ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА

Горелка для сжигания газа
Полезная модель ятносится к газовым горелкам с регулируемыми параметрами высокоскоростного факела,обеспечивающего направленный теплообмен. Устройство может быть использовано в высокотемпературных обжиговых, плавильных и нагревательных печах.
Регулирование параметров факела обычно достигается изменением расхода газа и окислителя и/или изменением условий их смешения в факеле. Направленный теплообмен,как правило, организуется путем подвода к корню факела высокоскоростного потока дополнительного окислителя, преимущественно кислорода. В результате на боковой поверхности факела в зоне подвода дополнительного окислителя возникает область более интенсивного сгорания газа с повышенной температурой и излучательной способностью. Этим обеспечивается более интенсивная теплоотдача к материалу, расположенному напротив этой зоны.
Известна горелка для сжигания газа, содержащая корпус с цилиндрическим воздушным соплом, коаксиально расположенную в нем втулку цилиндрической формы, образующую с воздушным соплом кольцевой зазор. На внешней поверхности втулки расположены лопатки завихритбля. В цилиндрической втулке коаксиально расположено газовое сопло с распределительным конусом, образующим со втулкой кольцевой зазор. Регулирование параметров факела осуществляется перемещением газового сопла вдоль продольной оси с помощью винтового механизма. В результате чего изменяется сечение кольцевого зазора между втулкой и распределительным конусом. Таким образом, изменяется соотношение расходов окислителя, подаваемого к корню
газовой струи спутным потоком и загруженным потоком окислителя, поступающего на периферию факела через внешний кольцевой зазор. Этим достигается изменение условий смесеобразования и, соответственно, его длина, угол раскрытия струи, температура и т.д.. Изменение расходов газа и окислителя осуществляется их дросселированием в подводящих трубопроводах IIJ .
Недостатками известного устройства являются: снижение располагаемого давления газа и окислителя перед горелкой при их дросселировании в подводящих трубопроводах и соответствующее снижение скоростных и теплообменных характеристик факела;
необходимость применения дополнительных устройств для подачи дополнительного окислителя с целью организации направленного теплообмена.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является горелка с регулированием расхода топливной смеси за счет изменения проходного сечения кольцевого канала между выхлопной трубой и конусом топливного сопла, обеспечивающая полное преобразование располагаемого давления в скоростной напор факела Јs.
Для организации направленного теплообмена в корпусе устройства располагается специальный канал для подачи дополнительного окислителя к корню факела.
Недостатком указанного устройства является необходимость дросселирования потока дополнительного распылителя в подводящем трубопроводе и, следовательно, неполное использование располагаемого давления.
Результатом рещения этой задачи является создание горелки для сжигания газа, обеспечивающей полное использование располагаемого давления окислителя и обеспечение направленного теплообмена при широком диапазоне регулирования расходов с сохранением высоких параметров факела.
Поставленная задача решается тем, что горелку для сжигания газа предлагается оснастить цилиндрической камерой предварительного смешения, в которую через сопло постоянного сечения, расположенное на ее оси, подается горючий газ, окислитель подается в камеру предварительного смешения вдоль внутренней ее поверхности, причем интенсивность подачи окислителя распределяется по поперечному сечению камеры неравномерно (сектор наибольшей интенсивности подачи окислителя обращен в сторону требуемого максимума теплоотдачи от факела), регулирование расхода окислителя осуществляется за счет изменения площади поперечного сечения канала для подачи его в камеру смешения, регулирование степени предварительного смешения горючего газа с окислителем осуществляется изменением длины рабочего участка камеры смешения.
На рис. изображен вариант исполнения устройства.
Устройство состоит из корпуса I с конфузором 2 и цилиндрической обечайки 3, в которой расположена распределительная головка 4, образующая с обечайкой камеру предварительного смешения 5 и имеющая возможность продольного перемещения в пределах длины обечайки, что позволяет изменять длину рабочего участка и рабочий объем камеры смешения.
По оси распределительной головки выполнено сопло б, геометрические параметры которого обеспечивают истечение газа со сверхкритической скоростью без перерасширения при минимальной расчетной тепловой нагрузке устройства.
На боковой поверхности распределительной головки выполнены продольные шлицевые пазы 7, расширяющиеся в направлении движения газа и имеющие в поперечном  сечении форму сегмента круга. Шлицевые пазы с внутренней поверхностью камеры предварительного смешения образуют расширяющиеся каналы для прохода окислителя. По боковой поверхности пазы распределены из расчета подачи до 70% окислителя вдоль поверхности камеры предварительного смешения, обращенной в сторону требуемой максимальной теплоотдачи от факела. На противоположной стороне боковой поверхности распределительной головки (см. сеч. А-А), в секторе, диаметрально противоположном сектору максимальной подачи окислителя, паз отсутствует и головка плотно прилегает к внутренней поверхности обечайки.
Геометрические параметры канала подачи окислителя выполнены из расчета обеспечения сверхкритического истечения окислителя в камеру смешения без перерасширения при минимальной расчетной тепловой нагрузке горелки.
Распределительная головка закреплена на газоподводящей трубе 8, проходящей через крышку 9 корпуса горелки. В месте прохода газопроводящей трубы через крышку горелки имеется сальниковое уплотнение 10. Продольное перемещение распределительной головки осуществляется с помощью стандартного мембранного исполнительного механизма II, позволяющего автоматизировать процесс регулирования и поддержания заданных параметров.
Окислитель в гврелку подается по патрубку 12 и даяее по внутренней полости корпуса поступает к распределительной головке.
Для защиты устройства от теплового воздействия факела, оно монтируется в водоохлаждаемом кессоне 13 таким образом, что между обечайкой корпуса и кессоном, в выходном сечении, образуется
кольцевой зазор 14 для подачи сжатого воздуха, обеспечивающего защиту камеры предварительного смешения от заноса плавильной пылью при перерывах в работе.
Устройство работает следующим образом:
Горючий газ по г аз опод водящей трубе 8 поступает к распределительной головке 4 и через сопло 6 со сверхкритичеекой скоростью истекает в камеру предварительного смешения 5.
Окислитель, преимущественно кислород, через патрубок 12 и далее по внутренней полости корпуса устройства I поступает к распределительной головке 4 и через шлицевые пазы 7 со сверхкритической скоростью истекает в камеру предварительного смешения 5.
В объеме камеры происходит предварительное смешение горючего газа с окислителем. Подготовленная таким образом горючая смесь с высокой скоростью истекает в рабочее пространство печи, где и сгорает в высокотемпературном факеле.
Регулирование параметров факела осуществляется перемещением распределительной головки 4 вдоль оси камеры предварительного смешения 5, что обуславливает изменение площади критического сечения канала подачи окислителя. При этом критическая скорость истечения окислителя, определяемая его физическими свойствами и температурой, остается неизменной, а его расход изменяется. Таким образом изменение тепловой нагрузки устройства практически не оказывает влияния на скоростные характеристики факела, формирование которого происходит в основном за счет окислителя, чей массовый расход не менее чем в 3 раза превышает массовый расход газа.
Направленный теплообмен от факела обеспечивается тем, что в соответствии с расположением проходных сечений каналов подачи окислителя, основная его масса подается в сектор поперечного се
чения камеры, обращенной в сторону нагреваемого материала. В этом секторе происходит наиболее интенсивное смешение горючего газа с окислителем и, соответственно в этом секторе струи, на выходе из горелки, происходит наиболее интенсивное сгорание газа, развиваются наиболее высокие температуры и увеличивается излучательная способность факела. Интенсивность теплопередачи от факела в этом секторе выше, в то время как противоположный сектор экранируется от теплового излучения струей невоспламенившейся горючей смеси.
ЛИТЕРАТУРА:
Х.Синицын Е.А. Митрохин Ю.С. и др. (Союзпромгаз), журнал Тазовая промышленность, 1990г. стр.19-22 с ил.,Газогорелочное устройство для обжига керамического кирпича, рис.а, горелка ГСТ.
2. Корнфельд В.Н., Войтов А.О., Штейнерг Л.С. Тепловая работа мартеновской печи с применением кислорода, Москва, Металлургия, 1964г., стр.102-103.