Горелочное устройство

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использована в различных областях промышленности и промышленной теплотехники, в частности для печей обжига кирпича, в сушилах и других нагревательных устройствах.
Горелки газовые устанавливаются в печах обжига изделий, где температура среды выше 700°С и требуется прямоточный скоростной факел для организации равномерного температурного поля по сечению печи.
Известна газовая горелка (авт.св. СССР N 1599620, кл. F23D 14/70, опубл. 1990 г.). содержащая воздухоподающий корпус, установленную на оси корпуса заглушенную с выходного торца газовую трубу с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности и коаксиально размещенный насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения и который на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры, а меньшим плотно скрепленный с боковой стенкой газовой трубы, причем камера подключена к полости корпуса при помощи отверстий, выполненных в обечайке, оси которых наклонены к оси камеры.
Недостатками описанного устройства является наличие зазора между воздухоподающим корпусом и насадком, что ухудшает качество сжигания газа по следующим причинам. При колебаниях давлений газа и воздуха, подаваемых в горелку, соотношение количеств первичного воздуха, проходящего в отверстия камеры смешения, и вторичного воздуха, проходящего через кольцевой зазор, ввиду небольшого гидравлического сопротивления кольцевого зазора будет нарушаться, что ухудшит нормальные режимы горения и стабилизации. Увеличение подачи вторичного воздуха в зону горения ведет к ее охлаждению и, вследствие этого, к химическому недожогу и ухудшению стабилизационных характеристик, что приводит к ограничению диапазона регулирования, снижению экономичности и эксплуатационной надежности горелочного устройства.
Известно горелочное устройство (паспорт «Горелка газовая ГНБ-80, ИНГ.040-0.000ПС, Киев-2012»), содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус и заглушенную с выходного торца центральную газовую трубу с выпускными отверстиями и закрепленный на выходе воздухоподающего корпуса конфузор-стабилизатор, имеющий конический участок, обращенный большим основанием ко входу и сопряженный по меньшему основанию с цилиндрическим участком, на выходном торце которого имеется фланец, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру воздухоподающего корпуса, причем на фланце и конической части конфузора-стабилизатора выполнены полостные отверстия.
Недостатками описанного устройства являются следующие факторы:
- низкая стабильность пламени факела;
- узкий диапазон регулирования тепловой мощности;
- отсутствие демпфирования колебаний давления газовоздушной смеси.
7
Известно также наиболее близкое по технической сущности к заявляемому горелочное устройство (см. патент DE №102005034791, МПК F23D 14/62 опубл. 20.09.2013 г.), содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 со встроенными подводами: газовым патрубком 6 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с отверстиями, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, на центральной газовой трубе 15, закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3.
Известная горелка имеет ряд недостатков.
Неустойчивый газодинамический режим в условиях колебаний параметров впрыска (газ, воздух) приводит к дестабилизации формы пламени факела и нарушает технологический режим термообработки изделий. Сложная система канальных отверстий и малый реакционный объем полостей для доогневой подготовки газовоздушной смеси не обеспечивает (за счет образования застойных зон) качественного перемешивания газа с воздухом и снижает коэффициент активации топлива до величины Ка=0,64, при этом ухудшаются экологические параметры горелочного устройства.
Новыми техническими результатами предлагаемого горелочного устройства является повышение стабилизационных характеристик горения, вследствие чего повысится его надежность при эксплуатации, облегчится настройка газодинамических параметров, будет достигнуто также исключение непрогнозируемых режимов при переходных процессах работы горелочного устройства, улучшение процесса формирования геометрии пламени факела (пропорции цлиндричности формы).
Указанные технические результаты достигаются тем, что горелочное устройство, содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 со встроенными подводами: газовым патрубком 6 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с выпускными газовыми отверстиями 17 и 18, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, на центральной газовой трубе 15, закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3, согласно полезной модели снабжено размещенным на центральной газовой трубе 15, смещенным в осевом направлении относительно узла правой крутки 11 и узлом левой крутки 14 воздушного потока на горение, а на газовый насадок 16 насажен перфорированный усеченный конус 19 развернутый большим основанием к выходу, при наилучших вариантах реализации предлагаемого горелочного устройства отверстия 20 перфорированного усеченного конуса 19 расположены по его образующим, а диаметр этих отверстий увеличивается от периферии к оси устройства, угол раскрытия перфорированного усеченного конуса 19 выбран из условия обеспечения расположения точки фокуса на пересечении центральной оси горелочного устройства с проекцией торцевой плоскости керамической насадки 3.
x
Благодаря такому выполнению горелочного устройства обеспечивается формирование отклоняющих закрученных потоков воздуха от осевого движения и направление этих потоков радиально от центра к периферии, позволяет создать систему веерных закрученных потоков воздуха и в сочетании с указанным направлением струй топлива при перераспределении потоков центрального и периферического в доогневой части газовоздушной струи организовать плоский или цилиндрический факел при этом изменение соотношения объемов потоков с преобладанием центрального значительно улучшает степень цилиндричности факела. При этом селекция потоков обеспечивается перфорированным конусом. В зонах контакта веерных струй цилиндрической формы резко возрастает интенсивность турбулентности потока, что обеспечивает быстрое перемешивание воздуха с топливом и выгорание смеси с малым временем пребывания в высокотемпературной зоне факела. Поскольку веерные струи характеризуются большим отношением поверхности к объему и именно на этих поверхностях происходит выгорание факела, он быстро охлаждается и горение происходит при пониженных температурах, что наряду с относительно малым временем протекания реакции окисления топлива существенно уменьшает эмиссию вредных веществ (СО и NO). При этом коэффициент активации топлива Ка=0,79.
При реализации предложенного горелочного устройства обеспечивается возможность управления формой пламени факела и создания цилиндрического или рассредоточенного факела в зависимости от формы камеры сгорания в широком диапазоне нагрузок с низким уровнем эмиссии вредных выбросов.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, поясняются чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, на фиг. 2 показан вид А на фиг. 1.
Предлагаемое горелочное устройство содержит коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 с ниппелем 12 и со встроенными подводами: газовым патрубком 6 - тройником 7 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с выпускными газовыми отверстиями 17 и 18, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 гидравлически связанный с воздухоподающей трубой 8 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, связанным электрически со свечой 13, на центральной газовой трубе 15, закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3, выполненная в виде цилиндрического участка соединенного с сужающимся к выходу коническим участком, на центральной газовой трубе между узлами правой 11 и левой 14 крутки выполнены дополнительные газовые отверстия 17, смещенные относительно друг друга в окружном направлении, площади отверстий 17 составляют 0,3-0,6 площади отверстий 18, согласно полезной модели оно снабжено размещенным на центральной газовой трубе 15, смещенным в осевом направлении относительно узла правой крутки 11 узлом левой крутки 14 воздушного потока на горение, а на выходном конце газового насадка 16 насажен перфорированный усеченный конус 19 развернутый большим основанием к выходу, при оптимальных вариантах исполнения устройства отверстия 20 перфорированного усеченного конуса 19 расположены по его образующим, а диаметр этих отверстий 20 увеличивается от периферии к оси устройства, при этом отверстия 20 первого и второго рядов от периферии выполнены с отклонением оси симметрии отверстий относительно внутренней полости цилиндрической части керамической насадки 3 на 3°-4°; угол раскрытия перфорированного усеченного конуса 19 выбран из условия обеспечения расположения точки фокуса на пересечении центральной оси горелочного устройства с проекцией плоскости торцевой части керамической насадки 3.
Горелочное устройство работает так.
По центральной газовой трубе 15 с газовым насадком 16 через выпускные газовые отверстия 17 и 18 рассредоточенно подается газ от газового патрубка 6, через воздушный патрубок 4 и переходник 5 по периферийному каналу воздухоподающего корпуса 2 воздух поступает на выполненные пластинчатыми узлы левой 14 и правой 11 крутки газовоздушной смеси и дальше подготовленная газовоздушная смесь через перфорированный усеченный конус 19 с отверстиями 20 поступает в полость керамической насадки 3, где поджигается при помощи электрода 10 высоковольтным импульсом с формированием корневой части пламени факела в полости цилиндрической части керамической насадки 3. Контроль давления воздуха в воздухоподающем корпусе 1 осуществляется через ниппель 12. Воздухоподающая труба 8 через трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 обеспечивает подачу холодного воздуха на электрод 10 и свечу 13.