ПРЯМОТОЧНО-ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к горелочным устройствам, и может быть использована для сжигания газо-воздушного топлива в промышленных печах и других топочных установках. Широко известны газо-воздушные горелки (прямоточные, вихревые или комбинированные), состоящие из кожуха, корпуса, содержащего внутри воздухоподводящие и газоподводящие каналы, смонтированные по-разному, снабженные завихрителями различных типов и форсунками; имеющие другие рабочие приспособления.
[см., например, а.с. СССР №579499, МПК F 23 D 17/00, опубл. 1974; п. РФ №2012839, МПК F 23 D 17/00, опубл. 1994, п. РФ №2027101, МПК F 23 D 14/00, опубл. 1995, каталоги и проспекты фирмы США «Todd Combustion», фирмы Германии «Weishaupt», фирмы РФ «Экотоп» и др.]
Описанные горелки, изготовленные в основном из высоколегированных сталей, имеют высокий вес и металлоемкость (в зависимости от мощности энергетической установки), низкую эффективность и экологическую безопасность сжигания топлива.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является вихревая горелка, состоящая из корпуса с перфорированной боковой стенкой и завихрителем, и кожуха, размещенного по периферии корпуса и образующего с ним кольцевой коллектор; внутри корпуса установлены соосно ему и друг другу центральные воздуховод с патрубком. Причем, кольцевой коллектор открыт с обеих сторон, а завихритель установлен на входе в корпус.
[см. а.с. СССР №926433, заявл. 20.10.1980, опубл. 07.01.1982, МПК F 23 D 15/04].
Горелка-прототип имеет традиционные для подобных устройств недостатки, а именно:
- низкую эффективность из-за высоких аэродинамических сопротивлений и одностадийного горения топлива, снижающего формирование восстановительной атмосферы в корне и центре факела и не позволяющего уменьшать избытки воздуха;
- низкую экологическую безопасность из-за ограниченной возможности подавления образования и выбросов оксидов азота и других вредных веществ;
- высокий вес, металлоемкость и стоимость.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности, надежности и экологической безопасности сжигания газообразного топлива.
Поставленная задача решается тем, что в известной прямоточно-вихревой горелке, состоящей из корпуса с перфорированной боковой стенкой и завихрителем, и кожуха, размещенного по периферии корпуса и образующего с ним кольцевой коллектор; внутри корпуса установлены соосно ему и друг другу центральные воздуховод и газовод, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ (по варианту 1), центральные воздуховод и газовод охвачены периферийным газоводом; на выходе центрального воздуховода смонтирован перфорированный стакан, а завихритель установлен на выходе периферийного газовода; кольцевой коллектор заглушен со стороны выхода воздуха.
В прямоточно-вихревой горелке, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ (по варианту 1), кольцевой коллектор в зоне перфорированной стенки корпуса поделен поперечными перегородками на секции, каждая из которых присоединена к источнику воздуха и как минимум одна из них - к источнику газообразного топлива или продуктов сгорания, или инертного газа.
В прямоточно-вихревой горелке, состоящей из корпуса с перфорированной боковой стенкой и завихрителем, и кожуха, размещенного по периферии корпуса и образующего с ним кольцевой коллектор; внутри корпуса установлены соосно ему и друг другу центральные воздуховод и газовод, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ (по варианту 2), центральные воздуховод и газовод охвачены периферийным газоводом; завихритель установлен на выходе периферийного газовода; кольцевой коллектор заглушен со стороны выхода воздуха; в зоне после завихрителя боковые поверхности центрального воздуховода и периферийного газовода имеют сквозные радиальные отверстия; торец центрального воздуховода заглушен, а в торце периферийного газовода, расположенного на уровне радиальных отверстий центрального воздуховода, выполнены аксиальные отверстия.
Конструкция заявляемой прямоточно-вихревой горелки обеспечивает повышение эффективности, надежности, и экологической безопасности сжигания газо-воздушного топлива за счет создания условий стабилизации горения, управления его режимами для снижения образования термических оксидов и понижения температуры факела, интенсификации смешения газов с воздухом и т.д.
Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемая полезная модель не известна из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о ее соответствии критерию «новизна».
Возможность изготовления предлагаемой прямоточно-вихревой горелки на отечественных предприятиях приборостроения из дешевых конструкционных сталей с помощью известных способов и приемов свидетельствует о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».
Заявляемая прямоточно-вихревая горелка схематично представлена на фигурах:
фиг.1 - прямоточно-вихревая горелка по варианту 1 (1-ый пункт формулы);
фиг.2 - прямоточно-вихревая горелка по варианту 1 (2-ой пункт формулы);
фиг.3 - зона после завихрителя прямоточно-вихревой горелки по варианту 2 (3-ий пункт формулы).
Обозначения на фигурах.
1 - корпус
2 - перфорированная боковая стенка корпуса
3 - завихритель
4 - кожух
5 - кольцевой коллектор
6 - центральный воздуховод
7 - центральный газовод
8 - периферийный газовод
9 - перфорированный стакон
10 - секции
11 - отверстия для радиальной подачи газа
12 - отверстия для аксиальной подачи газа
13 - отверстия для радиальной подачи воздуха
Заявляемая прямоточно-вихревая горелка состоит из корпуса 1 с перфорированной боковой стенкой 2 и завихрителем 3; кожуха 4, размещенного по периферии корпуса 1 и образующего с ним кольцевой коллектор 5. Внутри корпуса 1 установлены соосно ему и друг другу центральные воздуховод 6 и газовод 7, которые охватывает периферийный газовод 8. На выходе центрального воздуховода 6 смонтирован перфорированный стакан 9, а завихритель 3 установлен на выходе периферийного газовода 8. Кольцевой коллектор 5 заглушен со стороны выхода воздуха (см. 1-ый пункт формулы и фиг.1).
Кольцевой коллектор 5 в зоне перфорированной стенки 2 корпуса 1 поделен поперечными перегородками на секции 10, каждая из которых присоединена к источнику воздуха и как минимум одна из них - к источнику газообразного топлива или продуктов сгорания, или инертного газа (см. 2-ой пункт формулы и фиг.2).
Прямоточно-вихревая горелка состоит из корпуса 1 с перфорированной боковой стенкой 2 и завихрителем 3; кожуха 4, размещенного по периферии корпуса 1 и образующего с ним кольцевой коллектор 5. Внутри корпуса 1 установлены соосно ему и друг другу центральные воздуховод 6 и газовод 7, которые охватывает периферийный газовод 8. Завихритель 3 установлен на выходе периферийного газовода 8; кольцевой коллектор 5 заглушен со стороны выхода воздуха; в зоне после завихрителя 3 боковые поверхности центрального воздуховода 6 и периферийного газовода 8 имеют сквозные радиальные отверстия 11 и 13; торец центрального воздуховода 6 заглушен, а в торце периферийного газовода 8, расположенного на уровне радиальных отверстий 13 центрального воздуховода 6, выполнены аксиальные отверстия 13 (см. 3-ий пункт формулы и фиг.3).
Заявляемая прямоточно-вихревая горелка работает следующим образом.
Основная часть воздуха (30-50% всего объема) поступает через патрубок в корпус 1 к завихрителю 3, где закручивается и смешивается со второй частью воздуха (35-25% всего объема), поступающего по кольцевому коллектору 5 через перфорированную боковую стенку 2 корпуса 1. Третья часть воздуха (35-25% всего объема) через центральный воздуховод 6 подается в перфорированный стакан 9, где предварительно смешивается с частью газообразного топлива (природный газ, и/или генераторный газ, и/или коксовый газ, и/или инертные газы: продукты сгорания газообразного топлива, двуокись углерода, азот, водяной пар), поступающего через центральный газовод 7. Основная часть газообразного топлива подводится по периферийному газоводу в зону горения, где воспламеняется с помощью приосевого обратного тока, создаваемого закруткой воздуха в завихрителе 3 и поддерживается системой радиальных струй, вдуваемых через перфорированную боковую стенку 2 корпуса 1 и перфорированный стакан 9. Управление работой горелки осуществляется изменением интенсивности крутки формируемого факела и интенсивности процессов смешения компонентов газовоздушного топлива. При этом созданная струйная система стабилизации горения и представляющая собой подготовленную смесь части воздуха с газообразным топливом, обеспечивает воспламенение при пониженных местных избытках воздуха, затянутое выгорание этой смеси, понижение температуры горения, удлинение времени пребывания части продуктов первичного сгорания в зоне восстановительной газовой атмосферы, снижение образования термических оксидов путем их восстановления (см. 1-ый пункт формулы, 1-ый вариант, фиг.1).
В прямоточно-вихревой горелке воздух и другие компоненты газо-воздушного топлива подаются в кольцевой коллектор 5 через секции 10, что позволяет управлять
интенсивностью периферийного вдува, организовать схемы стадийного сжигания, снизить температуру факела и, следовательно, повысить эффективность работы горелки (см. 2-ой пункт формулы, 1-ый вариант, фиг.2).
В прямоточно-вихревой горелке часть газообразного топлива вводится в воздушный поток через аксиальные сквозные отверстия 12 периферийного газовода 8, расположенные после завихрителя 3, что реализует позонный ввод топлива в воздушный поток, организуя зоны горения с разными избытками воздуха для подавления образования оксидов азота, а также усиливает стабилизацию горения, интенсифицируя предварительное смешение газа с воздухом (см. 3-ий пункт формулы, 2-ой вариант, фиг.3).
Характеристики известных газовых горелок и заявляемой прямоточно-вихревой горелки приведены в таблице.
Как видно из описания конструкции заявляемой прямоточно-вихревой горелки, ее работы и данных таблицы, использование полезной модели по сравнению с известной горелкой, взятой за прототип [см. а.с. СССР №926433, заявл. 20.10.1980, опубл. 07.01.1982, МПК F 23 D 15/04], обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:
- повышение эффективности и надежности;
- увеличение экологической безопасности сжигания топлива;
- снижение металлоемкости и веса;
- уменьшение стоимости.
ТаблицаХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОВЫХ ГОРЕЛОК
№ п/п
Наименование показателей
Известные, промышленно-освоенные аналоги
Прототип а.с. СССР №926433
Заявляемая горелка
1
Эффективность:
- избыток воздуха
1,15÷1,25; 1,07÷1,1
1,02÷1,04
1,02÷1,03
- полнота сгорания топлива, мг/куб. м
10÷20; 50÷100
50÷100
10÷15
2
Экологическая безопасность:
снижение содержания, мг/куб. м
- СО
100÷200; 10÷20; 50÷100
10÷20
10÷15
- NOx
100÷120; 200÷220; 300÷500
100÷115
70÷80
3
Вес, кг
От 3÷5 до 100÷200
От 3÷5 до 100÷200
Снижение на 15÷20%