Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива
В статье представлены результаты работы по разработке, созданию и экспериментальной отработке горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива в тепловых энергетических установках. Описаны конструкции горелочных устройств и основные принципы их работы. Приведены резуль...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Техническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
2015
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100781 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива / О.В. Пилипенко // Техническая механика. — 2015. — № 4. — С. 23-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100781 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пилипенко, О.В. 2016-05-26T19:35:28Z 2016-05-26T19:35:28Z 2015 Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива / О.В. Пилипенко // Техническая механика. — 2015. — № 4. — С. 23-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100781 621.44:662.61:662.95 В статье представлены результаты работы по разработке, созданию и экспериментальной отработке горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива в тепловых энергетических установках. Описаны конструкции горелочных устройств и основные принципы их работы. Приведены результаты экспериментальных исследований для горелочных устройств тепловых котлов серии Е, наиболее распространенных в коммунальной теплоэнергетике Украины. Сделаны выводы о том, что применение предложенных конструкций горелочных устройств позволяет обеспечить прямое сжигание водоугольного топлива в тепловых котлах и дает возможность перевода указанных котлов с работы на газе либо мазуте на водоугольное топливо. В статті наведено результати роботи по розробці, створенню та експериментальному відпрацюванню пальникових пристроїв для ефективного факельного спалювання водовугільного палива в теплових енергетичних установках. Описано конструкції пальникових пристроїв та основні принципи їх роботи. Приведено результати експериментальних досліджень для паливних пристроїв теплових котлів серії Е, найбільш поширених в комунальній теплоенергетиці України. Зроблено висновки про те, що використання запропонованих конструкцій пальникових пристроїв дозволяє забезпечувати пряме спалювання водовугільного палива в теплових котлах та дає можливість переводу вказаних котлів з роботи на газі або мазуті на водовугільне паливо. The paper focuses on the results of investigations in the development, creation and experimental development work of burners for the high-performance flame combustion of coal-water fuel for thermal power plants. Designs and basic operational aspects of burners are examined. The experimental results for burners of boilers of the E-series commonly used for Ukraine’s municipal power engineering are presented. Conclusions are drawn that the burners proposed help provide the direct combustion of coal-water fuel in boilers and convert oil- or gasdesigned boilers in coal-water boilers. ru Інститут технічної механіки НАН України і НКА України Техническая механика Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива |
| spellingShingle |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива Пилипенко, О.В. |
| title_short |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива |
| title_full |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива |
| title_fullStr |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива |
| title_full_unstemmed |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива |
| title_sort |
разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива |
| author |
Пилипенко, О.В. |
| author_facet |
Пилипенко, О.В. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Техническая механика |
| publisher |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України |
| format |
Article |
| description |
В статье представлены результаты работы по разработке, созданию и экспериментальной отработке горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива в тепловых энергетических установках. Описаны конструкции горелочных устройств и основные принципы их работы. Приведены результаты экспериментальных исследований для горелочных устройств тепловых котлов серии Е, наиболее распространенных в коммунальной теплоэнергетике Украины. Сделаны выводы о том, что применение предложенных конструкций горелочных устройств позволяет обеспечить прямое сжигание водоугольного топлива в тепловых котлах и дает возможность перевода указанных котлов с работы на газе либо мазуте на водоугольное топливо.
В статті наведено результати роботи по розробці, створенню та експериментальному відпрацюванню пальникових пристроїв для ефективного факельного спалювання водовугільного палива в теплових енергетичних установках. Описано конструкції пальникових пристроїв та основні принципи їх роботи. Приведено результати експериментальних досліджень для паливних пристроїв теплових котлів серії Е, найбільш поширених в комунальній теплоенергетиці України. Зроблено висновки про те, що використання запропонованих конструкцій пальникових пристроїв дозволяє забезпечувати пряме спалювання водовугільного палива в теплових котлах та дає можливість переводу вказаних котлів з роботи на газі або мазуті на водовугільне паливо.
The paper focuses on the results of investigations in the development, creation and experimental development work of burners for the high-performance flame combustion of coal-water fuel for thermal power plants. Designs and basic operational aspects of burners are examined. The experimental results for burners of boilers of the E-series commonly used for Ukraine’s municipal power engineering are presented. Conclusions are drawn that the burners proposed help provide the direct combustion of coal-water fuel in boilers and convert oil- or gasdesigned boilers in coal-water boilers.
|
| issn |
1561-9184 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100781 |
| citation_txt |
Разработка горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива / О.В. Пилипенко // Техническая механика. — 2015. — № 4. — С. 23-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pilipenkoov razrabotkagoreločnyhustroistvdlâéffektivnogofakelʹnogosžiganiâvodougolʹnogotopliva |
| first_indexed |
2025-11-25T12:05:42Z |
| last_indexed |
2025-11-25T12:05:42Z |
| _version_ |
1850511917432438784 |
| fulltext |
23
УДК 621.44:662.61:662.95
О. В. ПИЛИПЕНКО
РАЗРАБОТКА ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО
ФАКЕЛЬНОГО СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
В статье представлены результаты работы по разработке, созданию и экспериментальной отработке
горелочных устройств для эффективного факельного сжигания водоугольного топлива в тепловых энерге-
тических установках. Описаны конструкции горелочных устройств и основные принципы их работы.
Приведены результаты экспериментальных исследований для горелочных устройств тепловых котлов
серии Е, наиболее распространенных в коммунальной теплоэнергетике Украины. Сделаны выводы о том,
что применение предложенных конструкций горелочных устройств позволяет обеспечить прямое сжига-
ние водоугольного топлива в тепловых котлах и дает возможность перевода указанных котлов с работы на
газе либо мазуте на водоугольное топливо.
В статті наведено результати роботи по розробці, створенню та експериментальному відпрацюванню
пальникових пристроїв для ефективного факельного спалювання водовугільного палива в теплових енер-
гетичних установках. Описано конструкції пальникових пристроїв та основні принципи їх роботи. Приве-
дено результати експериментальних досліджень для паливних пристроїв теплових котлів серії Е, найбільш
поширених в комунальній теплоенергетиці України. Зроблено висновки про те, що використання запро-
понованих конструкцій пальникових пристроїв дозволяє забезпечувати пряме спалювання водовугільного
палива в теплових котлах та дає можливість переводу вказаних котлів з роботи на газі або мазуті на водо-
вугільне паливо.
The paper focuses on the results of investigations in the development, creation and experimental develop-
ment work of burners for the high-performance flame combustion of coal-water fuel for thermal power plants.
Designs and basic operational aspects of burners are examined. The experimental results for burners of boilers of
the E-series commonly used for Ukraine’s municipal power engineering are presented. Conclusions are drawn that
the burners proposed help provide the direct combustion of coal-water fuel in boilers and convert oil- or gas-
designed boilers in coal-water boilers.
Ключевые слова: тепловой котел, горелочное устройство, водоугольное
топливо, факельное горение, кавитационно-импульсная технология, степень
дисперсности, гранулометрический состав.
Эффективное сжигание водоугольного топлива является одной из прио-
ритетных проблем перевода тепловых котлов, работающих на газе либо ма-
зуте, на водоугольное топливо (ВУТ). Для эффективного сжигания водо-
угольного топлива его гранулометрический состав должен содержать не ме-
нее 50% фракции угля размером частиц не более 90 мкм. При этом процент-
ное содержание угля в водоугольном топливе должно быть не менее 70%.
В Институте технической механики Национальной академии наук Укра-
ины и Государственного космического агентства Украины (ИТМ НАНУ и
ГКАУ) разработана кавитационно-импульсная технология приготовления
водоугольного топлива [1 – 4], которая позволяет получить водоугольное
топливо с концентрацией угля более 70% и степенью дисперсности 90% ча-
стиц менее 50 мкм при значительном (в несколько раз) уменьшении удель-
ных энергозатрат на производство единицы продукции в сравнении с тради-
ционными технологиями, базирующимися на применении шаровых и бисер-
ных мельниц.
Экологически чистые технологии приготовления и сжигания тонкодис-
персного водоугольного топлива являются важнейшими энергосберегающи-
ми технологиями, которые могут существенно повысить эффективность ис-
пользования топливных ресурсов Украины. Их внедрение позволит умень-
шить зависимость Украины от внешних поставок энергоносителей.
Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что на со-
О. В. Пилипенко, 2015
Техн. механика. – 2015. – № 4.
24
временном этапе развития технологий сжигания ВУТ существуют следую-
щие способы сжигания ВУТ:
– факельное сжигание с подачей ВУТ через форсунки (центробежные,
форкамерные, комбинированные и др.);
– сжигание в кипящем слое (полностью или частично);
– сжигание с газификацией ВУТ (полной или частичной);
– комбинированное сжигание с другими видами топлива: углём, газом,
мазутом.
Факельное сжигание ВУТ осуществляется по классической схеме: топ-
ливо подается под давлением через распыляющую форсунку в камеру сгора-
ния. Распыл ВУТ может производиться как сжатым воздухом, так и паром –
выбор осуществляется в зависимости от типа теплового котла.
Факельное сжигание является на сегодня самым эффективным способом
сжигания ВУТ в котлах малой, средней и большой мощности. Конструкция
тепловых котлов, как правило, позволяет организовать факел внутри камеры
сгорания таким образом, чтобы частицы угля, входящие в состав ВУТ, могли
полностью выгореть.
Известен ряд технических решений по разработке горелочных устройств,
которые используются в Украине, Российской Федерации, Китае, США и др.
Однако, информация как о конструкциях горелок в целом, так и об отдель-
ных их конструктивных элементах и режимах работы содержит свои элемен-
ты "ноу-хау", что не дает возможности определить режимы работы и кон-
кретные конструктивные параметры горелочных устройств.
При разработке горелочных устройств для сжигания водоугольного топ-
лива в теплоэнергетических установках необходимо учитывать следующие
основополагающие принципы [5, 6]:
– для обеспечения эффективного сжигания ВУТ конструкция форсунки
должна обеспечивать тонкодисперсный распыл ВУТ и иметь рациональные
параметры, обеспечивающие работу теплового котла на ВУТ;
– основными параметрами, которые влияют на время сжигания подан-
ной порции ВУТ в топочное пространство, является начальная дисперс-
ность частиц, их среднеобъемная скорость и начальная температура вдува-
емого воздуха;
– с уменьшением начальной дисперсности и увеличением начальной
скорости ВУТ расстояние от форсунки до зоны горения уменьшается;
– увеличение угла распыла частиц ВУТ, угловой скорости закрутки ча-
стиц или круговой скорости подаваемого воздуха приводит к более быстрому
их сжиганию благодаря перемещению основной массы частиц в перифериче-
скую область горячего газа;
– максимальная температура в факеле сжигания наблюдается в окрестно-
сти внешней границы факела, где частицы максимально нагреваются при
взаимодействии с горячей низкоскоростной окружающей средой; к частицам,
которые сжигаются, поступает необходимое для процесса сжигания количе-
ство кислорода воздуха;
– закрутка частиц или подаваемого воздуха является более эффективным
способом сокращения времени их сжигания по сравнению с увеличением уг-
ла распыла, дополнительная закрутка частиц во входном сечении еще больше
интенсифицирует эти процессы.
25
Разработана принципиальная схема, конструкторская документация и из-
готовлена экспериментальная установка для исследований процессов сжига-
ния ВУТ. На этой установке определены диапазоны расходов воздуха, необ-
ходимого для горения ВУТ, определены временные и температурные пара-
метры предварительного нагрева топочного пространства горелочных
устройств путем сжигания газа или жидкого топлива.
На основании проведенных исследований и полученных эксперимен-
тальных результатов изготовлены экспериментальные образцы ряда горелоч-
ных устройств для эффективного сжигания водоугольного топлива в тепло-
энергетических установках и проведены их испытания.
На рис. 1 показано первое испытанное в ИТМ НАНУ и ГКАУ горелочное
устройство для исследования процессов сжигания ВУТ.
Подготовительная работа на экспериментальной установке по сжиганию
ВУТ начинается с разогрева топки горелочного устройства 1, которое осу-
ществлялось с помощью 2-х газовых горелок 13, устанавливаемых в держа-
телях газовых форсунок 7. Пламя газовых форсунок направлялось в кольце-
вой канал 2 между камерой сгорания 1 и корпусом 3, затем закручивалось по
шнеку 9, а с помощью заслонки 11 устанавливался режим наиболее полного
сгорания газа в кольцевом канале.
После достижения температуры разогрева от 900 С до 1100 С через
форсунку 12 в камеру сгорания подавалось ВУТ.
На установке рис. 1 было экспериментально определено соотношение
водоугольного топлива и воздуха, необходимое для полного и качественного
сгорания ВУТ. Испытания показали положительные стороны конструкции
горелочного устройства и ее недостатки.
Недостатками конструкции являются такие факторы, как:
1 – камера сгорания горелочного устройства; 2 – кольцевой канал; 3 – корпус; 4 –
трубопровод подвода вторичного воздуха; 5 – подвод воздуха для сжигания газа
разогрева; 6 – вход в топку; 7 – держатель газовой форсунки; 8 – воздушный кол-
лектор; 9 – шнек; 10 – заслонка подачи вторичного воздуха; 11 – заслонка подачи
воздуха разогрева; 12 – форсунка; 13 – газовая горелка; 14 – трубопровод подачи
ВУТ; 15 – трубопровод подачи воздуха
Рис. 1 – Экспериментальная конструкция горелочного устройства
26
– вторичный воздух, поступающий для горения топлива, не подогревался
и не закручивался;
– форсунка имела кратковременный ресурс работы, так как водоугольное
топливо скапливалось в коллекторе, а отверстия соплового аппарата имели
недостаточное проходное сечение для выхода ВУТ в камеру смешения, в ре-
зультате чего прекращалась эффективная работа форсунки по распылу водо-
угольного топлива в топочном пространстве экспериментальной установки;
– для предварительного разогрева топочного пространства горелочного
устройства с помощью 2-х газовых горелок до температуры, необходимой
для горения водоугольной смеси, требовалось большое количество газа (до
30 л/час), что экономически нецелесообразно в условиях эксплуатации энер-
гетических установок;
– размеры топочного пространства горелочного устройства по длине и
диаметру камеры сгорания не являлись достаточными для эффективного
сжигания ВУТ; в ряде случаев во время экспериментов водоугольное топливо
не сгорало в топочном пространстве и выносилось воздушным потоком за
пределы камеры сгорания, не воспламеняясь.
В результате проведенных испытаний вышеуказанного горелочного
устройства (рис. 1) было принято решение о доработке конструкции камеры
сгорания и полной замене конструкции форсунки распыла ВУТ.
На рис. 2 представлено доработанное, а фактически новое, горелочное
устройство для сжигания ВУТ.
1 – камера сгорания; 2 – шнек разогрева топки; 3 – шнек подогрева вторичного
воздуха; 4 – шнек закрутки водоугольного топлива; 5 – воздушный кожух; 6 –
трубопровод подвода вторичного воздуха; 7 – трубопровод подвода воздуха на
форсунку; 8 – трубопровод подвода воздуха к шнеку разогрева топки; 9 –
форсунка; 10 – трубопровод тангенциального подвода ВУТ; 11 – коллектор
закрутки вторичного воздуха; 12 – держатель разогрева газовой горелки; 13 –
воздушный коллектор
Рис. 2 – Горелочное устройство для сжигания ВУТ
27
Указанное горелочное устройство отличается от вышеприведенного тем,
что внутри камеры сгорания 1 установлен шнек 4 с целью увеличения време-
ни пребывания ВУТ в топочном пространстве.
Кроме того, горелочное устройство оборудовано воздушным коллекто-
ром 13 для пропорционального распределения вторичного воздуха, поступа-
ющего через коллектор подогрева воздуха с закручивающим устройством 3
на форсунку 9 по трубопроводу 7, соединяющему указанный коллектор с
форсункой.
Предварительный разогрев топочного устройства, как и в предыдущем
устройстве, осуществлялся с помощью двух газовых горелок, установленных
в держателях 12, пламя от которых направлялось в коллектор разогрева 2.
Вторичный воздух подавался под давлением из специальной накопительной
емкости.
На рис. 3 представлена конструкция форсунки, примененная в горелоч-
ном устройстве рис. 2.
В данной конструкции ВУТ подводилось к форсунке по трубопроводу 4,
тангенциально закручивалось в трубопроводе 5 и попадало в закрученный воз-
душный поток, образованный шестью патрубками тангенциального завихрите-
ля 3, а затем, смешиваясь с закрученным воздушным потоком, поступало в
трубопровод 6, и по коническому формирователю потока воздушно-
водоугольная смесь попадала в топочное пространство горелочного устрой-
ства.
1 – фланец крепления воздуховода; 2 – коллектор; 3 – патрубок завихрителя; 4 –
тангенциальный подвод водоугольной смеси; 5 – трубопровод подачи ВУТ; 6 –
трубопровод смешения воздуха и ВУТ; 7 – фланец крепления форсунки к горе-
лочному устройству; 8 – конический формирователь потока
Рис. 3 – Форсунка горелочного устройства
28
Основные преимущества горелочного устройства рис. 2 по сравнению с
предыдущей конструкцией горелочного устройства заключаются в следующем:
– вторичный воздух, проходя через коллектор 13 рис. 2 попадает в разо-
гретое пространство, образованное воздушным кожухом 5 и расположенным
в нем шнеком 3, и далее подается на форсунку 9, что способствует более ин-
тенсивному испарению влаги из водоугольного топлива;
– с помощью шнека 4 значительно увеличивается время нахождения
ВУТ в топочном пространстве горелочного устройства, что приводит к более
полному сгоранию водоугольного топлива.
В результате проведения ряда испытаний были выяснены и недостатки
представленной конструкции:
– для устойчивой работы горелочного устройства необходимо подавать в
топочное пространство до 0,5 м3/с вторичного воздуха под давлением 4 атм;
отсутствие в экспериментальном оборудовании соответствующего
компрессора большой производительности (компрессор, обеспечивающий
требуемые расходы и давление воздуха, имеет габаритные размеры в мм:
406018002050; масса компрессора – 8500 кг; потребляемая мощность –
400 кВт) приводит к весьма ограниченным по времени пускам;
– габаритная длина камеры сгорания все же недостаточна для полного
сгорания воздушно-водоугольной смеси;
– при работе температура металла конструкции форсунки увеличивается,
что требует дополнительного ее охлаждения.
В связи с экономической нецелесообразностью использования компрес-
сора большой производительности было принято решение о разработке но-
вой конструкции горелочного устройства, использующей для нагнетания и
закручивания вторичного воздуха промышленный центробежный вентилятор
ВЦ 6-28 №5, а для подачи первичного воздуха – 2 компрессора малой произ-
водительности РМ-3129.04.
Рис. 4 – Фотографии факела горения водоугольного топлива
На рисунке 4 показано факельное горение водоугольного топлива. Яркая
область фотографии – горящий факел.
В качестве технологического топлива для предварительного разогрева
топочного пространства предложено использовать дизельное топливо либо
керосин и объединить в одном устройстве форсунку для распыла технологи-
ческого топлива и форсунку для распыла ВУТ.
Для отработки конструктивных параметров новой форсунки было приня-
то решение вначале разработать и изготовить имитатор горелочного устрой-
ства, состоящий из основных конструктивных узлов, присущих будущему
горелочному устройству.
29
Имитатор был спроектирован и изготовлен. Топочное пространство ими-
татора изготовлено в укороченном варианте для удобства определения пара-
метров факела распыла форсунки, дисперсности распыла технологического
топлива и, главное, дисперсности распыла водоугольного топлива. Кроме
того, на имитаторе необходимо было отработать новую конструкцию устрой-
ства поджига технологического топлива в виде стандартной газовой горелки.
На рис. 5 показана конструкция имитатора горелочного устройства.
Работа имитатора осуществлялась следующим образом.
Топливо разогрева, проходя через жиклер 11, попадает в канал смешения
компонентов 13 и поджигается с помощью устройства поджига 4. После до-
стижения определенной температуры, необходимой для устойчивого горения
технологического топлива на поверхности конического формирователя пото-
ка 14, в него через завихритель форсунки 10 подается воздух на распыл, в
результате чего в топочном пространстве 16 создается горящий факел, необ-
ходимый для разогрева внутренней поверхности камеры сгорания 2. Система
поджига отключается. После разогрева камеры сгорания до температуры от
900 ºС до 1100 ºС включается подача водоугольного топлива, которое через
жиклер подачи ВУТ 12, попадая в канал смешения 13, смешивается с топли-
1 – кожух; 2 – камера сгорания; 3 – форсунка; 4 – устройство поджига; 5 – канал
подвода воздуха от вентилятора; 6 – коллектор воздушный; 7 – отверстия пере-
пуска воздуха; 8 – зарубашечный коллектор; 9 – отверстие завихрителя; 10 – за-
вихритель форсунки; 11 – жиклер подвода топлива разогрева; 12 – жиклер подачи
ВУТ; 13 – канал смешения компонентов; 14 – конический формирователь потока;
15 – термопара контроля температуры; 16 – топочное пространство
Рис. 5 – Конструкция имитатора горелочного устройства
30
вом разогрева и направляется в камеру сгорания. Одновременно с этим пода-
ётся вторичный воздух от вентилятора по воздуховоду 5 в воздушный кол-
лектор 6 через отверстия перепуска воздуха 7 в кольцевой канал 8 и затем
через отверстия завихрителя 9 в топочное пространство 16. После выхода из
форсунки распыленное водоугольное топливо попадает в разогретое про-
странство камеры сгорания и воспламеняется. После этого подача техноло-
гического топлива прекращается, а управлением количеством подводимого
вторичного воздуха регулируется режим горения.
В результате многочисленных испытаний, проведенных на имитаторе
горелочного устройства, были определены конструктивные параметры фор-
суночного устройства как в части распыла технологического топлива, так и в
части тонкодисперсного распыла ВУТ, отработаны системы подачи первич-
ного и вторичного воздуха, системы подачи технологического топлива и
ВУТ, система поджига, определены параметры предварительного разогрева
топочного пространства и многое другое.
В результате анализа результатов испытаний, проведенных с помощью
имитатора горелочного устройства, было принято решение разработать кон-
струкцию и изготовить новое горелочное устройство.
Конструктивная схема нового горелочного устройства для факельного
сжигания водоугольного топлива представлена на рис. 6.
В отличие от всех предыдущих конструкций горелочных устройств, но-
вая конструкция оснащена кольцевым каналом с двухзаходным шнеком пе-
ременного шага, предназначенным для предварительного подогрева вторич-
ного воздуха. Длина камеры сгорания горелочного устройства увеличена в
два раза по сравнению с камерами сгорания предыдущих конструкций горе-
лочных устройств. Усовершенствована конструкция устройства поджига.
Работа нового горелочного устройства основана на тех же принципах
сжигания водоугольного топлива, что и работа описанных выше горелочных
устройств. Работа установки начинается с предварительного разогрева то-
почного пространства с помощью технологического топлива, подаваемого в
форсуночное устройство 3 через штуцер подвода топлива 5, в форсуночном
устройстве топливо закручивается воздушным потоком и в распыленном ви-
1 – корпус; 2 – камера сгорания; 3 – форсунка; 4 – шнек с переменным шагом; 5 –
штуцер подвода топлива; 6 – термопара; 7 – устройство поджига; 8 – формирова-
тель потока; 9 – патрубок; 10 – кольцевой коллектор; 11 – воздушный завихри-
тель; 12 – замыкатель
Рис. 6 – Горелочное устройство
31
де поступает в камеру сгорания. В формирователе потока 8 с помощью
устройства поджига 7 смесь воспламеняется и в виде горящего факела посту-
пает в камеру сгорания 2. Начинается разогрев топочного пространства. Не-
обходимое количество воздуха для стабильного горения технологического
топлива подается от вентилятора через патрубок 9, откуда воздух поступает в
кольцевой коллектор 10. Из коллектора, равномерно распределяясь, воздух
направляется в кольцевой канал с двухзаходным шнеком переменного ша-
га 4, в котором воздух закручивается, подогревается и через воздушный за-
вихритель 11 нагнетается в топочное пространство. После достижения необ-
ходимой температуры (от 900 ºС до 1100 ºС), через форсуночное устройство
подается водоугольное топливо, которое после выхода из соплового аппарата
форсунки через формирователь потока распыляется внутри топочного про-
странства и воспламеняется. Подача технологического топлива прекращается.
После установки необходимых параметров подачи первичного и вторич-
ного воздуха протекает процесс устойчивого эффективного факельного горе-
ния водоугольного топлива.
График изменения во времени температур на входе в камеру сгорания
(т.к. 2), на выходе из нее (т.к. 3) и в кольцевом канале подогрева вторичного
воздуха (т.к. 4) представлен на рисунке 7. Из приведенного рисунка видно,
что при факельном горении водоугольного топлива температура в камере
сгорания остается стабильной и поддерживается на уровне 1000 ºС. Темпе-
ратура в кольцевом канале составляет 600 ºС.
На рис. 8 представлена фотография горелочного устройства, подготов-
ленного к огневым испытаниям.
На рис. 9 – 10 показаны фрагменты огневых испытаний горелочного
устройства на водоугольном топливе, приготовленном по кавитационно-
импульсной технологии, разработанной в ИТМ НАНУ и ГКАУ, из отходов
обогатительной фабрики (шламоконцентрата). Состав топлива – 71 % шла-
моконцентрата, 29 % воды. Степень дисперсности топлива – 90 % частиц ме-
нее 50 мкм.
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0
,0
1
,0
2
,0
3
,0
4
,0
5
,0
6
,0
7
,0
8
,0
т.к.2 т.к.3 т.к.4T, °C
t, мин.
Рис. 7 – Изменение температуры в камере сгорания и кольцевом канале при фа-
кельном горении водоугольного топлива
32
На рисунках отчетливо виден светящийся факел, образованный продук-
тами сгорания водоугольного топлива. Аналогичные результаты получены и
при сжигании водоугольного топлива, приготовленного на основе угля АШ
по той же технологии.
Рис. 8 – Фотография горелочного устройства, подготовленного к огневым
испытаниям
Рис. 9 – Фотография испытания горелочного устройства
33
Выводы. На основании проведенных экспериментальных исследований
и полученных результатов разработаны и изготовлены экспериментальные
образцы горелочных устройств для эффективного сжигания водоугольного
топлива в теплоэнергетических установках (тепловые котлы серии Е), прове-
дены их испытания и получено устойчивое эффективное факельное горение
водоугольного топлива, приготовленного по кавитационно-импульсной тех-
нологии как на основе угля, так и на основе шламоконцентрата.
Подтверждено, что эффективное факельное горение водоугольного топли-
ва в топочном пространстве горелочного устройства можно обеспечить путем
тонкодисперсного распыла капель ВУТ со степенью дисперсности 90 % частиц
размером менее чем 50 мкм в разогретой до 1000 ºС камере сгорания.
1. Исследование высоконапорных струйных течений жидкости при наличии противодавления /
В. В. Пилипенко, В. ф. Бугаенко, Г. Г. Гончаров, И. И. Зайденс / Материалы ІІІ Всесоюзн. совещ. по гидроав-
томатике. – Калуга : Изд-во Ин-та проблем упр. АН СССР, 1974. – С. 42 – 45.
2. А. С. 2590124. Устройство для получения тонкодисперсных систем / Пилипенко В. В., Задонцев В. А., Мань-
ко И. К., Дзоз Н. А., Волков В. В., Северин В. П., Костюк В. И. (СССР). – опубл. 1990, Бюл. №33.
3. Pilipenko V. V. The Features of Cavitation Serf-excited Oscillations Interaction in Supply of Propulsion System
with Space Vehicle Flexible Body / V. V. Pilipenko, Yu. Ye. Grigoriyev, O. Ye. Tcherneavskiy // The Second
Russian-Sino Symposium on Astronautically Science and Technique: the Symposium dedicate to 50th Anniver-
sary of Samara Aviation Institute Founding, June, 30 – July, 4, 1992, Samara, Russia. – Samara, 1992. – P. 60.
4 Pilipenko O. V. Use of Cavitation Pulse Generator of high-frequency, high-amplitude self-oscillations /
O. V. Pilipenko, L. G. Zapolsky, Yu. A. Kvasha // ID : CA V03-OS-2-3-004 Fifth International Symposium on
Cavitation (CAV 2003), November, 2003, Osaka, Japan.
5. Тимошенко В. И. Газовая динамика высокотемпературных технологических процессов / В. И. Тимо-
шенко. – Днепропетровск : Институт технической механики НАНУ и НКАУ, 2003. – 460 с.
6. Исследование процессов в горелочных установках для высокоскоростного газопламенного напыления
порошковых материалов с использованием расходного способа воздействия на поток /
В. И. Тимошенко, И. С. Белоцерковец, В. П. Галинский, В. Х. Кадыров, В. М. Кисель, Ю. И. Евдокименко
// Инженерно-физический журнал. – 2001. – Т. 74, №6. – С. 156 – 161.
Институт технической механики Получено 28.10.2015,
Национальной академии наук Украины и в окончательном варианте 28.10.2015
Государственного космического агентства Украины,
Днепропетровск
Рис. 10 – Фотография факельного горения водоугольного топлива
|