Газовая горелка низкого давления с активной воздушной струей
Использование: в области энергетики, в частности для смешения и сжигания смесей газообразного топлива с воздухом. Сущность: трубопровод выхода смеси выполнен с постоянным сечением и снабжен на выходе полым насадком, торцевые стенки смесителя выполнены отражающими волну, при этом длина l смесителя равна l=1/22, диаметр D смесителя равен
, длина l1 трубопровода вместе с насадком равна l1=
2, а
2=C2/f2 , где
2 - длина звуковой волны в кислороде подогретого сжатого воздуха; С2 - скорость звуковой волны в кислороде подогретого сжатого воздуха при температуре, равной 80oС, и давлении равном Р 0,35 мПа или 150oС, и давлении Р 0,25 мПа, м/с; f2 - частота периодов звуковой волны источника сжатого воздуха, Гц; при
2/
5=1 длина
5 звуковой волны природного газа по метану
где С5 - скорость звуковой волны природного газа по метану без подогрева при температуре, равной t1= 20oС и давлении, равном Р=0,35 мПа или Р=0,25 мПа, м/с; Р - оптимально-расчетный параметр внутрикамерного импульсного избыточного, относительно 101325 Па, давления. 2 ил.
Изобретение относится к области смешения и сжигания физических смесей газообразного топлива с воздухом в технологических цепях нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, тепловой энергетике, металлургии.
Известно устройство для смешения и сжигания потока сжатого воздуха и эжектируемого им потока газа в камерах смешения, выполненных в корпусах газовых горелок с активной воздушной струей. (Иванов Ю.В. Газогорелочные устройства. М. Недра, 1972, стр. 82, рис. 2 38). Известно устройство для смешения и сжигания газа низкого давления и эжектируемого им воздуха в камерах смешения, выполненных в корпусах атмосферных горелок (там же, стр.56 57 рис.2 19, 2 20). Наиболее близкой по технической сущности заявленному является газовая горелка по а.с. 1657870 Мкл. Fz 23 В 14/00, 199 г. Однако известное техническое решение имеет недостатки: для транспортирования топлива в камеру смешения используется эжекция струи сжатого воздуха, но так как эжекция энергетически слаба и значительно проявляется при больших давлениях и скоростях воздушного потока, в связи с чем неизбежен избыточный балластный воздух, потери тепла с отходящими газами. Процесс смешения топлива и воздуха использует кинетическую энергию удара движущегося потока воздуха, но так как масса воздуха незначительна, процесс идет на низком энергетическом уровне, в связи с чем поток смесей имеет недисперсную, струйную или завихренную структуру при низкой скорости горения, низкой температуре пламени и значительной длине факела. Неизбежен недожиг топлива и выделение СО в атмосферу. На низких скоростях движения воздушного потока процесс эжекции, смешения и сжигания топлива плохо управляем. Примитивный струйный способ смешения удлиняет процесс, во время и при больших значениях скорости потока требуется значительной длины камера и устройство. Предварительный нагрев газа и воздуха в рекуператорах, с целью увеличения производства тепла в топках, в связи с низкой теплоемкостью и незначительной массой веществ малоэффективен и при низком необоснованном и бессистемном его применении в связи с тем, что температурное воздействие на топливо меняет параметры резонанса волн потоков, их волновые взаимосвязи и условия возникновения и слияния струй, ухудшая параметры эффективного горения. Чрезмерный и бессистемный прогрев природного газа без доступа воздуха сдвигает стартовые параметры воспламенения смеси, создавая условия для проскока пламени в камеру смешения, и ставят газ на грань разложения с выделением сажи. Целью заявленного технического решения является получение тонкодисперсных, на молекулярном уровне, химически активных при горении воздушно-газовых топливных смесей в одноструктурном, с подавленной струйностью потока, однообразном по содержанию газа и воздуха в единице объема и на основе этого повышение теплопроизводительности горелки за счет увеличения скорости горения смеси и температуры пламени, снижения недожига топлива и выделения СО. Указанная цель достигается тем, что кинетическое взаимодействие потоков веществ, разных по физическим параметрам, выраженное в соударении потоков под разными углами атаки, в эжекции, завихрении, турболизации потоков, совместно с естественной диффузией веществ, логически переходит в волновую взаимосвязь, в результате чего маломощная и слабоуправляемая на низких скоростях потока эжекция заменяется волновым вакуумным насосом; внешним температурным воздействием и внутрикамерным давлением компоненты смеси в потоках, разных по физическим волновым параметрам, вводятся в кратные волновые резонансные взаимоотношения; границы потоков и струй в потоках исчезают струи сливаются, механическая вибрация, возникающая в результате острого волнового резонанса рабочих волнопотоков, и естественная диффузия веществ завершают процесс смешивания, приводя воздушно-газовые смеси в едином потоке в состояние, заявленное целью изобретения. На фиг.1 изображена горелка низкого давления; на фиг.2 камера смешения в волновом соотношении размеров. В состоянии статики аппарат имеет элементы конструкции и связи: смеситель горелки 1 цилиндрическая пустотелая полость с прямолинейной геометрической осью, ее торцевые противоположные плоскости, отражающие волну, перпендикулярны к оси камеры. Подвод сжатого воздуха в камеру осуществлен трубопроводом 2 через пневмодроссель 3 продольно геометрической оси камеры. Подвод газа осуществлен газопроводом низкого давления 4 под углом 90o к потоку воздуха через газовый дроссель 5 и 6 симметрично расположенных в диаметральной плоскости, равноудаленно от торцовых стенок, отверстий. Камера смесителя 1 через дроссель смеси 7 сообщена с оребренным трубопроводом смеси 8, переходящим в сопло 9 насадка горелки, снабженного плоской цилиндрической стабилизирующей решеткой 10. Вторичный воздух через регулятор 11 эжекцией факела поступает под кожух 12 и далее, обтекая трубопровод смеси и сопло, в устье факела пламени, увеличивая возможности регулирования соотношения газ/воздух. При открытии запорной арматуры воздушный поток, возбужденный источником сжатого воздуха, через рекуператор подогрева первичного воздуха поступает в трубопровод 2 и через пневмодроссель 3, смеситель 1, дроссель смеси 7, трубопровод смеси 8, сопло 9, стабилизирующую решетку 10, преодолевая сопротивление воздушно-газового тракта, в топку. В связи с тем, что сопротивление воздушно-газового тракта горелки сравнительно незначительно, в камере отмечается расчетное падение давления относительно номинала давления. Перепад давления в системе вызывает движение движение возбуждает физическую, кинетическую волну. Камера, имеющая волновые признаки, пустотелая, открытая с обеих сторон полость, с прямолинейной геометрической осью; с торцовыми отражательными плоскостями, перпендикулярными геометрической оси, с подводом сжатого воздуха и выводом смеси по геометрической оси камеры, продольно, имея проходящую кинетическую волну, становится генератором собственных колебаний волны 1 (фиг.2), равной удвоенной длине камеры![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891774.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891775.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891776.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891777.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891778.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891779.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891780.gif)
С5 при 0oС; 101325 Па скорость звуковой волны в газообразном топливе (справочная), м/с;
Кт коэффициент изменения скорости звуковой волны в кислороде сжатого воздуха на единицу температуры, м;
K1т коэффициент изменения скорости звуковой волны в газообразном топливе на единицу температуры, м;
Kр коэффициент изменения скорости звуковой волны в кислороде сжатого воздуха на единицу давления, м;
K1p коэффициент изменения скорости звуковой волны в газообразном топливе на единицу давления, м;
Р оптимально-расчетный параметр внутрикамерного импульсного избыточного (+) относительно 101325 Па давления;
t температура сжатого воздуха, oС;
t1 температура газообразного топлива, oС;
f2 частота периодов звуковой волны источника сжатого воздуха, Гц. При определенных условиях ввиду того, что параметры С2 при 0oС; 101325 Па и C5 при 0oС; 101325 Па уже несут в себе подвижку звуковой волны на единицу давления (0 101325 Па) элементы (Кр
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891781.gif)
при соблюдении условий резонанса
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891782.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891783.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891784.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891785.gif)
откуда
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891786.gif)
где: l длина камеры, м;
f1 частота пульсации системы, Гц;
(для предлагаемого устройства f1
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/289/2891787.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2