Дутьевая излучающая газовая горелка полного предварительного смешения
Газовая горелка относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использована в топочных камерах котлов, печей, сушил и на открытом воздухе для лучистого (инфракрасного) обогрева. Целью технического решения является использование газового топлива различного давления и состава и повышения экономичности его сжигания во всем диапазоне нагрузки и повышения надежности работы. Эта цель достигается тем, что в качестве смесителя газа и воздуха используется вентилятор, во всасывающий патрубок которого вместе с воздухом подается газ. Камера распределения газовоздушной смеси выполняется в форме газовоздухопровода или ряда параллельно включенных газовоздухопроводов с различной формой поперечного проходного сечения, а также в виде сферы или усеченной сферы или в виде конуса или многогранной пирамиды. 5 п. ф-лы, 5 илл.
Полезная модель относится к области теплотехники, в частности, к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использована в топочных камерах котлов, печах, контактных водонагревателях, сушилах и на открытом воздухе для лучистого (инфракрасного) обогрева.
Известна горелка беспламенная панельная, состоящая из инжекционного смесителя газа и воздуха сообщающегося с распределительной камерой газовоздушной смеси. На входе в распределительную камеру установлен рассекатель для выравнивания давления в камере. На противоположной инжекционному смесителю стенке распределительной камеры выполнены отверстия, в которых снаружи установлены трубки-ниппели с надетыми на них керамическими огнеупорными расширяющимися туннелями (см. Стаскевич Н.Л. Справочное руководство по газоснабжению. - Л.: Гостоптехиздат, 1960, с.683-685, Северинец Г.Н. Применение газовых излучающих горелок для сушки и нагрева. - Л.: Недра, 1980, с.40-42). Недостатками этой горелки являются необходимость использования газа среднего давления 150-250 кПа, увеличение коэффициента избытка воздуха при снижении тепловой мощности горелки и термические напряжения и разрушение керамических туннелей при относительном сосредоточении горящих газовых потоков в туннелях.
Заявленная полезная модель отличается от известного технического решения тем, что для смешения газа и воздуха, вместо инжекционного смесителя, используется вентилятор, во всасывающий патрубок которого подается газ, а напорный патрубок соединен с распределительной камерой газовоздушной смеси.
Другим техническим решением является выполнение поверхности выхода газовоздушной смеси из камеры из огнеупорной пористой спеченной металлокерамики, поперечные размеры пор которой увеличиваются в направлении движения потока газовоздушной смеси, а также выполнение распределительной камеры газовоздушной смеси в форме газовоздухопровода или ряда параллельно включенных газовоздухопроводов треугольного, прямоугольного, многогранного, полукруглого или круглого профиля постоянного или переменного поперечного сечения и в виде усеченной сферы.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в следующем. Существенным отличительным признаком предлагаемого технического решения является приготовление газовоздушной смеси путем подачи газа в воздушный поток во всасывающем патрубке вентилятора, где поток газа дробится вращающимися лопатками рабочего колеса вентилятора и вследствие интенсивного турбулентного перемешивания обеспечивается подготовка гомогенной газовоздушной смеси при любом давлении подаваемого газа.
Таким образом, в предложенном техническом решении, путем внесения отмеченных конструктивных изменений, создаются возможности расширения функционального использования дутьевой газовой горелки, увеличения диапазона регулирования ее мощности, снижения количества избыточного воздуха в газовоздушной смеси и, соответственно, улучшения технико-экономических показателей работы.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлен вертикальный продольный разрез дутьевой газовой горелки по А-А. На фиг.2 - горизонтальный разрез дутьевой газовой горелки по Б-Б. На фиг.3 - вертикальный продольный разрез дутьевой газовой горелки с осевым вентилятором и распределительной камерой газовоздушной смеси в форме цилиндрического газовоздухопровода. На фиг.4 представлен поперечный разрез по В-В чугунного секционного котла с подовой горелкой выполненной в форме двух параллельно включенных газовоздухопроводов прямоугольного поперечного сечения. На фиг.5 - горизонтальный разрез котла по Г-Г.
На фигурах обозначено: 1 - дутьевой вентилятор; 2 - всасывающая полость рабочего колеса вентилятора; 3 - патрубок газопровода первичного газа; 4 - рабочее колесо вентилятора; 5 - обечайка корпуса вентилятора; 6 - напорный патрубок вентилятора; 7 - распределительная камера газовоздушной смеси; 8 - рассекатель потока газовоздушной смеси; 9 - поры выхода газовоздушной смеси; 10 - керамический огнеупорный туннель; 11 - электродвигатель вентилятора; 12 - чугунные секционные поверхности нагрева котла.
Сплошными стрелками на фигурах обозначено направление движения потоков: I - воздуха; II - газа; III - газовоздушной смеси; IV - продуктов сгорания газа.
Полезная модель работает следующим образом. После включения в работу дутьевого вентилятора 1, в его всасывающую полость 2, по патрубку газопровода 3 подается газ, поток которого разбивается лопатками вращающегося рабочего колеса 4 дутьевого вентилятора на малые объемы и начинает интенсивно смешиваться с потоком воздуха в межлопаточных каналах. На выходе из лопаток рабочего колеса, в полости между рабочим колесом и обечайкой 5 корпуса вентилятора, за счет высокой турбулентности выходящих из рабочего колеса потоков, газовоздушная смесь гомогенизируется и по напорному патрубку 6 вентилятора поступает в распределительную камеру 7 газовоздушной смеси, где при помощи рассекателя 8 газовоздушная смесь равномерно распределяется по камере 7. Далее газовоздушная смесь поступает в ниппеля 9 и затем в керамические огнеупорные туннели 10, на выходе из которых газовоздушная смесь поджигается и происходит горение газа. Горение гомогенной газовоздушной смеси обеспечивает высокую температуру газовых продуктов сгорания, которые раскаляют поверхность огнеупорных керамических туннелей с соответствующим увеличением доли тепловой энергии передаваемой излучением.
Пример конкретного выполнения. В оборудованном по типовому проекту котле «Универсал-6» (см. Справочник эксплуатационника газовых котельных. Под ред. Столпнера Б.Б. - Л.: Недра, 1976, с.234-237) с подовой диффузионной многофакельной горелкой и подачей воздуха за счет естественной тяги, процесс смешения газа и воздуха и собственно горения газа происходит практически непосредственно по всей высоте топки котла. В силу относительной продолжительности процессов диффузионного смешивания газа и воздуха в практически спутных потоках, процесс полного сжигания газа происходит при высоких значениях коэффициентах избытка воздуха 1,5-1,75 и относительно низких температурах продуктов сгорания 1200-1300°С с долей передачи теплоты излучением 25-35%. Развитие факела происходит в вертикальном направлении и доля конвективного теплообмена составляет 3-4%. Продолжительность горения газа в топочном пространстве способствует генерации токсичных оксидов азота с концентрацией 150-200 мг/м3. Недостаточно эффективный теплообмен в топке котла приводит к повышению температуры уходящих газов до 200-300°С и снижению КПД котла до 75-80%.
Установка предлагаемой дутьевой газовой горелки с распределительной камерой газовоздушной смеси в форме двух параллельно подключенных газовоздухопроводов позволила сосредоточить зону горения газовоздушной смеси в пределах туннелей и снизить коэффициент избытка воздуха до 1,00-1,03 с увеличением доли передачи теплоты излучением в топке до 55-60%. Приближение потоков продуктов горения к боковым стенкам топочной камеры увеличило долю конвективной составляющей теплообмена в топке до 10-12%, что позволило снизить температуру уходящих их котла газов до 130-140°С и повышению КПД до 92-94%. Практически мгновенное сгорание газа обеспечило снижение выхода оксидов азота до 50-80 мг/м3.
Заявленные конструкции полезной модели просты в изготовлении и установке и не требуют оригинальных деталей, а внедрение предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность работы чугунных секционных котлов при сжигании газового топлива с увеличением КПД и снижением выбросов токсичных оксидов азота, в связи с чем предлагаемая полезная модель может найти широкое применение.
1. Газовая горелка, содержащая узел смешения газа с воздухом, сообщающийся с камерой распределения газовоздушной смеси, на одной из поверхности которой выполнены отверстия с установленными в них снаружи металлическими ниппелями с керамическими огнеупорными туннелями, отличающаяся тем, что узел смешения представляет собой вентилятор, во всасывающий патрубок которого введен газопровод, а напорный патрубок соединен с камерой распределения газовоздушной смеси.
2. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что при использовании центробежного вентилятора газопровод устанавливается у места примыкания обечайки корпуса вентилятора и напорного патрубка.
3. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что при использовании осевого вентилятора газопровод соединен с кольцевым коллектором с газовыпускными отверстиями.
4. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что выходная поверхность камеры распределения газовоздушной смеси выполнена из огнеупорной, пористой спеченной металлокерамики, поперечные размеры пор которой увеличиваются в направлении движения потока газовоздушной смеси.
5. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что камера распределения газовоздушной смеси выполнена в виде газовоздухопровода или ряда параллельно включенных газовоздухопроводов или кольцевого газовоздухопровода, поперечное сечение которых представляет окружность или многогранную фигуру, а также в виде сферы или усеченной сферы, а также в виде конуса или многогранной пирамиды.
