Устройство для сжигания газа

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного топлива при его смешивании с воздухом и может быть использована в отраслях, где необходима работа в широком диапазоне регулирования по расходу топлива с высокой эффективностью его сжигания и малой токсичностью продуктов сгорания.
Известно устройство для сжигания газа, содержащее корпус с узлом распределения газовоздушной смеси, причем узел распределения газовоздушной смеси выполнен в виде как минимум одного стабилизатора пламени, содержит корпус в виде пустого обтекаемого профиля с газораспределительными отверстиями и хвостовиком, при этом хвостовик стабилизатора оснащен как минимум одним завихрителем, а на корпусе стабилизатора расположен как минимум один интенсификатор трехмерного течения, расположенный по газораспределительным отверстиями и ниже уровня потока, где интенсификатор трехмерного течения выполнен в виде слабообтекаемых тел различной конфигурации (патент UA на полезную модель № 66662, 2012).
В известном устройстве при изменении его мощности меняется интенсивность смешивания, а распределение газа по сечению фронта устройства сжигания газа становится неравномерным.
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность сгорания газа из-за неравномерного распределения газа по сечению фронта устройства сжигания газа и, соответственно, неравномерности концентрационного состава газовоздушной смеси на выходе из устройства для сжигания газа, а также из-за того, что при изменении мощности устройства меняется интенсивность смешивания. Процесс получения товарного продукта является дорогим, а выход годного низким.
Наиболее близким по технической сути является устройство для сжигания газа, содержащее корпус с расположенным в нем узлом распределения газа, выполненным в виде параллельно установленных стабилизаторов пламени, каждый из которых состоит из пустого обтекаемого корпуса со стабилизатором пламени, рядами газораспределительных отверстий и хвостовиком, а также завихрителя, выполненного в виде углубления, расположенного перпендикулярно продольной оси стабилизатора пламени (патент RU №103599, 2011).
Известное устройство не обеспечивает необходимую длину зоны высокого градиента температур и равномерность распределения газа по сечению фронта устройства для сжигания газа. Это не позволяет оптимизировать условия горения. Поэтому недостатком данного устройства является недостаточная эффективность сгорания газа из-за неравномерного распределения газа по сечению фронта устройства сжигания газа и, соответственно, неравномерности концентрационного состава газовоздушной смеси на выходе из устройства для сжигания газа, а также из-за того, что при изменении мощности устройства меняется интенсивность смешивания. Процесс получения товарного продукта является дорогим, а выход годного – низким. Особенно это характерно при использовании известного устройства в мартеновских печах, барабанных печах обжига.
Техническая проблема - необходимо усовершенствовать устройство для сжигания газа таким образом, чтобы при изменении мощности устройства обеспечивать сохранение интенсивности смешивания и равномерности распределения газа по сечению фронта устройства для сжигания газа.
Технический результат - оптимизация условий горения за счет улучшения параметров факела путем достижения максимальной температуры при заданной длине факела при одновременном удешевлении процесса получения товарного продукта, а также повышение выхода годного.
Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство для сжигания газа, содержащее корпус с расположенным внутри узлом распределения газа, выполненным в виде установленных параллельно стабилизаторов пламени, каждый из которых состоит из пустого обтекаемого корпуса, имеющего ряды газораспределительных отверстий, хвостовик и торцевой завихритель, расположенный перпендикулярно продольной оси стабилизатора пламени и выполненный в виде углубления, при этом между стабилизаторами пламени симметрично по оси корпуса размещен узел регулирования скорости подачи окислителя, присоединенный к корпусу крепежными опорами, узел регулирования скорости подачи окислителя выполнен в форме параллелепипеда, передняя и задняя стороны которого соединены друг с другом подвижно, имеет ширину, соизмеримую с шириной стабилизаторов пламени, выполнен с возможностью изменения высоты посредством регулирующего кулачкового механизма, снабжен элементом управления, взаимодействующим с регулирующим кулачковым механизмом.
Узел регулирования скорости подачи окислителя имеет форму параллелепипеда, передняя и задняя стороны которого соединены друг с другом подвижно, предпочтительно шарнирным блоком.
Ширина узла регулирования скорости подачи окислителя предпочтительно равна ширине корпусов стабилизаторов пламени.
Узел регулирования скорости подачи окислителя снабжен элементом управления, в качестве которого предпочтительно используют рукоятку управления.
По сторонам узла регулирования скорости подачи окислителя закреплен регулирующий кулачковый механизм.
Регулирующий кулачковый механизм взаимодействует с рукояткой управления. Взаимодействие осуществляется, например, посредством штанги.
Заявляемое устройство отличается от известного следующими признаками:
- имеется дополнительный узел регулирования скорости подачи окислителя;
-  узел регулирования скорости подачи окислителя размещен симметрично по оси корпуса между стабилизаторами пламени и присоединен к корпусу крепежными опорами;
- узел регулирования скорости подачи окислителя выполнен в форме параллелепипеда, стороны которого соединены друг с другом подвижно, и имеет ширину, соизмеримую с шириной стабилизаторов пламени;
- узел регулирования скорости подачи окислителя выполнен с возможностью изменения высоты посредством регулирующего кулачкового механизма.
- узел регулирования скорости подачи окислителя имеет элемент управления, а регулирующий кулачковый механизм взаимодействует с ним.
Имеющиеся отличия носят существенный характер и в совокупности с остальными признаками обеспечивают причинно-следственную связь между заявленной совокупностью существенных признаков устройства и достигаемым техническим результатом - при изменении мощности устройства сохраняется интенсивность смешивания и равномерность распределения газа по сечению фронта устройства для сжигания газа, что позволяет оптимизировать условия горения, то есть улучшить параметры факела – достичь максимальной температуры при заданной длине факела, удешевить процесс получения товарного продукта, а также повысить выход годного.
Заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает регулирование объема пространства, в котором находится окислитель. Поэтому окислитель поступает с постоянной скоростью при различных его расходах. Соответственно, за счет выполнения узла регулирования скорости подачи окислителя в форме параллелепипеда, установленного с возможностью изменения его высоты регулирующим кулачковым механизмом, меняется сечение прохода между пилонами в зависимости от объема подачи окислителя, при этом  скорость подачи окислителя остается заданной и стабильной, что, в свою очередь, обеспечивает создание оптимальных условий динамики смешивания окислителя с газом при разных нагрузках, необходимых для горения.
Заявляемая конструкция устройства для сжигания газа позволяет улучшить аэродинамическую структуру потока газовоздушной смеси и взаимодействие зон обратных токов по каждому потоку газовоздушной смеси. Эти индивидуальные зоны обратных токов объединяются в единую зону обратных токов по системе потоков, что способствует стабилизации пламени за счет обеспечения равномерного фронта подачи газа в потоке воздуха.
При изменении мощности устройства сохраняется интенсивность смешивания и равномерность распределения газа по сечению фронта устройства для сжигания газа, что позволяет оптимизировать условия горения, то есть улучшить параметры факела – достичь максимальной температуры при заданной длине факела, удешевить процесс получения товарного продукта, а также повысить выход годного.
Выполнение узла регулирования скорости подачи окислителя с подвижным соединением передней и задней сторон, а также то, что на сторонах закреплен регулирующий кулачковый механизм, соединенный штангой с рукояткой управления узлом регулирования скорости подачи окислителя, в совокупности с известными признаками также обеспечивают при изменении мощности устройства сохранение интенсивности смешивания и равномерность распределения газа по сечению фронта устройства для сжигания газа, что позволяет оптимизировать условия горения, то есть улучшить параметры факела – достичь максимальной температуры при заданной длине факела, удешевить процесс получения товарного продукта, а также повысить выход годного.
Кроме того, заявляемое устройство позволяет существенно увеличить продолжительность горения за счет создания дополнительной зоны рециркуляции высокотемпературных дымовых газов. Регулировка длительности горения в зависимости от величины расхода газа осуществляется изменением высоты узла регулирования скорости подачи окислителя благодаря тому, что его стороны соединены подвижно, при этом его передняя и задняя стороны состоят из двух частей, соединенных, например, шарнирным блоком, и при изменении высоты с использованием заявленного тягового механизма эти стороны складываются под равными острыми углами, что обеспечивает необходимую турбулентность газовоздушного потока.
Заявленное устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема устройства для сжигания газа.
Устройство для сжигания газа состоит из внешнего корпуса 1 и узла 2 распределения газа, содержащего два жестко установленных и параллельных друг к другу стабилизатора 3 пламени, расположенных на расстоянии t/2 от стенки корпуса 1 и на расстоянии t друг от друга. Стабилизатор 3 пламени состоит из корпуса 4, который выполнен в виде полого обтекаемого профиля, который имеет верхний ряд 5 и нижний ряд 6 газораспределительных отверстий 7 расположенных на расстоянии L друг от друга и на расстоянии X от конца хвостовика 8. Конец хвостовика 8 оснащен торцевым завихрителем 9 в виде углубленной плоской стенки, расположенной перпендикулярно продольной оси стабилизатора 3 пламени, с длиной 1 и высотой углубления h.
Устройство содержит узел 10 регулирования скорости подачи окислителя. Рукоятка 11 управления узлом 10 регулирования скорости подачи окислителя соединена с ним штангой 12. Узел 10 регулирования скорости подачи окислителя установлен симметрично по оси между стабилизаторами 3 пламя и присоединен к корпусу 1 не менее чем двумя крепежными опорами 13. Узел 10 регулирования скорости подачи окислителя выполнен в виде параллелепипеда. Регулировка высоты узла 10 регулирования скорости окислителя обеспечивает кулачковый механизм 14. Узел 10 регулирования скорости окислителя, который выполнен в виде параллелепипеда, передняя и задняя стороны которого состоят из двух частей, соединенных шарнирным блоком 16.
Устройство для сжигания газа работает следующим образом.
Газ, подаваемый в узел 2 для распределения газа, подают в корпус 4 стабилизатора 3 пламени и через верхний ряд 5 и нижний ряд 6 газораспределительных отверстий направляют в поток набегающего воздуха, которое подают в корпус 1 устройства для сжигания газа. Полученная газовоздушная смесь воспламеняется и стабилизируется за счет взаимодействия с высокотемпературными продуктами сгорания, поступающими из зоны рециркуляции, образованные за углубленной плоской стенкой завихрителем 9 хвостовика 8. При этом размещение газораспределительных отверстий 7 с абсолютным шагом L обеспечивает поддержку в зоне обратных токов смеси в устойчивых пределах воспаления, максимально возможную полноту сгорания газа и устойчивое безотрывное горение.
Узел 10 регулирования скорости подачи окислителя, который установлен на крепежных опорах 13 и выполнен в форме параллелепипеда, с помощью рукоятки 11 управления узлом 10 регулирования скорости подачи окислителя и соединенной с ней штанги 12 регулирует высоту параллелепипеда. Под действием регулирующего кулачкового механизма 14, закрепленного на сторонах параллелепипеда, передняя и задняя стороны которого соединены шарнирным блоком 16, эти стороны складываются пополам и образуют тождественные острые углы. Изменение высоты параллелепипеда меняет объем, который занимает окислитель, и, соответственно, изменяется скорость подачи окислителя что, в свою очередь, обеспечивает создание оптимальной площади сечения для прохода воздуха, необходимого для горения, обеспечивает равномерное перераспределение потока газа.
Такое выполнение устройства позволяет улучшить аэродинамическую структуру потока газовоздушной смеси и взаимодействие зон обратных токов по каждому потоку газовоздушной смеси. Эти индивидуальные зоны обратных токов объединяются в единую зону обратных токов по системе потоков, что способствует стабилизации пламени за счет обеспечения равномерного фронта подачи газа в потоке воздуха.
При изменении мощности устройства сохраняется интенсивность смешивания и равномерность распределения газа по сечению фронта устройства сжигания газа, что позволяет оптимизировать условия горения, то есть улучшить параметры факела – достичь максимальной температуры при заданной длине факела, удешевить процесс получения товарного продукта, а также повысить выход годного.
Использование заявленного устройства позволяет повысить полноту и эффективность сгорания топлива, устойчивость зажигания и стабилизацию фронта горения, необходимую длину факела пламени в камере сгорания, отсутствие перегревов элементов устройства, минимальное сопротивление по воздушному и газовому трактах, простоту изготовления и техническое обслуживание, модульность, что позволяет конструировать устройство необходимой мощности.
3
3
Заявленное устройство позволяет улучшить технико-экономические и экологические показатели, повысить надежность топливоиспользующего оборудования и может быть использовано для сжигания топлива с калорийностью от 2000 ккал/м до 12000 ккал/м, таких как природный газ, метан, коксовый газ, доменный газ и их смесей.
Заявленное устройство может быть изготовлено с использованием известных технологий из известных материалов и может быть использовано для сжигания газообразного топлива.