При этом через воздушный зазор прогревается и защитная втулка 4. Через канал 5 подают топливо или топливовоздушную смесь. Топливо частично распиливается на поверхность защитной втулки 4, а часть попадает на торец свечи 3 накаливания, прогревается до температуры испарения, испаряется и воспламеняется. Поскольку сам калильный воспламенитель 3 не заливается топливом и не охлаждается воздухом, и, кроме того, благодаря развитой нагретой поверхности защитной втулки 4 интенсифицируется процесс испарения большого расхода топлива, что повышает надежность и эффективность создания запального факела, а также его поддержания. При сгорании воздуха в объеме камеры 1 сгорания нарушается оптимальное соотношение компонентов топливовоздушной смеси и условия их сгорания.

Для обеспечения подачи необходимого количества воздуха в запальную горелку организуется подсос воздуха из атмосферы через отверстия 6 в установочном узле 2, что повышает надежность создания и поддержания запального факела. Выполнение участка канала 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси перед камерой 1 сгорания с внезапным расширением позволяет затормозить (погасить скорость) топлива (топливовоздушной смеси) и тем самым обеспечить более надежное его воспламенение, повысив полноту его сгорания. Регулирование длины заглубления втулки 14 относительно втулки 15 дает возможность обеспечивать более оптимальное соотношение компонентов в зоне их воспламенения у калильного воспламенителя 3 вследствие подсоса воздуха через отверстия 17.

При использовании такой запальной горелки для розжига топок котлоагрегатов возникает эффект уноса топлива воздушным потоком от свечи 3 накаливания вследствие эжекции в основную горелку 8, что также снижает надежность воспламенения. Кроме того, происходит унос в основную горелку 8 не успевшего сгореть топлива из запальной горелки. Для снижения влияния этого эффекта и тем самым увеличения времени пребывания топлива в запальной горелке и тем самым повышения полноты его сгорания на выходе из камеры 1 сгорания установлена шайба 7. Поскольку не все топливо сгорает в камере 1 сгорания, часть его стекает со стенок камеры 1 сгорания и скапливается в нижней части. Топливо через отверстие 10 и трубку 9 поступает в основную горелку 8. Для эффективного вывода этого топлива используется трубка 11 подвода воздуха с соплом на конце, обеспечивающая эжекцию и распыл остатков топлива в основную горелку 8 котлоагрегата (каналы подвода топлива к основной горелке 8 на чертеже условно не показаны).

Использование изобретения позволит повысить надежность создания запального факела в запальных горелках с калильным зажиганием.

Формула изобретения

1. Запальная горелка с калильным зажиганием, содержащая камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, отличающаяся тем, что калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах

d_k ≤ d_B ≤ 3d_k,

где d_B - внутренний диаметр защитной втулки;

d_k - диаметр калильного воспламенителя.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что защитная втулка выполнена за одно целое с установочным узлом калильного воспламенителя, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру камеры сгорания или за одно целое с камерой сгорания.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что в установочном узле калильного воспламенителя выполнены сквозные отверстия в камеру сгорания.

4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что на входе в канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси установлена форсунка, а упомянутый канал выполнен в виде колена с участком внезапного расширения перед камерой сгорания.

5. Горелка по п.4, отличающаяся тем, что канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси выполнен ступенчатым, составленным из двух втулок, установленных соосно между собой и под прямым углом к оси калильного воспламенителя, при этом во втулке меньшего диаметра, установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки большего диаметра, установлена топливная форсунка, а в боковой поверхности втулки большего диаметра выполнены сквозные отверстия.

6. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что на выходе камеры сгорания установлена шайба или перфорированная пластина.

7. Горелка по п.1 или 6, отличающаяся тем, что горелка снабжена основной горелкой, установленной на выходном конце камеры сгорания и соосно с ней, и трубкой, один конец которой соединен с отверстием, выполненным в нижней части камеры сгорания в районе шайбы, а другой выведен в полость основной горелки.

8. Горелка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что в участке трубки, соединенной с основной горелкой, размещена с радиальным зазором дополнительная трубка, соединенная с источником подвода воздуха под давлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5