ГОРЕЛКА ФАКЕЛЬНАЯ
FLARE BURNER

Изобретение относится к горелочным устройствам, предназначенным для сжигания топлива в печах и других теплотехнических устройствах различного назначения.
Известна горелка факельная (патент РФ №2262637, F23D 14/02 от 20.10.2005 г. ), содержащая цилиндрический корпус с веерной заслонкой, коаксиальный ему кольцевой газовый коллектор со сменными соплами, каналы которых направлены под острым углом к оси горелки, трубопровод подачи газа, воздуховод, образованный центральным каналом кольцевого газового коллектора, и в нем управляемый завихритель, защитный экран перед кольцевым газовым коллектором.
Недостатком данного изобретения является отсутствие автоматизации процесса безопасного розжига и эксплуатации горелки. Наиболее близкой по технической сущности является горелка факельная (патент РФ №2406027, F23D 14/02 от 10.12.2010 г. ), содержащая цилиндрический корпус с запальным патрубком устройства для розжига и контроля факела пилотной горелки, коаксиальный корпусу защищенный экраном кольцевой газовый коллектор со сменными соплами, каналы которых направлены под острым углом к плоскости оси горелки, трубопровод подачи газа, запасной трубопровод с заглушкой, с веерной заслонкой воздуховод, образованный центральным отверстием газового коллектора, и управляемым завихрителем в нем.
Недостатком данного изобретения является отсутствие контроля параметров процесса эксплуатации горелки.
Задачей изобретения является создание устройства для безопасного сжигания топлива.
Технический результат достигается тем, что в горелке факельной, содержащей цилиндрический корпус с патрубком для устройства розжига и контроля факела пилотной горелки, установленный в полости корпуса коаксиально и защищенный экраном кольцевой газовый коллектор со сменными соплами, оси каналов трубок которых направлены под острым углом к плоскости оси горелки, трубопровод подачи газа, регулируемый воздуховод, образованный центральным отверстием газового коллектора и управляемым завихрителем в нем, согласно изобретению в цилиндрическом корпусе, в месте расположения запального патрубка, установлен дополнительный патрубок, соединенный с контролирующим соплом, корпус которого соединен трубкой, через игольчатый вентиль, с кольцевым газовым коллектором и трубопроводом подачи газа, а на выходе из торцевого отверстия корпуса контролирующего сопла, размещенного в дополнительном патрубке, установлен датчик контроля пламени, не реагирующий на факел пилотной горелки, причем на боковой поверхности корпуса контролирующего сопла выполнены инжекционные отверстия для воздуха и установлена поворотная заслонка.
Дополнительно, в полости корпуса контролирующего сопла выполнена камера смешения газа с воздухом, ограниченная с одной стороны стабилизатором пламени с форсунками, а с другой - с сопловыми отверстиями перегородкой, в центральном отверстии с изолятором которой коаксиально корпусу контролирующего сопла установлена трубка ионизационного датчика контроля пламени, один конец которой, не касаясь стабилизатора, находится на выходе из одного торцевого отверстия корпуса контролирующего сопла, а другой конец трубки через радиатор с боковыми отверстиями соединен с центральным электродом автосвечи, ввернутой коаксиально в другое торцевое отверстие корпуса контролирующего сопла.
Кроме того, корпус контролирующего сопла, сообщаемый с газовым коллектором горелки и трубопроводом подачи газа, может быть расположен вне корпуса горелки, но с общим с горелкой устройством или управлением розжига. Сменные сопла горелки, выполненные разного диаметра каналов, поочередно расположены по окружности газового коллектора с фиксаторами направления каналов сопел на заданный угол в проекции на плоскость, перпендикулярной оси горелки.
На рис. 1 - фронтальный вид горелки, на рис. 2 - вид горелки с относительным расположением патрубка розжига и дополнительного патрубка с контролирующим соплом, на рис. 3 - продольное сечение контролирующего сопла, на рис. 4 - продольное сечение сменного сопла.
В цилиндрическом корпусе горелки 1 с запальным патрубком 2 для размещения устройства электророзжига и контроля пламени факела пилотной горелки (не показано) коаксиально расположен кольцевой газовый коллектор 3, с направленными под острым углом к плоскости оси горелки сменными соплами 4, которые защищены тепловым экраном 5. К газовому коллектору 3 подведены трубопровод подачи газа 6 и запасной трубопровод 7 с муфтой 8. Воздух в цилиндрический корпус горелки 1 подается через веерную заслонку (не показана) с входного торцового отверстия 9 корпуса горелки 1 и управляемый завихритель 10, расположенный в центральном отверстии 11 кольцевого газового коллектора 3. Дополнительный патрубок 12 для закрепления контролирующего сопла 13 установлен в корпусе горелки 1 рядом с запальным патрубком 2.
Полость 14 через отверстие (на рис. 2 не видно) на боковой поверхности корпуса 15 контролирующего сопла 13 сообщена трубкой 16 с кольцевым газовым коллектором 3 через игольчатый вентиль 17, ввернутый в муфту 8 запасного трубопровода 7. На боковой поверхности корпуса 15 контролирующего сопла 13 выполнены инжекционные для воздуха отверстия 18 и установлена поворотная заслонка 19, а на выходе из торцевого отверстия 20 корпуса 15 контролирующего сопла 13, размещенного в дополнительном патрубке 12, установлен ионизационный датчик контроля пламени 21, не реагирующий на факел устройства розжига пилотной горелки.
Внутри корпуса 15 контролирующего сопла 13 выполнена камера смешения 22 газа с воздухом, ограниченная с одной стороны стабилизатором пламени 23 с форсунками 24, а с другой - перегородкой 25 с сопловыми отверстиями 26 и центральным отверстием 27, в котором соосно размещен изолятор 28, внутри которого коаксиально корпусу 15 контролирующего сопла 13 установлена трубка 29 ионизационного датчика контроля пламени 21, один конец 30 которой, не касаясь стабилизатора 23, находится на выходе из торцевого отверстия 20 корпуса 15, а другой конец 31 трубки 29, через радиатор 32 с боковыми отверстиями 33, соединен с центральным электродом 34 автосвечи 35, ввернутой коаксиально в другой конец корпуса 15 контролирующего сопла 13. Сменные сопла 4 газового коллектора 3 выполнены с разными диаметрами канала трубок 36 и поочередно расположены по окружности газового коллектора 3 с фиксаторами 37 в пазах 38 сменных сопел 4.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В запальный патрубок 2, на цилиндрическом корпусе горелки 1, вставляют пилотную горелку (не показано), оборудованную электророзжигом и контролем ее пламени факела. После розжига, убедившись в наличии факела пилотной горелки, подают газ в корпус горелки 1 по газовому трубопроводу 6. Газ поступает в газовый коллектор 3 к сменным соплам 4. Одновременно газ поступает по запасному трубопроводу 7 в игольчатый вентиль 17, ввернутый в муфту 8. От игольчатого вентиля 17 газ по трубке 16 поступает в полость 14 через отверстие (на рис. 2 не видно) в корпусе 15 контролирующего сопла 13, где основная часть газа, охлаждая радиатор 32, через сопловые отверстия 25 перегородки 26 поступает в полость камеры смешения 22 с воздухом, инжектируемым из инжекционных отверстий 18 в корпусе 15 контролирующего сопла 13. Далее, созданная газовоздушная смесь через форсунки 24 в стабилизаторе 23 поступает в дополнительный патрубок 12 через выходное торцевое отверстие 20 корпуса 15 сенсорного сопла 13, где поджигается одновременно с газовоздушной смесью, находящейся в корпусе горелки 1, от факела пилотной горелки. Малая часть газа из полости 14 корпуса 15 контролирующего сопла 13 поступает через боковые отверстия 33 в радиаторе 32, расположенном на конце 31 трубки 29 датчика контроля пламени 21, вдоль которой, охлаждая трубку 29, газ поступает в другой ее конец 30 к выходному торцевому отверстию 20, поддерживая горение из контролирующего сопла 13. Регулируя игольчатым вентилем 17 расход газа и поворотной заслонкой 19 расход воздуха, а также фиксированием относительного положения корпуса 15 контролирующего сопла 13 по длине дополнительного патрубка 12 добиваются устойчивого розжига пламени контролирующего сопла 13 от пламени факела пилотной горелки и последующего наличия пламени в зоне расположения трубки 29 ионизационного датчика контроля пламени 21, т.е. от стабилизатора 23 и выходного торцевого отверстия 20 из корпуса 15 внутри дополнительного патрубка 12. Сигнал о наличии пламени контролирующего сопла 13 и сменных сопел 4 передается по трубке 29 ионизационного датчика контроля пламени 21, телу радиатора 32 и центральному электроду 34 автосвечи 35 на другом конце корпуса 15 посредством электропровода в пульт управления (не показаны).
При расположении контролирующего сопла 13 удаленным от корпуса горелки 1 автосвеча 35 может быть источником искрообразования при подаче газа в газовый коллектор 3 корпуса горелки 1 с последующим, через пульт управления, переводом работы автосвечи 35 в режим контроля пламени.
Таким образом, уменьшая игольчатым вентилем 17 подачу газа в контролирующее сопло 13 и создавая заслонкой 19 обедненную газовоздушную смесь в зоне расположения трубки 29 ионизационного датчика контроля пламени 21, т.е. от стабилизатора 23 до места ввода патрубка 12 в корпус горелки 1, создается искусственный проскок пламени, на который реагирует датчик контроля пламени 21. Пламя проскока поддерживается горением газа из конца 30 трубки 29, поступающего в нее через боковые отверстия 33 с одновременным ее охлаждением. Трубка 29 выполнена из жаростойкой стали с рабочей температурой 1300 °С, тем не менее, для ее долговременной службы, охлаждение трубки 29 происходит также при обдуве проходящим газом изнутри и снаружи жестко соединенного с ней радиатора 32.
Контролируя ионизационным датчиком контроля пламени 21 наличие пламени контролирующего сопла 13, контролируется подача газа в кольцевой газовый коллектор 3, т.е. если есть горение в контролирующем сопле 13, то есть горение в корпусе горелки 1. Кроме того, погасание пламени факела горелки 1 исключается за счет постоянно работающей пилотной горелки.
Наличие постоянно работающей пилотной горелки позволяет отделить контролирующее сопло 13 от основной горелки 1 при условии обязательного сообщения газовым трубопроводом 6 или с кольцевым газовым коллектором 3 и с общим с горелкой устройством или управлением одновременного розжига.
Выбор угла установки трубок 36 сменных сопел 4 определяет направление вектора атаки струи газа к поперечному закрученному воздушному потоку, т.е. вдоль, поперек или навстречу потоку. От этого зависит интенсивность смесеобразования, и, как следствие, полнота сгорания газа и длина факела. Кроме того, чем больше диаметр канала трубки сменного сопла, тем больше проникающая в воздушный поток глубина газовой струи. Оптимальный подбор диаметров каналов и углов установки трубок сменных сопел зависит от давления и плотности газа. Наиболее оптимальным будет чередование расстановки сменных сопел с большим и маленьким диаметрами канала трубок 36 сменных сопел 4, причем сменные сопла 4 с большими каналами должны быть направлены под большим углом к воздушным струям для более равномерного проникновения газа по сечению воздушного потока. Это можно сделать посадкой сменного сопла 4 с пазами 38 на фиксатор 37, стационарно установленный в теле газового коллектора 3.
Изобретение позволяет повысить надежность контроля параметров эксплуатации горелки, не только путем контроля наличия пламени в факельной горелке, но и путем снижения вероятности его срыва, за счет постоянно поджигающего пламени сопла и пилотной горелки, более однородной газовоздушной смеси на выходе факельной горелки. Причем влияние процесса горения основной факельной горелки на процесс горения в контролирующем сопле снижено регулировкой подачи газа и независимо инжектируемого воздуха в контролирующее сопло, а газовоздушная смесь, за счет интенсивности смесеобразования, становится более однородной и быстро воспламеняющейся.