Способ подачи газа и воздуха в горелку для сжигания низкокалорийного и загрязненного топлива и устройство для его осуществления
METHOD FOR FEEDING GAS AND AIR TO BURNER FOR BURNING LOW-CALORIE AND CONTAMINATED FUEL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к металлургии, энергетике, химической промышленности и другим отраслям техники, в которых существует необходимость в сжигании низкокалорийных и загрязненных газообразных топлив.
Для эффективного сжигания топлива в горелках существенное значение имеет качество смешения газа и воздуха. Традиционные способы перемешивания газовых потоков в горелках заключаются в разделении газового потока на мелкие струи и внедрения их в вихревой поток воздуха. Следует отметить, что этот способ подачи газовых потоков в камеру смешения горелки эффективен только для высококалорийных топлив, таких как природный газ, когда объемный расход газа в 10 раз меньше объема воздуха, подаваемого для сжигания.
Для низкокалорийных и загрязненных газообразных топлив традиционные способы перемешивания потоков путем разделения газового потока на мелкие струи и внедрения их в вихревой поток воздуха неприемлемы в принципе. Это связано с тем, что объемный расход низкокалорийного газа соизмерим с расходом воздуха или даже превышает его, а давление этого газа низкое, так как он является отходами производства.
Известен способ сжигания загрязненных газообразных топлив, например, доменного, коксового или генераторного газов (Винтовкин А.А., и др. Горелочные устройства промышленных печей и топок. Справочник. М., 1999 г. стр. 145, рис 5.14). Способ характеризуется подачей загрязненного газа сплошной струей в вихревой поток закрученного воздуха. Недостатком такой подачи является низкое качество перемешивания реагирующих потоков, так как вихревой поток воздуха, закрученный лопаточным завихрителем, прижимается к стенкам камеры смешения, образуя на оси ее застойную зону, через которую проходит струя газа, не взаимодействуя с воздухом. Это приводит к замедленному перемешиванию потоков и существенному удлинению факела.
Известно горелочное устройство, приведенное в источнике [1] на стр. 145. Устройство содержит воздухоподводящий корпус с радиальными лопатками завихрителя, центральную трубу для истечения низкокалорийного газа и выходную цилиндрическую камеру смешения. Это устройство не обеспечивает интенсивное перемешивание и короткофакельное сжигание газа. Экспериментальные попытки улучшить качество перемешивания за счет применения тангенциального завихрителя воздуха, показанного на рис. 9, 18 источника [1], не дали положительных результатов. Оказался также неэффективным способ смешения и конструкция горелки, показанная на рис. 3.6, б в источнике (Винтовкин А.А., Удилов В.М. Горелочные устройства обжиговых агрегатов металлургического производства. Челябинск. Изд. Металлургия. 1991) [2]. В этой конструкции потоки воздуха и газа подают в камеру смешения горелки через раздельные завихрители. Оказалось, что закрученные потоки при выходе из завихрителей продолжают самостоятельные течения и слабо взаимодействуют друг с другом.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного сжигания загрязненных газообразных топлив.
Для этого предложен способ подачи газа и воздуха в горелку для сжигания низкокалорийного и загрязненного топлива, который, как и способ по прототипу, включает подачу газа и воздуха в камеру смешения горелки, перемешивание в ней потоков газа и воздуха, закрученных лопатками завихрителя. Новый способ отличается тем, что подачу газа и воздуха в камеру смешения осуществляют чередующимися потоками по каналам, образованным соседними лопатками завихрителя, который на входе в камеру смешения закручивает потоки газа и воздуха в многослойный вихревой поток.
Для реализации заявленного способа предложено устройство, которое, как и устройство по прототипу, содержит цилиндрическую камеру смешения потоков газа и воздуха и завихритель с лопатками. Новое устройство отличается тем, что лопатки завихрителя установлены с образованием чередующихся каналов таким образом, что один канал образован для истечения газа, а соседний с ним - для истечения воздуха.
Кроме того, каналы, образованные для истечения газа, выполнены с возможностью соединения с коллектором подвода газа, а соседние с ними - с коллектором подвода воздуха.
Сущность заявленного изобретения заключатся в том, что газ и воздух подают в камеру смешения горелки чередующимися потоками по каналам, образованным соседними лопатками одного завихрителя. Для образования чередующихся потоков газа и воздуха, газ подают в камеру смешения горелки через каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, а воздух - через следующие каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, далее через следующие каналы подают газ, затем снова - воздух и.т.д. При этом лопатки завихрителя на входе в камеру смешения закручивают потоки газа и воздуха в многослойный вихревой поток, состоящий из чередующихся плоских струй газа и воздуха, которые центробежными силами прижимаются к стенкам камеры смешения. При этом происходит распад струй и интенсивное перемешивание общего потока до однородной массы. Подготовленная таким образом смесь воспламеняется от запального устройства и формирует короткий вихревой факел.
Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении интенсивности перемешивания больших объемов низкокалорийных загрязненных газов с воздухом.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где фиг. 1 показывает продольный разрез смесителя горелки; на фиг. 2 - сечение I-I воздушного коллектора горелки; на фиг. 3 - сечение II-II газоподводящего коллектора горелки; на фиг. 4 - сечение тангенциального завихрителя горелки; на фиг. 5 - схема движения потоков газа и воздуха в устройстве; на фиг. 6 - горелка для сжигания влажного низкокалорийного газа, у которой завихритель для истечения газа и воздуха выполнен с осевыми (радиальными) лопатками, разрез; на фиг. 7 - то же, вид сбоку.
Горелочное устройство содержит камеру смешения 1, на входной стороне которой выполнен коллектор для подвода воздуха 2 с патрубком 3 и коллектор 4 для подвода газа с патрубком 5. Между коллекторами выполнен завихритель, состоящий из лопаток 6, установленных тангенциально по отношению к сечению камеры смешения между стенками 7 и 8 коллекторов и образующих каналы для истечения газа и воздуха, узкая щелевая часть которых 9 и 10 расположена у поверхности камеры смешения, а широкая при помощи окон 11 и 12 соединена поочередно с коллекторами для подвода газа и воздуха.
При работе устройства воздух, нагнетаемый в коллектор 2 через окна 11 в стенке 8, попадает в межлопаточные каналы. Двигаясь по этим каналам, воздух вытекает через их узкую щелевую часть 9 тангенциально в цилиндрическую камеру смешения вдоль ее стенки в виде плоских закрученных струй 13. Газ, нагнетаемый в коллектор 4, через окна 12 в стенке 7 попадает в газовые каналы завихрителя. Двигаясь по этим каналам, газ вытекает через их узкую щелевую часть 10 также тангенциально в камеру смешения в виде закрученных струй 14. При этом в камере смешения развивается вихревой поток, состоящий из чередующихся плоских струй газа и воздуха, которые центробежными силами прижимаются к стенкам камеры смешения. При этом происходит распад струй и интенсивное перемешивание общего потока до однородной массы (фиг. 5). Подготовленная таким образом смесь воспламеняется от запального устройства и формирует короткий вихревой факел. Причем, ни в газовом тракте, ни в камере смешения нет мест, которые бы могли забиваться отложениями пыли и смол.
Изображенная на фиг. 6, 7 горелка для сжигания влажного низкокалорийного газа, как частный случай реализации заявленного изобретения, содержит улиточный корпус 15 в качестве коллектора для подачи воздуха, торцевой коллектор 16 для подача газа, между которыми установлена стенка (диафрагма) 17. В стенке 17 выполнено шесть трапецеидальных окон 18. В эти окна вварены продольные ребра 19, которые приварены также к центральной трубе 20, а по периферии закрыты скорлупами 21. Таким образом, в корпусе горелки образовано шесть каналов, по которым проходит грязный газ 22, и шесть каналов, по которым проходит воздух 23. На выходе в камеру смешения все ребра закачиваются поворотными лопатками 24. При работе горелки в камеру смешения вытекает многослойный вихревой поток.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет эффективно перемешивать и сжигать загрязненные газообразные топлива.