Котел с инжекторными газовыми горелками
BOILER WITH INJECTOR GAS BURNERS

Изобретение относится к теплоэнергетике и, в частности, к автономным теплогенераторам, использующим газообразное топливо, сжигаемое в горелках атмосферного типа.
Известен котел, содержащий корпус с топкой, в котором расположены инжекторные газовые горелки, оребренные трубы с теплоносителем и коллектор для подачи газа в инжекторные горелки, а также смеситель, выполненный в виде трубки Вентури и диффузор с выходным отверстием /см. патент РФ №2293917, МПК F23D 14/00, F24H 1/22/.
Недостатком указанного котла и горелок является то, что горелки расположены на дне котла и снизу прогревают оребренные трубы, поэтому, для обеспечения работы горелки требуется повышенная энергия газовой струи, т.е. повышенное давление газа и подсос необходимого количества воздуха для образования газовоздушной смеси, что делает невозможным работу горелки при низком давлении. Эта проблема в выше указанном изобретении решается использованием инжекторной горелки, боковые поверхности диффузора которой выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора выходного отверстия в виде одной щели или не менее двух взаимно перпендикулярных щелей. Однако такая конструкция горелки является недолговечной, так как при сгорании газа стенки щелевого отверстия диффузора, выполненные минимальной толщины и без наплывов, нагреваются, оплавляются и обгорают, изменяя форму, что снижает стабильность и надежность горения. Кроме того, ввиду подогрева только снизу, в оребренных трубах котла происходит недостаточное смешивание теплоносителя.
Техническая проблема, решаемая данным изобретением, состоит в создании конструкции котла, имеющего высокую эффективность за счет исключения вышеперечисленных недостатков.
Сущность изобретения заключается в том, что в котле с инжекторными газовыми горелками, включающем корпус, в нижней части которого установлены вертикально инжекторные горелки, над которыми в верхней части расположены трубы с теплоносителем, коллектор для подачи газа в инжекторные горелки, каждая труба с теплоносителем выполнена гладкой и в ней установлены последовательно локальные турбулизаторы, каждый из которых имеет длину 1,0-1,1 м, выполнен из упругой проволоки в оболочке, на которой чередуются гладкие и навитые в виде сферы участки, причем один конец проволоки закреплен внутри трубы, а второй свободно движется с потоком теплоносителя, при этом каждая инжекторная горелка включает форсунку, смеситель, диффузор и керамическую крышку с выходными отверстиями размером не менее 2 мм для газовоздушной смеси, при этом инжекторные горелки расположены в шахматном порядке и соприкасаются друг с другом керамическими крышками в смежных рядах.
Изобретение представлено на фиг. 1 - общий вид котла, фиг. 2 - схема горелки с крышкой.
Котел состоит из корпуса 1, пучка гладких труб с теплоносителем внутри 2 в верхней части котла, локальных сферических винтовых турбулизаторов 3, устанавливаемых в гладких трубах внутри, инжекторных газовых горелок 4, коллектора для подвода газа 5. Инжекторная горелка 4 состоит из смесителя 7, диффузора 8, керамической крышки 9, форсунки 10. На фигуре 1 показан первичный воздух 11, горящий факел 12, вторичный воздух 13 и теплозащитный экран 14.
В нижней части котла в шахматном порядке вертикально расположены инжекторные горелки 4 с керамическими крышками 9, и коллектор 5 для подачи газа в горелки.
Котел работает следующим образом. Топливо, например природный газ, подается к горелкам 4 по коллектору 5 и вводится в горелку через форсунку 10, эжектируя первичный воздух 11 из окружающей среды. В процессе движения по горелкам 4, природный газ смешивается с первичным воздухом в смесителе 7, ускоряется в диффузоре 8, затем подготовленная смесь с коэффициентом избытка воздуха, равным 0,6, вытекает из выходных отверстий керамической крышки 9 и поджигается, например искрой. К горящим факелам 12 подмешивается вторичный воздух 13, и далее, в диффузионной части пламени, топливо догорает.
Конструкция диффузора способствует увеличению скорости газовоздушной смеси при выходе из отверстий крышки, размером не менее 2 мм для исключения засора, что дает возможность использовать газ низкого давления. Устойчивый к высоким температурам материал керамической крышки не изменяет ее форму в процессе эксплуатации, что стабилизирует процесс горения. Так как высота диффузионного участка пламени невелика, вследствие почти полного сгорания хорошо подготовленной смеси в смесителе горелки, дальнейшее ускорение смеси, при прохождении через эжектор и выход на сгорание через крышку горелки, не приводит к увеличению размеров котла. Этому так же способствуют хорошие условия подвода вторичного воздуха к корню факела через боковые окна котла и шахматная расстановка горелок в смежных рядах, которая позволяет практически одну за другой поджечь все горелки, т.к. они соприкасаются, и обеспечить интенсивную циркуляцию вторичного воздуха через промежутки между горелками.
Локальные турбулизаторы 3 располагаются в части трубы 2, проходящей внутри котла, и представляют собой упругую проволоку в оболочке, на которой чередуются гладкие и навитые в виде сферы участки.
Длина турбулизатора составляет 1,0-1,1 м. Один конец проволоки закреплен внутри трубы, второй свободно движется с потоком теплоносителя, интенсивно его перемешивая и турбулизируя сферическими участками, в результате чего достигается повышение теплообмена. В трубе большой протяженности может быть установлено несколько турбулизаторов последовательно.
Таким образом, технический результат использования изобретения состоит в обеспечении стабильности процесса горения, снижении вредных выбросов от неполного сгорания газа и в увеличении его теплотворной способности, за счет повышения скорости выхода газовоздушной смеси при сгорании газа низкого давления, и долговечности горелки. Интенсивное смешивание и перемещение потока теплоносителя за счет установки локальных турбулизаторов обеспечивает повышение теплообмена в 2 раза по сравнению с трубами без турбулизаторов /Бабаходжаев Р.Н. Методы повышения энергоэффективности теплоэнергетических установок на основе интенсификации гидродинамических процессов: Автореф. Дис. (DSc). Ташкент, 2018. - 46 с./.