Мазутная форсунка

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Козловский Николай Алексеевич Артюхов Евгений Сергеевич Куликов Иван Семенович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(57) Мазутная форсунка, содержащая наружную горелочную трубу, образующую канал дутьевого воздуха, подсоединенную к линии воздухоподачи, и сопловую головку, которая имеет, по меньшей мере, одно распылительное сопло, подсоединенное к линии топливоподачи и выполненное на расположенном центрально держателе, укрепленном на штоке,отличающаяся тем, что сопловая головка выполнена регулируемой дроссельного типа с подпружиненным клапаном и снабжена центральной стяжкой с рассекателем, закрепленной на двух упругих мембранах цельной и разрезной, причем сопловая головка снабжена виброгасящей втулкой, закрепленной на центральной стяжке. 5784 1 Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для распыления жидкого топлива при его подаче в топки парогенераторов и камеры сгорания, а также для распыления различных жидкостей во многих областях техники. Известна механическая форсунка 1, содержащая топливную трубу с отверстиями в стенке, заключенную в зоне расположения последних (отверстий) в кожух с выходным каналом, снабженный выпускным клапаном, с целью повышения полноты сгорания, в топливной трубе на участке за отверстиями, дополнительно установлен подпружиненный клапан, сама труба введена в выходной канал кожуха с образованием кольцевого сопла, а выпускной клапан размещен в зоне последнего. Механическая форсунка работает следующим образом. Мазут под давлением поступает в топливную трубу. При этом подпружиненный клапан открыт, а выпускной клапан закрыт и мазут распыляется вдоль оси форсунки. При давлении мазута подпружиненный клапан закрывается, происходит гидроудар,волна которого сопровождается в начальной фазе увеличением давления и при достижении его максимального значения открывается выпускной клапан. Мазут поступает через отверстия в полость кожуха и под высоким давлением распыляется через кольцевое сопло. При снижении давления выпускной клапан закрывается, а подпружиненный клапан открывается и цикл повторяется. Таким образом, установка в топливной трубе на участке за отверстиями дополнительного подпружиненного клапана, введение самой трубы в выходной канал кожуха, а также то, что выпускной клапан размещен в зоне последнего, позволяет повысить полноту сгорания, но не в полной мере из-за периодичной работы подпружиненного и выпускного клапанов, сопровождаемых гидроударами. Существенным недостатком этой механической форсунки является то, что при ее работе не обеспечивается плавность процесса распыления топлива из-за периодической работы клапанов, что неблагоприятно отражается на сгорании частиц энергоносителя. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является малая мазутная форсунка 2. Форсунка содержит сопловую головку, которая имеет по меньшей мере одно распылительное сопло, подсоединенное к линии топливоподачи и выполненное на расположенном центрально держателе, укрепленном на штоке. Предусмотрена наружная горелочная труба, образующая канал дутьевого воздуха, подсоединенный к линии воздухоподачи. Известная малая мазутная форсунка работает следующим образом. Одновременно к сопловой головке подается мазут, а к кольцевому зазору, образованному между сопловой головкой и внутренним диаметром горелочной трубы, подается дутьевой воздух, который способствует интенсификации процесса распыления мазута и повышению полноты его сгорания. Расход мазута регулируют распылительным соплом,выполненным в виде безвозвратного закручивающего одноканального сопла с постоянным выходным поперечным сечением. Соответствующий мгновенному расходу мазута расход воздуха в канале регулируют в зависимости от производительности путем осевого перемещения расположенного аксиально подвижным в сопловой головке исполнительного элемента, состоящего из соплодержателя, кольца и соплового штока. Недостатком конструкция малой мазутной форсунки является то, что она неэффективно распыляет мазут, вследствие чего происходит неполное сгорание топлива и снижается КПД котла. Задачей настоящего изобретения является повышение полноты сгорания мазута за счет высокой тонкости его распыления. Поставленная задача решается тем, что в известной мазутной форсунке, содержащей наружную горелочную трубу, образующую канал дутьевого воздуха, подсоединенную к линии воздухоподачи, и сопловую головку, которая имеет, по меньшей мере, одно распылительное сопло, подсоединенное к линии топливоподачи и выполненное на расположенном 2 5784 1 центрально держателе, укрепленном на штоке, сопловая головка выполнена регулируемой дроссельного типа с подпружиненным клапаном и снабжена центральной стяжкой с рассекателем, закрепленной на двух упругих мембранах цельной и разрезной, причем сопловая головка снабжена виброгасящей втулкой, закрепленной на центральной стяжке. Наличие регулируемой сопловой головки дроссельного типа с подпружиненным клапаном позволяет производить ее настройку на производительность в широком диапазоне,а подпружиненный клапан способствует обеспечению подачи топлива с постоянным давлением в распылительном сопле и распылению с требуемой тонкостью. Центральная стяжка с рассекателем на двух упругих мембранах цельной и разрезной обеспечивает ее центральное положение относительно центра распылителя, а виброгасящая втулка положительно влияет на процесс распыления и горения мазута, снижая пиковые вибрации. Кроме того, центральная стяжка имеет возможность осевого возвратнопоступательного движения в процессе настройки и рабочего режима при эксплуатации. Таким образом, в результате предложенных изменений в конструкции мазутной форсунки повышается интенсивность горения топлива, что позволяет повысить КПД котла на 0,25 . При этом содержание вредных газов снижается на 30 мг/м 3. Конструктивно предлагаемая мазутная форсунка представлена на фиг. 1-9. На фиг. 1 показан общий вид мазутной форсунки,на фиг. 2 приведена конструкция сопловой головки,на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2,на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2,на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2,на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 2,на фиг. 7 - узел Д на фиг. 2,на фиг. 8 - узел Е на фиг. 2,на фиг. 9 - узел Ж на фиг. 2. Мазутная форсунка содержит сопловую головку 1, кольцо 2 с отверстиями для подвода мазута к сопловой головке, накидную гайку 3, корпус 4, подсоединенный к линии топливоподачи, уплотнение 5. Сопловая головка 1 содержит центральную стяжку 6, рассекатель 7, сменный распылитель 8, фланец 9, компенсатор 10, шайбу 11, корпус 12. Сопловая головка также содержит гайку 13, цельную мембрану 14, разделительную втулку 15, виброгасящую втулку 16,разрезную мембрану 17, колпачок 18, компенсаторную втулку 19, контргайку 20, втулку 21,пружину сжатия 22, гайку 23, контргайку 24. Центральная стяжка 6 является одним из основных конструктивных элементов сопловой головки, на которой закреплены рассекатель 7, сменный распылитель 8, фланец 9,компенсатор 10, шайба 11, виброгасящая втулка 16, разрезная мембрана 17, колпачок 18,компенсаторная втулка 19, контргайка 20, втулка 21, пружина сжатая 22, гайка 23, контргайка 24 и цельная мембрана 14. Посредством гаек 13 и 23 и компенсатора 10 осуществляется регулирование рабочего зазора У между рассекателем и сменным распылителем 8 в зависимости от требуемой производительности мазутной форсунки. Пружина сжатия 22 в процессе работы форсунки обеспечивает поддержание зазора У в требуемых пределах. Виброгасящая втулка 16 способствует сглаживанию пиковых вибраций, сопутствующих процессу топливоподачи и его горению. Рабочий зазор У между сменным распылителем 8 и рассекателем 7 по их взаимным параметрам настраивается на стенде на требуемую производительность с учетом зазора(ограничение хода центральной стяжки 6) между внутренним торцом корпуса 12 и внешним торцом гайки 13. Центральная стяжка 6 сопловой головки закреплена по ее концам на двух упругих мембранах цельной 14 и разрезной 17. Такая конструкция позволяет центральной стяжке 6 сохранять центральное положение и связанных с ней деталей при возвратно-поступательных движениях в процессе работы мазутной форсунки. 3 5784 1 С целью выравнивания давления транспортируемого мазута на цельную мембрану 14 со стороны смесительной камеры, образованной шайбой 11, корпусом 12 и фланцем 9, что может способствовать ее деформации (повреждению), в корпусе 12 выполнено отверстие 25,связанное с цилиндрической проточкой 26 на разделительной втулке 15, в которой также имеется отверстие 27, сообщающееся с цилиндрической проточкой 28 на виброгасящей втулке 16. С помощью отверстия 29 на виброгасящей втулке 16 соединяются таким образом по ее торцам две ранее изолированные полости между цельной мембраной 14 и торцом виброгасящей втулки 16 с одной стороны и с другой с ее торцом и разрезной мембраной 17. Таким образом, перечисленные полости фактически связаны между собой отверстием 29 и с трассой топливоподачи. При условии наличия мазута в обеих полостях действие виброгасящей втулки 16 более эффективно (эффект гидромеханического виброгасителя). При этом фактически сняты условия для повреждения мембран 14 и 17, тем самым повышается надежность мазутной форсунки. Мазутная форсунка работает следующим образом. Мазут под требуемым давлением поступает в корпус 4, далее через отверстия кольца 2 в полость между накидной гайкой 3 и корпусом 12 сопловой головки в его 4 канала(фиг. 6). После завихрения в каналах корпуса 12 мазут поступает в зазор между шайбой 11 и торцом конического отверстия фланца 9 и далее следует в концентрический зазор между сменным рассекателем 8 и рассекателем 7, т.е. с резким поворотом на 360 и далее на выброс в топку. При этом после завихрения мазут практически направляется к центру форсунки, что приводит к повышению скорости и выравниванию скорости всего потока мазута в целом на выходе. Таким образом, предлагаемое техническое решение - мазутная форсунка является эффективным устройством за счет поддержания постоянства давления на сопле и за счет форсирования рассекателем равномерного факела с оптимальной геометрией, способствующей равномерному распределению частиц топлива в факеле, т.е. равномерной их плотности. Мазутная форсунка является достаточно эффективным устройством. Исследования,проведенные в ИПЭ НАН Беларуси, позволили установить, что при увеличении перепада давления Р на сопле распылителя указанных форсунок тонкость распыления топлива увеличивается. Минимальный перепад Р, при котором образуются мелкодисперсные частицы топлива, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе, составляет 0,7-0,8 МПа. При этом давлении в поле орошения топочного пространства котла преобладает полидисперсный состав капель топлива, имеющих равные диаметры. При Р 1,2 МПа взвешенные частицы топлива практически заполняют весь объем факела, образуя четкие его границы. Определено, что в конструкции существующих форсунок не в полной мере использованы возможности распыления топлива, вызванные нерациональным распределением потерь давления в их элементах. При уменьшении расхода топлива на пониженных нагрузках происходит дополнительное снижение эффективности работы этих форсунок, что приводит к частичному недожогу топлива, увеличению вредных выбросов в дымовых газах и другим нежелательным последствиям. В результате экспериментальных исследовательских работ достигнуто максимально возможное в данном случае распыление топлива. Уменьшение диаметра капель топлива позволяет увеличить общую поверхность окисления структурных единиц топлива, что приводит к интенсификации процесса горения на пониженных избытках воздуха . Опытные данные показали, что это способствует снижению вредных выбросов в окружающую среду, так как углерод, как наиболее агрессивный химический элемент, при повышении температуры забирает на окисление (горение) практически весь кислород воздуха. Азот и исходные соединения серы в большей части удаляются с дымовыми газами в свободном состоянии. Уменьшение избытка воздуха позволяет также повысить КПД котла на 0,30,6 за счет снижения температуры уходящих газов и увеличения температуры подаваемого в топку котла воздуха. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.