ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использовано 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 600 C и требуется прямоточный скоростной факел для организации равномерного температурного поля по сечению печи.
Известна газовая горелка (авт. св. СССР 1599620, МПК 5 F23D 14/70, 1990)., сжигающая газообразное топливо для отопления термических и нагревательных печей в черной и цветной металлургии, содержащая воздухоподающий корпус, установленную по оси корпуса и заглушенную с выходного торца газовую трубку с выпускными отверстиями на ее боковой поверхности, наклоненными к оси корпуса и размещенный соосно газовой трубке насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения, образованная сопряженными коническим и цилиндрическим участками. Насадок на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной своим большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры Между воздухоподающим корпусом и насадком имеется кольцевой зазор, причем соотношение наружного и внутреннего диаметров кольцевого зазора равно 1,08-1,12.
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.
7
Известно также наиболее близкое по технической сущности к заявляемому горелочное устройство (см.патент РФ №2216689, МПК F23D 14/62, опубл. 20.11.2003 г.), содержащее воздухоподающий корпус, установленную соосно корпусу и заглушенную с выходного торца газовую трубку с выпускными отверстиями и размещенный соосно газовой трубке насадок, в полости которого выполнена камера смешения, образованная сопряженными между собой двумя коническими и цилиндрическим участками, большие внутренние диаметры конических участков камеры смешения равны внутреннему диаметру воздухоподающего корпуса, между цилиндрическим участком камеры смешения и торцевой частью воздухоподающего корпуса выполнен кольцевой зазор, а в стенках конических участков камеры смешения выполнены отверстия, наклоненные относительно оси устройства.
a
Недостатком этого устройства является низкие стабилизационные характеристики горения поскольку неизбежные в условиях разновекторности потоков газа и воздуха пульсации давления в камере смешения дестабилизируют процесс диффузии газовоздушной смеси и значительно снижают коэффициент активации топлива K.
Новым техническим результатом предлагаемого горелочного устройства является повышение стабилизационных характеристик горения, вследствие чего повысится его надежность при эксплуатации, облегчится настройка газодинамических параметров, исключится возможность появления непрогнозируемых режимов при переходных процессах работы горелочного устройства.
Указанный технический результат достигаются тем, что в горелочном устройстве, содержащем воздухоподающий корпус, установленную соосно корпусу и заглушенную с выходного торца газовую трубку с выпускными отверстиями и размещенный соосно газовой трубке насадок, в полости которого выполнена камера смешения, образованная сопряженными между собой двумя коническими и цилиндрическим участками, большие внутренние диаметры конических участков камеры смешения равны внутреннему диаметру воздухоподающего корпуса, между цилиндрическим участком камеры смешения и торцевой частью воздухоподающего корпуса выполнен кольцевой зазор, а в стенках конических участков камеры смешения выполнены отверстия, наклоненные относительно оси устройства, согласно полезной модели между коническими участками насадка установлена жестко соединенная с ними втулка, наружная поверхность которой сопряжена с внутренней поверхностью воздухоподающего корпуса, на внутренней поверхности этой втулки размещено мембранное устройство, внутренняя полость которого связана посредством импульсной трубки через соответствующее отверстие во втулке с полостью воздухоподающего корпуса.
Благодаря установке между коническими участками насадка втулки с мембранным устройством, связанным с помощью импульсной трубки с полостью воздухоподающего корпуса значительно уменьшаются пульсации среды в зоне горения, исключаются застойные зоны при перемешивании природного газа и воздуха, повышается коэффициент активации топлива и, как следствие, повышаются стабилизационные характеристики горения. Коэффициент активации топлива в процессе смесеобразования и сгорания топлива (при максимальном значении равном K=1) учитывает эффективность протекания и развития кинетических реакций процесса смесеобразования газ-воздух и сгорания. Коэффициент турбулентной диффузии в сотни раз превышает коэффициент молекулярной диффузии. Стенки мембраны по линии обратной связи в функции от давления газовоздушной смеси и под его (импульс давления) знакопеременным воздействием меняют объемную форму мембраны, соответственно и геометрию внутренней полости камеры смешения, тем самым воздействуют на кинетику истечения газовоздушной смеси и тем самым стабилизируют параметры турбулентного потока газовоздушной смеси. Реагирующие молекулы кислорода (воздух) и метана получают в условиях турбулентного течения газовоздушной смеси необходимое возбуждение, вступают в контакт путем образования оптимальной горючей смеси.
На чертеже представлен общий вид предлагаемого горелочного устройства в разрезе.
Горелочное устройство, содержит воздухоподающий корпус 1, установленную соосно корпусу 1 и заглушенную с выходного торца газовую трубку 2 с выпускными отверстиями 3 и размещенный соосно газовой трубке 2 насадок, в полости которого выполнена камера смешения 4, образованная сопряженными между собой двумя коническими 5 и 6 и цилиндрическим 7 участками, большие внутренние диаметры конических участков 5-6 камеры смешения 4 равны внутреннему диаметру воздухоподающего корпуса 1, между цилиндрическим участком 7 камеры смешения 4 и торцевой частью воздухоподающего корпуса 1 выполнен кольцевой зазор 8, а в стенках конических участков 5-6 камеры смешения 4 выполнены отверстия 9, наклоненные относительно оси устройства, согласно полезной модели между коническими участками 5-6 насадка 5-7 установлена жестко соединенная с ними втулка 10, наружная поверхность которой сопряжена с внутренней поверхностью воздухоподающего корпуса 1, на внутренней поверхности этой втулки 10 размещено мембранное устройство 11, внутренняя полость которого связана посредством импульсной трубки 12 через соответствующее отверстие 13 во втулке 10 с полостью воздухоподающего корпуса 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Газ, поступающий по газовой трубке 2, через отверстия 3 попадает в полость камеры смешения 4, куда через отверстия 9 поступает воздух, подаваемый в воздухоподающий корпус 1. Далее в насадке 5-7, образованном сопряженными коническими участками 5-6 и цилиндрическим участком 7, образуется газовоздушная смесь, которая частично попадает в отверстия 9 и затем выходит из кольцевого зазора 8, образуя при этом кольцевое пилотное пламя. Наличие кольцевого зазора 8 гарантирует наличие кольцевого пилотного пламени, что стабилизирует горение основного потока газовоздушной смеси, выходящей из сопла горелки. Отсутствие зазора между воздухоподающим корпусом 1 и насадком 5-7 исключает охлаждение зоны горения, приводящее к химическому недожогу и ухудшению стабилизационных характеристик. Мембранное устройство 11, внутренняя полость которого связана посредством импульсной трубки 12 с полостью воздухоподающего корпуса 2 обеспечивает обратную связь по градиенту давления. Импульс давления вызывает переток воздуха в полость мембраны 11, который изменяет геометрические размеры стенки мембраны 11. В результате меняется конфигурация полости камеры смешения 4 и корректируются параметры активации топлива, вследствие чего обеспечивается стабильная работа горелочного устройства.