горелка

Формула изобретения

1. Горелка, содержащая вертикальный воздухоподводящий корпус в виде прямоугольного короба с конфузорным участком и прямоугольным щелевидным воздушным соплом и установленную по оси корпуса газоподводящую трубу с газоподающей камерой, имеющей щелеобразное прямоугольное газовое сопло, отличающаяся тем, что на выходном торце последнего установлена газораспределительная решетка с по меньшей мере тремя рядами отверстий, расположенных продольно по всей длине решетки, причем средний ряд этих отверстий расположен на центральной оси решетки, а крайние ряды расположены на одинаковом расстоянии от среднего ряда и от боковых продольных торцов газораспределительной решетки, причем в отверстиях укреплены газовыпускные трубки длиной не менее четырех их внутренних диаметров, направленные под углом 30^o к оси корпуса наружу.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что газовое сопло заглублено внутрь воздушного сопла на расстояние от его нижнего среза, равное 2/3 В, где В - длина воздушного сопла.

3. Горелка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что зазор, образованный боковыми стенками газоподающей камеры и конфузорного участка короба, выполнен сужающимся книзу, причем площадь поперечного сечения зазора снизу составляет половину общей площади поперечного сечения этого зазора сверху.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании смеси коксового и доменного газов в горнах обжиговых и агломерационных машин, оборудованных подвесными сводами.

Наиболее близким техническим решением из известных к описываемой горелке является вертикально-щелевая газовая горелка, представляющая собой прямоугольный металлический короб для подвода воздуха с вмонтированными в нем двумя вертикальными газораспределительными трубами диаметром 40 60 мм, в которых имеются по одному ряду газовыходных отверстий под углом 45^o к оси горелки. Газ, выходя из отверстий, смешивается с воздухом, поступающим от вентилятора в воздушный короб горелки. Образующаяся газовоздушная смесь поступает в огнеупорный щелевой канал глубиной 250 мм, шириной 80 100 мм и высотой 450 950 мм. (В.П.Михеев, В.Н.Федоров. Подовые и щелевые горелки для природного газа. Л. Недра, 1965, с. 61 62 прототип).

Известные горелки хорошо зарекомендовали себя в отопительных котлах типа ДКВР при переводе их с твердого топлива на природный газ. Однако работа таких горелок на содержащих водород топливах, например, коксовом газе или его смесях с другими газами, газовоздушная смесь которых характеризуется высокими скоростями распространения пламени (выше в 10 раз и более, чем в метановоздушных смесях), может приводить к проскоку пламени в щелевой канал, сильному нагреву газораспределительных труб и самого корпуса горелки. Чтобы избежать проскока пламени, вынуждены уменьшать пределы регулирования горелки по производительности.

Кроме того, наличие в коксовом газе или его смесях с другими газами влаги способствует попаданию конденсата в воздушный короб горелки, его накоплению и дальнейшему проникновению в воздуховводящие трубопроводы, что вызовет их коррозию и, значит, уменьшит срок службы, а наличие таких примесей, как пары нафталина, смолистых веществ, частиц пыли, может привести к закупорке отверстий в газораспределительных трубах и значительному уменьшению проходных сечений и в самих газораспределительных трубах, имеющих незначительный диаметр (40 60 мм).

Цель изобретения повышение эксплуатационной надежности и расширение пределов регулирования горелки при сжигании водородсодержащего топлива, каким является коксовый газ или его смеси с другими, например, коксодоменная смесь.

Поставленная цель достигается тем, что в горелке, корпус которой представляет собой металлический прямоугольный короб для подвода воздуха, переходящий в конфузорный участок и оканчивающийся прямоугольным щелевидным соплом, соосно установлена газоподводящая труба с газоподающей камерой, переходящей в газовое сопло щелевидной формы, причем газоподводящая труба размещена в зоне воздухоподводящего короба, газоподающая камера размещена с сужающимся зазором в зоне конфузорного участка и газовое сопло в зоне щелевидного сопла горелки с углублением внутрь последнего на 2/3 его длины.

Выходной торец газового сопла перекрыт прямоугольной газораспределительной решеткой с не менее, чем тремя равномерно расположенными по ее длине рядами отверстий, причем средний ряд располагается по центральной оси решетки, а крайние ряды отверстий располагаются на одинаковом расстоянии от среднего ряда и от боковых торцов газораспределительной решетки.

Отверстия в крайних рядах снабжены установленными под углом 30^o к оси горелки газовыпускными трубками, задние концы которых заварены в газораспределительной решетке, а длина трубок подбирается таким образом, чтобы выходные концы их располагались на уровне не более 1/2 длины сопла горелки, однако она не должна быть менее четырех внутренних диаметров трубок.

Сужающийся зазор между газоподающей камерой и конфузорным участком корпуса горелки конструктивно выполнен таким образом, что суммарная площадь зазора снизу составляет половину суммарной площади его сверху.

Предлагаемая горелка экономична, так как не требует больших затрат металла и проста в изготовлении благодаря сварной конструкции.

Авторам неизвестны технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа.

На фиг.1 изображена предлагаемая горелка в аксонометрии, на фиг.2 - разрез А А на фиг.1.

Горелка содержит корпус, состоящий из прямоугольного короба 1 для подвода воздуха через патрубок 2 сбоку, конфузорного участка 3 и прямоугольного щелевидного сопла 4. В прямоугольном воздухоподводящем коробе 1 вертикально по его оси установлена сквозная труба 5 для подвода газа, заканчивающаяся сверху наружным патрубком 6. Газоподводящая трубка 5 соединена с газоподающей камерой 7, оканчивающейся щелевым соплом 8 прямоугольной формы. Снизу газовое сопло 8 имеет газораспределительную решетку 9, в которой просверлены три продольных ряда сквозных отверстий 10, из которых один проход по центральной оси решетки 9, а два крайних ряда с шагом между ними в 1/4 ширины газораспределительной решетки 9 снабжены газовыпускными трубками 11, установленными под углом 30^o к оси горелки. Газоподающая камера 7 и газовое сопло 8 центрируются в корпусе горелки с помощью ребер жесткости 12. К воздушному и газовому патрубкам 2, 6 приварены плоские фланцы 13, 14 для подключения горелки к соответствующим трубопроводам, подающим воздух и газ.

Как было указано выше, предполагаемое изобретение может использоваться для сводового отопления горнов агломерационных и обжиговых машин, где в качестве топлива применяется коксодоменная смесь. Для этого предлагаемая согласно изобретению горелка устанавливается в подвесном своде горна и благодаря тому, что щелевидное сопло горелки с его прямоугольными стенками соразмерно по форме и размерам с подвесными сводовыми кирпичами, такая установка не представляет сложности и не требует дорогостоящего фасонного огнеупора.

В этой связи и рассмотрим работу такой щелевой сводовой горелки при сжигании смеси коксового и доменного газов (КДГ).

Через патрубок 6 и газоподводящую трубу 5 КДГ подается в газоподающую камеру 7, откуда поступает в щелевое прямоугольное сопло 8. Через патрубок 2 подается дутьевой воздух. Далее через воздухоподводящий короб 1 он поступает в сужающийся зазор, образуемый внутренней поверхностью конфузорной части корпуса горелки 3 и боковыми стенками газоподающей камеры 7, откуда попадает в зазор между газовым соплом 8 и соплом горелки 4. Из щелевого газового сопла 8 КДГ через отверстия 10 в газораспределительной решетке 9, расположенные по ее центральной продольной оси и через наклонные газовыпускные трубки 11, расположенные под углом 30^o к оси горелки, равноудаленных от ней и образующих между собой угол 60^o, поступает в сопло горелки 4, где происходит его смешение с воздухом, поступающим через зазор между горелочным и газовым соплами 4, 8. Образующаяся газовоздушная смесь воспламеняется на выходе из щелевидного сопла горелки 4.

Выходное сопло горелки одновременно является и смесителем благодаря заглублению в него газового сопла. С учетом высова крайних газовыпускных трубок зона смешения в горелочном сопле составляет 1/2 2/3 В, где В длина сопла. Если зона смешения более 2/3 В, то увеличивается вероятность проскока пламени внутрь сопла горелки, что вызовет необходимость уменьшения диапазона регулирования. Кроме этого, вектор истечения газовых струй из крайних газовыпускных трубок, имеющих угол наклона к продольной оси горелки 30^o, будет приближаться к выходным кромкам сопла горелки, что может вызвать нежелательный их разогрев. Если зона смешения менее 1/2 В, то уменьшается угол атаки наклонных газовых струй из газовыпускных трубок в воздушный поток воздуха, выходящий в зазор между газовым соплом и соплом горелки, так как происходит спрямление вектора истечения воздушного потока в прямолинейном зазоре между газовым и горелочным соплами. Кроме того, смешение газа с воздухом смещается за пределы выходного сопла горелки и при достаточном разрежении в камере сжигания (что, в частности, имеет место в горнах обжиговых и агломерационных машин) может произойти отрыв факела.

Таким образом, установка газового сопла внутрь сопла горелки на величину 2/3 В от его нижнего среза, где В длина сопла горелки, является при угле наклона газовыпускных трубок к оси горелки 30^o наиболее рациональной.

Общий вектор направления истечения потока воздуха из конфузорного сужающегося зазора между газоподающей камерой и конфузорной частью корпуса горелки направлен под углом к вектору истечения газовых струй из газовыпускных трубок. Часть воздушного потока, а точнее слои, пограничные со стенками газоподающей камеры, ударяясь об прямые стенки газового сопла, изменяют направление на прямолинейное, и тем самым воздушный поток в месте истечения получает некоторую турбулизацию с сохранением общего вектора направления истечения, что дополнительно способствует улучшению качества смешения газа с воздухом. Благодаря тому, что площадь выходного сечения сужающегося зазора в два раза меньше площади входного сечения, скорости характеристики воздушного потока на выходе его в зону смещения возрастают с одновременным выравниванием их по сечению выхода, что также улучшает условия смесеобразования газа с воздухом. При уменьшении площади выходного сечения сужающегося зазора по отношению к площади его входного сечения более чем в 2 раза может произойти местный срыв пламени выходящим с большой скоростью истечения воздушным потоком.

Угол атаки газовых струй по отношению к воздушному потоку определяется конфузорностью сужающегося зазора между газоподводящей камерой и конфузорной частью корпуса горелки, однако он должен быть в пределах 36 - 45^o. При значениях b,, превышающем 45^o, возможно воспламенение газовоздушной смеси в смесительной части сопла горелки, что может привести к сильному нагреву как самого сопла горелки, так и газовыпускных трубок газового сопла. При угле атаки ,, меньшем 36^o, ухудшаются условия смешения газа с воздухом, удлиняется зона смешения, факел начинает растягиваться, что нежелательно для предлагаемой горелки при использовании ее в свободном отоплении зажигательных горнов агломерационных и обжиговых машин, так как продукты неполного сгорания проникают в слой спекаемого материала и ухудшают условия его зажигания и дальнейшего спекания.

Расположение между собой продольных рядов отверстий в торцевой газораспределительной решетке с не менее чем тремя рядами обеспечивает равномерность истечения газовых струй и полноту насыщения образующегося факела. Газовыпускные отверстия центрального ряда в некоторой степени играют роль запальных для крайних рядов с наклонными газовыпускными трубками.

Во время капитального ремонта агломашины N 10 на Череповецком металлургическом комбинате в ноябре месяце 1992 г. четыре опытных образца предлагаемой горелки были установлены в подвесном своде на первой секции зажигательного горна. Опыт работы этих горелок показал эксплуатационную надежность горелок при различных режимах их работы, при этом воспламенение, смесеобразование и устойчивость горения были достаточно удовлетворительными. Ниже приведены конструктивные параметры и масса опытного образца щелевой сводовой горелки. (Конкретный пример исполнения заявленной горелки).

диаметр газоподвода 219x5 мм

диаметр воздухоподвода 377x5 мм

диаметр газоподводящей трубы 219х5 мм

размеры воздухоподводящего короба (длина х ширина х высота х толщина) - 450х45х400х4 мм

размеры газоподающей камеры

размеры конфузорной части корпуса горелки

размеры сопла горелки наружные 580x190x300 мм

размеры сопла горелки внутренние 572x182x300 мм

размеры газового сопла наружные 480x90x100 мм

размеры газового сопла внутренние 470x80x100 мм

заглубление газового сопла внутрь сопла горелки 200 мм

размеры газораспределительной решетки 480x90x5 мм

количество продольных рядов отверстий в газораспределительной решетке 3

расстояние между рядами по осям отверстий 22,5 мм

расположение отверстий в шахматном порядке

диаметр и количество газовыпускных отверстий в центральном ряду 13 мм - 13 шт.

шаг между ними 37 мм

диаметр и количество газовыпускных трубок 18x2,5 мм 24 шт. (по 12 шт. в ряду)

шаг между ними 39 мм

длина газовыпускных трубок 57 мм

угол наклона газовыпускных трубок к оси горелки 30^o

площадь сужающегося воздухоподводящего зазора между боковыми стенками газоподающей камеры и конфузорного участка корпуса горелки сверху в начале сужения 0,13 м²

то же, снизу в конце сужения 0,065 м²

габаритные размеры горелки (длина х ширина х высота) 650x485x1200 мм

масса горелки 137 кг

Данные конструктивные размеры не противоречат обобщенным признакам заявленной горелки в порядке их перечисления в формуле изобретения.