ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА
BURNER FOR GAS BURNING

Изобретение относится к технологии сжигания газообразного топлива в топках котлов и печах.
Известна горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая корпус, отражатель, инжектор и регулятор подачи воздуха (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.156). В этой горелке топливный газ поступает в инжектор, на выходе из которого за счет высокой скорости газа к газовой струе подсасывается воздух и далее вся газовоздушная смесь за счет отражателя поворачивается под углом 90° к оси горелки и к смеси подсасывается вторичный воздух, поступающий через отверстия в корпусе горелки.
Известна горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая корпус, отражатель с завихрителем, инжектор и регулятор подачи воздуха (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.160). В этой горелке топливный газ поступает в инжектор, в который также к газовой струе подсасывается воздух, происходит смешение в цилиндрическом канале и далее вся газовоздушная смесь поступает на завихритель, совмещенный с отражателем, за счет которого смесь поворачивается на угол 90° к оси горелки, и в этот момент к смеси подсасывается вторичный воздух, поступающий через отверстия в корпусе горелки.
Недостатками известных горелок является следующее.
1. Прогорание отражателя из-за прямого контакта с факелом при длительной работе в процессе эксплуатации, в результате чего горелка преждевременно выходит из строя.
2. Закоксовывание зазора между отражателем и корпусом при эксплуатации в результате плохого перемешивания газа и воздуха, плохой очистки газа, а также при переменных режимах работы горелки при пуске и останове.
3. Недостаточная полнота сгорания топлива в факеле из-за плохого перемешивания газа с воздухом, так как смешение струй воздуха и газа идет в одной плоскости.
4. Необходимость демонтажа горелки для регулирования зазора между отражателем и корпусом с целью изменения диаметра факела.
5. Малая площадь поверхности обогрева печного пространства из-за незначительного диаметра раскрытия факела, так как теряется скорость газовоздушной смеси при столкновении ее с отражателем.
6. Малые пределы регулирования тепловой мощности горелки, так как на всех режимах требуется повышенное давление газа из-за большого аэродинамического сопротивления сопла, которое подсасывает воздух.
Более близкой к заявляемому изобретению является горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая цилиндрический корпус, отражатель, стабилизатор, тангенциальный завихритель газа и регулятор зазора между отражателем и корпусом (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.175 - прототип).
В горелке газ проходит через тангенциальный завихритель, после которого, на выходе к нему, подсасывается первичный воздух. Далее газовоздушная смесь подается на отражатель, который изменяет на 90° к оси горелки направление движения газовоздушной смеси. Угол разворота фиксируется стабилизатором, после которого в топливную смесь поступает вторичный воздух. Зазор между отражателем и корпусом регулируется с помощью винта, перемещающего отражатель по оси горелки.
Недостатками известной горелки является следующее.
1. Прогорание отражателя из-за прямого контакта с факелом при длительной работе в процессе эксплуатации в результате чего горелка преждевременно выходит из строя.
2. Закоксовывание зазора между отражателем и корпусом при эксплуатации в результате провисания отражателя на штоке из-за нагрева и, как следствие, неравномерного зазора, плохой очистки газа, а также при переменных режимах работы горелки при пуске и останове.
3. Недостаточная полнота сгорания топлива в факеле на низких расходах газа из-за плохого перемешивания газа с воздухом.
4. При пуске горелки в работу необходимо ручное регулирование зазора между отражателем и корпусом для определения условий экономичного сжигания газа, так как горелка при малых расходах обладает возможностью саморегулирования, то есть зазор между корпусом горелки и отражателем может быть слишком большим или слишком малым по отношению к количеству горючей смеси. В первом случае факел не развертывается по поверхности стабилизатора и горит коптящим желтым пламенем, во втором случае - возможен отрыв факела от стабилизатора. Все это ведет к перерасходу газа.
Задачей заявляемого изобретения является повышение качества сжигания топлива путем улучшения организации смешения струй топливного газа, первичного и вторичного воздуха.
Технический результат достигается тем, что в горелке для сжигания газа, содержащей цилиндрический корпус, стабилизатор, завихритель газа, цилиндрический корпус снабжен регулируемым шибером для подачи воздуха, а с другой стороны корпуса по оси установлен стабилизатор с трубой подачи газа, на наружной поверхности которого жестко закреплены лопатки завихрителя вторичного воздуха, во внутренней полости соосно размещен и жестко закреплен у торца подачи воздуха и газа, инжектор, на наружной поверхности которого закреплены лопатки завихрителя газа, а с внутренней стороны - пластинчатый завихритель первичного воздуха с двумя потоками крутки, причем лопатки завихрителей газа, первичного и вторичного воздуха имеют одинаковое направление крутки, а завихрители газа и вторичного воздуха имеют еще и равное количество жестко закрепленных, аксиально расположенных лопаток.
Заявляемая горелка представлена на чертеже.
Горелка для сжигания газа содержит цилиндрический корпус 1, с одной стороны которого установлена съемная крышка 2 воздушного шибера с пружинными винтовыми регуляторами 3 величины открытия заслонки 4 шибера, с другой стороны - по оси смонтирован стабилизатор 5, имеющий форму полого цилиндра с одного конца которого закреплен диск. На наружной поверхности цилиндра стабилизатора 5 равномерно по окружности жестко закреплены аксиально расположенные лопатки 6 и труба 7 топливного газа. Внутри стабилизатора у торца, со стороны трубы 7 топливного газа, закреплен инжектор 8, имеющий равномерно расположенные по окружности лопатки 9, являющиеся завихрителем топливного газа, которые предназначены для закручивания топливного газа в высокоскоростной жгут. Внутри инжектора 8 закреплен пластинчатый аксиальный завихритель 10 для закручивания первичного воздуха.
Заявляемая горелка работает следующим образом.
Горелка в сборе устанавливается в заранее подготовленное посадочное место в топку плотно по цилидрической поверхности корпуса 1, так чтобы торцевая поверхность корпуса 1, обращенная к дисковой поверхности стабилизатора, была заподлицо с внутренней поверхностью стенки топки. Топливный газ подается через трубу 7 под давлением на лопатки 9, на которых закручивается в жгут и при выходе прижимается, за счет центробежных сил, к внутренней цилиндрической поверхности корпуса стабилизатора 5. Внутри жгута образуется разрежение, и вследствие этого в газовый жгут подсасываются струи первичного воздуха, закрученные в завихрителе первичного воздуха 10 с направлением крутки, совпадающим с направлением крутки топливного газа. Количество необходимого для горения первичного воздуха саморегулируется путем подсоса за счет скорости выхода топливного газа после лопаток 9. Первичный воздух поступает в щелевой зазор между крышкой шибера 2 и заслонкой шибера 4. Подсасывание вызывает интенсивное перемешивание струй первичного воздуха и топливного газа. За счет центробежных сил газовоздушная смесь на выходе из внутренней полости стабилизатора 5 развертывается в плоскую газовоздушную струю, перпендикулярную оси горелки. К этой струе на кромке тыльной стороны диска стабилизатора подсасывается закрученный лопатками завихрителя 6 вторичный воздух, количество которого регулируется путем изменения зазора между крышкой шибера 2 заслонкой 4 при помощи пружинного регулятора 3.
При поджигании газовоздушной струи топливный газ в струе сгорает, образуя плоский (толщиной не более 100 мм) факел большого диаметра (до 3 м), параллельный внутренней стенке топки, но перепендикулярный оси горелки.
Пример работы конкретного устройства.
3
3
Топливный газ с теплотой сгорания 8080 ккал/м подается через трубу 7 под давлением 300 кПа в инжектор 8, проходя через четыре лопатки 9, он закручивается в жгут из 4-х струй с правой круткой и при выходе прижимается, за счет центробежных сил, к внутренней цилиндрической поверхности корпуса стабилизатора 5, имеющего диаметр диска стабилизатора 80 мм. Внутри жгута образуется разрежение, и вследствие этого в газовый жгут подсасываются струи первичного воздуха, закрученные правой круткой. Это вызывает интенсивное перемешивание первичного воздуха и топливного газа. За счет центробежных сил газовоздушная смесь на выходе из внутренней полости стабилизатора 5 развертывается в плоскую газовоздушную струю. К этой струе на кромке тыльной стороны диска стабилизатора 5 подается закрученный правой круткой вторичный воздух и тем самым достигается оптимальная газовоздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха 1,03. Смесь при поджиге с помощью запальника загорается, образуя факел из продуктов сгорания, высокотемпературная зона которого расположена на расстоянии 50 мм от внутренней стенки топки. При расходе топливного газа 30 им/ч диаметр факела 1,3 м при средней толщине 60 мм.