Горелочное устройство

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использована в черной и цветной металлургии для отопления нагревательных и термических печей. Задача: возможность осуществлять регулировку соотношения подачи «газ-воздух» в зависимости от конкретных условий эксплуатации горелочного устройства и разных по теплотворной способности видов топлива, повышение коэффициента активации и устойчивости горения топлива, исключение задымления факела при обогащении газовоздушной смеси и, как следствие, расширение диапазона регулирования тепловой мощности горелочного устройства, повышение эксплуатационной надежности и снижение уровня вредных выбросов СО, NO_x ниже параметров определяемых национальными стандартами по экологии.. Это достигается тем. что в горелочном устройстве, содержащем корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу, снабженную на выходном конце цилиндрическим наконечником в форме стакана, обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и с участком внезапного расширения со стороны газового канала, в стенке цилиндрического наконечника расположены входные воздушные каналы, а на выходе наконечника установлены рассекатели, согласно полезной модели обтекатель выполнен заодно с цилиндрической обечайкой, наружная поверхность которой сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического наконечника в виде стакана, в стенке которого рядами в окружном направлении выполнены воздушные каналы, а центральная газовая труба имеет возможность осевого перемещения, при наилучших вариантах выполнения предлагаемою устройства диаметр воздушных каналов в рядах убывает в сторону выхода; центральная газовая труба имеет возможность фиксированного осевого перемещения, длина цилиндрической обечайки прикрепленной к выходному концу которого не превышает расстояние, на котором расположен предпоследний в направлении выхода ряд воздушных каналов.

1н., 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использована в различных областях промышленности и промышленной теплотехники, в частности для печей обжига кирпича, в сушилах и других нагревательных устройствах.

Горелки газовые устанавливаются в печах обжига изделий, где температура среды выше 700°С и требуется прямоточный скоростной факел для организации равномерного температурного поля по сечению печи.

Известна газовая горелка (авт. св. СССР N 1599620, кл. F23D 14/70, опубл. 1990 г.). содержащая воздухоподающий корпус, установленную на оси корпуса заглушенную с выходного торца газовую трубу с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности и коаксиально размещенный насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения и который на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры, а меньшим плотно скрепленный с боковой стенкой газовой трубы, причем камера подключена к полости корпуса при помощи отверстий, выполненных в обечайке, оси которых наклонены к оси камеры.

Однако известная горелка имеет ряд недостатков. Исключается возможность применения искусственных и запыленных газов из-за постепенного зарастания наклонных отверстий газовой трубы высокомолекулярными углеводородными соединениями. Кроме того, несовершенный гидравлический режим работы требует повышенных давлений в газо- и воздухопроводах, что снижает экономичность горелки.

Известно также горелочное устройство (авт. св. СССР N 870856, кл. F23D 14/20. 1981.), содержащее снабженный завихрителем воздухоподводящий корпус с центральной газовой трубой, снабженной выходным соплом, радиальными отверстиями и размещенной перед последними по ходу газа поперечной перегородкой с отверстиями, оси которых расположены в радиальных плоскостях, проведенных через продольную ось трубы, которая при этом снабжена рассекателями.

Недостатками данного устройства являются невозможность применения искусственных и запыленных газов из-за постепенного зарастания отверстий перфорированной перегородки высокомолекулярными углеводородными соединениями, а также недостаточный диапазон пределов регулирования по коэффициенту расхода воздуха и тепловой мощности, что снижает экономичность и эксплуатационную надежность горелки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является горелочное устройство (см.патент РФ 2021558. МПК⁷ F23D 14/00, опубл. 15.10.1994 г.), содержащее воздухоподающий корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженной рассекателями, центральная газовая труба на выходном конце снабжена цилиндрическим наконечником в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3-0,6, имеющим обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом воздушные каналы выполнены в обтекателе и/или в стенке цилиндрического наконечника в форме стакана.

Недостатками описанного устройства по прототипу является следующее:

- недостаточное использование кинетической энергии струй газа и воздуха и, как следствие, низкий коэффициент активации топлива K_a =0,6;

- вследствие отсутствия возможности осуществлять регулировку соотношения подачи «газ-воздух» в зависимости от конкретных условий эксплуатации горелочного устройства и разных по теплотворной способности видов топлива невозможно осуществить механизм адаптации камеры смешения устройства к изменению соотношения « газ-воздух» 1:25, как следствие, низкая устойчивость горения топлива;

Техническими эффектами полезной модели является возможность осуществлять регулировку соотношения подачи «газ-воздух» в зависимости от конкретных условий эксплуатации горелочного устройства и разных по теплотворной способности видов топлива, повышение коэффициента активации и устойчивости горения топлива, исключение задымления факела при обогащении газовоздушной смеси и, как следствие, расширение диапазона регулирования тепловой мощности горелочного устройства, повышение эксплуатационной надежности и снижение уровня вредных выбросов СО, NO_x ниже параметров определяемых национальными стандартами по экологии.

Это достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу, снабженную на выходном конце цилиндрическим наконечником в форме стакана, обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и с участком внезапного расширения со стороны газового канала, в стенке цилиндрического наконечника расположены входные воздушные каналы, а на выходе наконечника установлены рассекатели, согласно полезной модели обтекатель выполнен заодно с цилиндрической обечайкой, наружная поверхность которой сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического наконечника в виде стакана, в стенке которого рядами в окружном направлении выполнены воздушные каналы, а центральная газовая груба имеет возможность осевого перемещения, при наилучших вариантах выполнения предлагаемого устройства диаметр воздушных каналов в рядах убывает в сторону выхода; центральная газовая труба имеет возможность фиксированного осевого перемещения, длина цилиндрической обечайки прикрепленной к выходному концу которого не превышает расстояние, на котором расположен предпоследний в направлении выхода ряд воздушных каналов.

Вследствие введения в устройство цилиндрической обечайки, закрепленной на конце обтекателя и осевого перемещения центральной газовой трубы обеспечивается наперед заданное перекрытие части рядов воздушных каналов, размещенных на стенке цилиндрического наконечника, что позволит осуществлять регулировку соотношения подачи «газ-воздух» в зависимости от конкретных условий эксплуатации горелочного устройства и разных по теплотворной способности видов топлива.

А за счет расположения воздушных каналов, диаметр которых в рядах убывает в сторону выхода обеспечивается стабильная активация топлива (К_а=0,85) в условиях линейного изменения величины соотношения «газ-воздух» по длине камеры смешения устройства.

Вследствие реализации фиксированного осевого перемещения, когда длина цилиндрической обечайки прикрепленной к выходному концу обтекателя не превышает расстояние, на котором расположен предпоследний в направлении выхода ряд воздушных каналов исключается задымление факела при обогащении газовоздушной смеси.

На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого горелочного устройства. В воздухоподводящем корпусе 1 с завихрителями 2 на выходе расположены центральная газовая труба 3. снабженная на выходном конце цилиндрическим наконечником 4 в форме стакана, обтекатель 5 с плавным переходом с воздушной стороны и участком внезапного расширения со стороны газового канала, входные воздушные каналы 6 расположены в стенке цилиндрического наконечника 4 и на участке внезапного расширения (возможен вариант исполнения устройства, когда воздушные каналы 6 расположены только в стенке цилиндрического наконечника 4), а на выходе наконечника 4 установлены рассекатели 7. согласно полезной модели обтекатель 5 выполнен заодно с введенной в устройство цилиндрической обечайкой 8, наружная поверхность которой сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического наконечника 4 в виде стакана, в стенке которого рядами в окружном направлении выполнены воздушные каналы 6, а центральная газовая труба 3 имеет возможность осевого перемещения, при наилучших вариантах выполнения предлагаемого устройства диаметр воздушных каналов 6 в рядах убывает в сторону выхода; центральная газовая труба 3 имеет возможность фиксированного установочного осевого перемещения, например с помощью передачи винт-гайка, длина цилиндрической обечайки 8 не превышает расстояние, на котором расположен предпоследний в направлении выхода ряд воздушных каналов 6.

Горелка работает следующим образом.

По центральной трубе 3 подается газ, по периферийному каналу корпуса 1 - воздух. На участке внезапного расширения создается зона максимального разрежения в районе воздушных каналов 6. При этом обеспечивается подсос необходимого количества воздуха за счет кинетической энергии газовой струи для предварительного смешения в наконечнике 4, а по периферийному зазору, образованному между воздухоподающим корпусом 1 и наконечником 4 через воздушные каналы 6 поступает рассредоточенный воздух, объем которого регулируется посредством перемещения центральной газовой трубы 3 и связанной с ней цилиндрической обечайки 8. Обечайка 8 при перемещении в сторону выхода перекрывает часть рядов воздушных каналов 6 наконечника 4 и уменьшает интегральную площадь воздушных каналов 6. Завихрители 2, центрирующие наконечник 4. одновременно с рассекателями 7, установленные на пути воздуха и газовоздушной смеси, дополнительно улучшают смесеобразование. При выборе оптимального соотношения перекрытых и свободных воздушных каналов 6 обеспечиваются параметры коэффициента К_а =0,8 достаточного для полноценного функционирования горелочного устройства.

Исследованиями установлено, что стабильная работа горелочного устройства обеспечивается при коэффициенте расхода первичного воздуха для предварительного смешения _перв.=0,5-0,6. Этот коэффициент достигается путем частичного перекрытия воздушных каналов 6 и корректировки входного давления газа и воздуха. В случае применения пропан-бутановой смеси возможна одновременная работа полностью открытых воздушных каналов 6 для увеличения количества первичного воздуха, так как в этом случае стехиометрическое соотношение газ-воздух достигает 1:25.

Горелочное устройство может применяться в различных модификациях в зависимости от теплотворной способности топлива и сферы применения горелочного устройства. На методических печах завода ОЭМК опробована горелка, входные воздушные отверстия 6 которой размещены радиально на участке внезапного расширения, т.е. реализован длиннофакельный режим работы горелочного устройства - случай, при котором гидравлическое сопротивление на пути движения первичного воздуха максимально. Кроме того, расширенные пределы регулирования и возможность реализовать практически любой тепловой режим позволяют эффективно использовать перспективные разработки средств автоматизации и внедрение современных режимов отопления тепловых агрегатов.

1. Горелочное устройство, содержащее корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу, снабженную на выходном конце цилиндрическим наконечником в форме стакана, обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и с участком внезапного расширения со стороны газового канала, в стенке цилиндрического наконечника расположены входные воздушные каналы, а на выходе наконечника установлены рассекатели, отличающееся тем, что обтекатель выполнен заодно с цилиндрической обечайкой, наружная поверхность которой сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического наконечника в виде стакана, в стенке которого рядами в окружном направлении выполнены воздушные каналы, а центральная газовая труба имеет возможность осевого перемещения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр воздушных каналов в рядах убывает в сторону выхода.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральная газовая труба имеет возможность фиксированного осевого перемещения, длина которого не превышает расстояние, на котором расположен предпоследний в направлении выхода ряд воздушных каналов.