газовая горелка

Формула изобретения

ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА, содержащая расположенную в корпусе вихревую смесительную камеру с тороидальной выходной амбразурой, а также дисковый отражатель, отличающаяся тем, что в смесительной камере установлено устройство для сжигания топлива при малых производительностях с цилиндрическим и коническим участками, причем отношения внешнего диаметра и длины цилиндрического участка устройства для сжигания топлива к диаметру вихревой смесительной камеры соответственно составляет 0,45 0,8 и 0,6 1,5, отношение диаметра дискового отражателя к внешнему диаметру тороидальной выходной амбразуры равно 0,5 0,75, а угол наклона образующей конического участка устройства для сжигания топлива к оси горелки не превышает 30^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей и котлов.

Известна горелка, предназначенная для сжигания газообразного топлива, разработанная Институтом Газа АН УССР. Эта горелка имеет смеситель, эжектор, сопло, футеровку сферической формы, на которой происходит горение топливо-воздушной смеси. Топливо-воздушная смесь в этих горелках готовится внутри корпуса, сгорание топлива происходит на выходе из горелки с максимальной местной теплонапряженностью топочного пространства [1]

Недостатком чашеобразных горелок является чрезмерная локальная концентрация излучения, особенно в центральной части панели, что приводит к местным перегревам продуктового змеевика.

Эти недостатки устранены в центробежных горелках с настилом пламени на гладкую излучающую поверхность топки.

Наиболее близкой к предлагаемой является центробежная горелка, содержащая вихревую смесительную камеру с тороидальной выходной амбразурой, против которой установлен дисковый отражатель, завихритель с газовыми каналами в виде многозаходной спирали, сформированными внутренней поверхностью корпуса газовой горелки и прорезями на внешнем контуре завихрителя [2]

Вращающийся поток топливного газа способствует образованию зоны разрежения в центре вихревой смесительной камеры, что обеспечивает подсос части воздуха, необходимого для горения, в корпус газовой горелки, а регулировкой кольцевого зазора между тороидальной выходной амбразуpой и дисковым отражателем в зависимости от производительности обеспечивается оптимальный расход воздуха, топливо-воздушная смесь на выходе из сопла под действием центробежной силы разворачивается в плоский горящий ореол пламени, равномерно настилающийся на излучающую поверхность.

Недостатком этой газовой горелки является появление объемного горения топливо-воздушной смеси при малых производительностях по топливному газу, когда из-за недостатка центробежной силы горящий факел имеет аксиальное направление, в частности при разогреве кладки, в период пуска и останова печи, при выжиге кокса в продуктовом змеевике и т.д. что приводит к нарушению теплового режима в топке и снижению эффективности ее работы.

Задачей изобретения является

повышение эффективности сжигания газообразного топлива в широком диапазоне производительности;

равномерное распределение топливо-воздушной смеси на излучающей кладке топки печи во всех режимах работы в период пуска и останова, при выжиге кокса, в эксплуатационном режиме;

улучшение эксплуатации материальной части печных агрегатов сырьевых змеевиков, подвесок и т.д.

Предлагаемая газовая горелка имеет следующие отличительные признаки:

размещение в дисковом отражателе устройства для сжигания топлива при малых производительностях с разворотом факела на 180^о;

установление отношения внешнего диаметра цилиндрической части устройства для сжигания топлива к диаметру вихревой камеры равным d/D 0,45-0,8;

установление отношения длины цилиндрической части устройства для сжигания топливного газа, входящей в вихревую камеру, к диаметру вихревой камеры равным l/D 0,6-1,5;

установление отношения диаметра дискового отражателя к диаметру сопла горелки равным D₁/D₂ 0,5-0,75;

установление угла перехода от внутреннего цилиндра к оси газовой горелки на более 30^о.

На чертеже показана газовая горелка, продольный разрез.

Горелка содержит корпус 1, внутри которого расположена вихревая смесительная камера 2, заканчивающаяся тороидальной выходной амбразурой 3, против которой соосно установлен дисковый отражатель 4, завихритель с газовыми каналами 5; внутри смесительной камеры установлено устройство для сжигания топлива при малых производительностях, содержащее газовую трубу 6, корпус 7, внутри которого расположены газовые каналы 8 для топлива; устройство для сжигания топлива крепится на скобе 8.

Газовая горелка работает следующим образом.

Топливный газ по газовой трубе 6 поступает в газовые каналы 8 устройства для сжигания топлива при малых производительностях; закрученный поток выходит на отражатель 4, разворачивается в плоский диск, перемешивается с воздухом и горит в режиме настильного пламени. Подача топлива в корпус 7 обеспечивает стабильную работу печи на малых производительностях по топливному газу, что необходимо для обеспечения режимов пуска печи, выжига кокса и т.д. когда нужно подать в печь 10-30% топливного газа от оптимального при сохранении настильного горения без всплесков пламени и объемного горения. При выводе печи на режим топливный газ подается в патрубок 10, газовые каналы 5 и смесительную камеру 2; закрученный поток топливного газа создает разрежение по оси горелки, куда подсасывается из окружающей среды воздух, необходимый при горении топливного газа; топливо-воздушная смесь равномерным слоем по периметру вихревой смесительной камеры 2 поступает на тороидальную амбразуру 3, разворачивается в плоский диск и подается на горение. Предусмотрены возможность работы газовой горелки в эксплуатационный период без подключения устpойства для сжигания топливного газа, а также совместная их работа.

Заявляемые отношения геометрических размеров элементов газовой горелки объясняются следующим образом.

При отношении диаметров d/D > 0,8 из-за значительного сужения щели между цилиндрической частью устройства для сжигания топлива и поверхностью вихревой смесительной камеры резко возрастает сопротивление закрученному топливо-воздушному потоку, падает энергия закрутки, настильное сжигание топлива на выходе из горелки переходит в объемное. При отношении диаметров d/D < 0,45 не обеспечиваются условия для размещения в смесительной камере устройства с необходимыми для топливного газа каналами, обеспечивающими подачу 10-30% топлива от номинального значения.

При отношении длины цилиндрической части устройства для сжигания топлива к диаметру вихревой камеры l/D > 1,5 из-за значительного сопротивления движению топливного газа с воздухом в щели длиной l резко падает центробежная сила на выходе из сопла газовой горелки, нарушается тепловой режим в топке печи. При отношении l/D <0,6 не успевает стабилизироваться закрученный топливо-воздушный поток в канале между устройством для сжигания топлива и поверхностью смесительной камеры, что проявляется в неравномерности плотности газового потока по периметру газового сопла, приводящей к местным перегревам элементов огневых нагревателей.

При отношении диаметра дискового отражателя к диаметру сопла горелки более 0,75 газовый закрученный поток из устройства для сжигания топлива, попадая на настильную поверхность сопла, не успевает стабилизироваться в плоский ореол из-за малого диаметра сопла горелки; по краю сопла образуется зона завихрения, сопровождающаяся объемным сжиганием топливного газа. При отношении менее 0,5 у края сопла диаметром D₂ при малых производительностях топливного устройства для сжигания топливного газа начинается процесс горения, приводящий к обгоранию металла и выходу из строя всей газовой горелки.

При угле перехода от внутреннего цилиндра топливного устройства к оси горелки более 30^о закрученный поток топливно-воздушной смеси газовой горелки из-за значительного сопротивления в месте перехода смесительной камеры к топливному устройству встречает большое сопротивление, образуются вихревые потоки, приводящие к нарушению аэродинамики на выходе из сопла и, как следствие, всего теплового режима горелки.