ГОРЕЛКА
BURNER

Устройство относится к газовым горелкам и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей.
Близким к предлагаемому изобретению аналогом является газовая инжекционная горелка, описанная в патенте РФ №2243447.
Это изобретение так же, как и предлагаемое, может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей. В аналоге (см. фиг.1, 2, 3) так же, как и в предлагаемом изобретении, газ под давлением проходит через сопла 3, инжектируя из атмосферы воздух, необходимый для горения, далее газ и воздух поступают в камеру 6 предварительного смешения, где происходит смешение газа и засасываемого воздуха. Таким образом, аналог, как и предлагаемая горелка, содержит трубу для подачи газа, сопла, камеру предварительного смешения. Анализ конструкции горелки, описанной в патенте РФ №2243447, позволяет сделать вывод, что при горении газовоздушной смеси не получается короткого факела, который имеет предлагаемая горелка. Предполагают, что горелка, описанная в патенте РФ №2243447, не имеет большого срока службы из-за наличия трех лопаточных завихрителей, работающих при высоких температурах. К числу недостатков следует отнести то, что горелка достаточно сложная, а, как правило, сложные конструкции часто ломаются и имеют сравнительно небольшой срок службы. Кроме того, имеются трудности в наладке и регулировке (размеры и количество дополнительных каналов 12 и 13 подачи воздуха, их расположение относительно друг друга, геометрия завихрителей 14, 15 и 16 окончательно определяются для каждого типоразмера горелочного устройства индивидуально в ходе натурных огневых испытаний).
Перечисленные выше причины препятствуют получению технического результата, который обеспечивается изобретением.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом (прототипом) является газовая инжекционная горелка, содержащая стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, десять цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям (см. Винтовкин А.А. и др. «Горелочные устройства промышленных печей и топок». Справочник. Интермет инжиниринг, М., 1999, с.305-307, р.7.44)».
Горелка среднего давления полного предварительного смешения предназначена для работы на природном газе по ГОСТ 5542-87. Она устанавливается в камерах горения котлов и других теплоиспользующих агрегатах, работающих под разрежением. В небольших котлах и небольших плавильных печах использование таких горелок вызывают трудности, связанные с тем, что горелка обеспечивает полное сгорание газа на длине факела около 1 метра (справка приведена на странице 307 А.А.Винтовкин, М.Г.Ладыгичев, В.Л.Гусовский, Т.В.Калинова. Горелочные устройства промышленных печей и топок. Справочник. «Интермет Инжиниринг». - М., 1999. - 560 с.). Это много при малых ваннах, допустим, газовых ванных плавильных печей отражательного типа.
Смесители горелки изготавливаются из углеродистой стали, поэтому горелки имеют небольшой срок службы (из опыта эксплуатации в ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», г.Пенза и ООО «УЗТС-Станколит», г.Ульяновск). Кроме того, при набивке огнеупорной массы в пространство между смесителями происходит ее осыпание, так как положение горелки при набивке и омуровке горизонтальное или немного наклонное. Расстояние между стенками смесителей составляет всего 20 мм, что сильно затрудняет процесс набивки огнеупорной массы в пространство между смесителями. Далее, в горелке отсутствует устройство для регулирования расхода воздуха. Наконец, отсутствует устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси. По приведенным выше причинам, а также указанным ниже недостаткам получение технического результата, который обеспечивается изобретением, невозможно.
Недостатками горелки, взятой за прототип, являются:
- малый срок службы горелок из-за выгорания огнеупорной набивки, ее обсыпки и, как следствие, оплавление концов смесителей горелки;
- малая толщина смесителей горелки (3 мм), что приводит к их быстрому оплавлению;
- трудности в процессе набивки огнеупорной набивной массой пространства между смесителями горелок из-за малого расстояния между смесителями, а также трудности при омуровке горелок в печи, так как необходимо выкладывать горелочный туннель.
Задачей предлагаемого изобретения является получение короткого факела при горении газовоздушной смеси, улучшение процесса перемешивания газовоздушной смеси, увеличение срока службы горелки, улучшение процесса набивки и омуровки горелки в тепловом или плавильном агрегате, возможность регулирования расхода воздуха.
Технический результат - получение короткого факела при горении газовоздушной смеси, улучшение процесса перемешивания газовоздушной смеси, увеличение срока службы горелки, улучшение процесса набивки и омуровки горелки в тепловом или плавильном агрегате, возможность регулирования расхода воздуха.
Это достигается тем, что в устройство горелки, содержащей стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, десять цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям, согласно предлагаемому изобретению включено десять смесителей, которые являются отливками и представляют собой в верхней части трубу диаметром 64×12 мм и длиной 340 мм, которые получаются методом литья по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна ЧХ 28.
Жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей горелки, позволяет увеличить срок службы горелки.
Кроме того, горелка содержит устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси состоящее из рассекателя, выполненного в виде конуса, диска, втулки и перфорированной полусферы, которые размешаются в расточке каждого смесителя. Рассекатель имеет периферийные отверстия под углом 30° к оси смесителя для прохождения по ним газовоздушной смеси из камеры предварительного смешения. Диск имеет в центре отверстие. Перфорированная полусфера имеет ободок для фиксации, отверстия ⌀ 2 мм, просверленные в разные стороны (в шахматном порядке), и приварена к торцу смесителя. Перфорированная полусфера позволяет получить короткий факел при горении. Детали устройства для окончательного перемешивания газовоздушной смеси: рассекатель, диск, втулка, перфорированная полусфера изготавливаются из жаростойкого чугуна ЧХ 28, который увеличивает срок службы горелки.
При этом в горелку введено устройство для регулирования расхода воздуха, состоящее из двух стальных ребер, приваренных к газораспределительной камере, регулятора, который имеет по краям «отбортовки» и перемещается по стальным ребрам, регулируя расход воздуха, инжектируемого в горелку, четырех гаек и четырех болтов для фиксации регулятора относительно отверстий смесителя. В регуляторе просверлено десять отверстий диаметром 44 мм, которые соосны с отверстиями смесителей, а также по углам регулятора имеются четыре отверстия диаметром 12 мм, по центру которых приварены четыре гайки М10. На стальных ребрах нанесены деления для удобства проведения регулировки инжектируемого в горелку воздуха.
Введение в конструкцию горелки вышеперечисленного позволяет успешно решить поставленную задачу.
На фиг.1 показан продольный разрез горелки-аналога.
На фиг.2 сечение горелки-аналога по газораздающим отверстиям.
На фиг.3 сечение горелки-аналога по дополнительным каналам подачи воздуха.
На фиг.4 показана горелка-прототип.
На фиг.5 изображено предлагаемое изобретение, фронтальный вид горелки и вид сверху.
На фиг.6 изображен разрез Г-Г предлагаемой горелки.
На фиг.7 изображен разрез Д-Д предлагаемой горелки.
Предлагаемое изобретение «Горелка» состоит из десяти смесителей 24, объединенных общей сварной газораспределительной камерой 23, к которой так же, как и в прототипе, приварен штуцер 25, по которому подается природный газ.
Каждый смеситель 24 является отливкой и представляет собой в верхней части трубу диаметром 64×12 мм и длиной 340 мм, в которой по периферии под углом 25° к оси смесителя просверлены четыре сопла 3 с зенковкой входной части 0,3 мм под углом 90°. Диаметр сопел и диаметр смесителя выбираются исходя из условий обеспечения расчетного расхода газа одним смесителем. Для увеличения объема камеры предварительного смешения 6 и двух камер окончательного перемешивания, расположенных ниже, внутренний диаметр смесителя ниже сопел 3 увеличен до 64 мм. Каждый смеситель 24 получается литьем по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна (хромовый чугун) марки 4Х28 ГОСТ 7769-82 (Сr 25÷30%). К газораспределительной камере 23 приварен по периметру кожух 26, из листовой стали толщиной 2 мм, в который набивается огнеупорная набивная масса 27. При набивке огнеупорной набивной массой пространства между смесителями она не осыпается благодаря стенкам кожуха. В прототипе горелки имеются трудности при набивке огнеупорной набивной массой пространства между смесителями, так как расстояние между смесителями всего 20 мм, а длина их большая. Хорошие условия для набивки огнеупорной набивной массой пространства между смесителями в предлагаемой горелке созданы благодаря увеличению расстояния между смесителями до 30 мм. Излишки набитой огнеупорной массы срезаются линейкой. Рекомендуется производить набивку горелки огнеупорной набивной массой вне теплового или плавильного агрегата. Набитая огнеупорной набивной массой 27 горелка может просушиваться и прокаливаться отдельно до установки ее в тепловой или плавильный агрегат. На газораспределительную камеру 23 и кожух 26 надевается отлитый из жаростойкого чугуна 4Х28 стабилизирующий туннель 28 и приваривается по периметру к газораспределительной камере 23. Существенно отметить, что введение в состав горелки стабилизирующего туннеля увеличивает срок службы горелки и улучшает процесс омуровки горелок в тепловом или плавильном агрегате. В подготовленный проем (нишу) в горелочной стене ставится горелка, и щели замазываются огнеупорным составом, т.е. процесс омуровки улучшается, становится простым, менее трудоемким. В нижней части каждого предлагаемого смесителя имеется расточка, в которой размещается устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси. Если прототип имеет только предварительную камеру смешения 6, то предлагаемая горелка, кроме предварительной камеры смешения 6, имеет в своем составе устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси. В верхней части расточки смесителя 24 вставлен рассекатель 29, который имеет периферийные отверстия для прохождения по ним газовоздушной смеси из камеры предварительного смешения 6. Рассекатель 29, выполненный в виде конуса, рассекает, сжимает газовоздушную смесь и направляет ее к отверстиям, расположенным на периферии рассекателя 29 под углом 30° к оси смесителя, при этом начинается процесс окончательного перемешивания газовоздушной смеси и продолжается в первой камере окончательного перемешивания, расположенной под рассекателем 29. Диск 30 имеет в центре отверстие, пройдя через которое, смесь, поступающая из первой камеры окончательного перемешивания, расположенной над диском 30, сжимается и поступает во вторую камеру окончательного перемешивания, расположенную под диском 30. В устройстве для окончательного перемешивания газовоздушной смеси имеется перфорированная полусфера 31, которая имеет ободок для фиксации.
Существенно отметить, что перфорированная полусфера 31 имеет отверстия ⌀ 2 мм, просверленные в разные стороны (в шахматном порядке). Она приварена к торцу смесителя 24. Газовоздушная смесь, пройдя отверстия в полусфере 31, окончательно перемешивается. Для фиксации рассекателя 29 и диска 30 в расточке смесителя 24 служит втулка 32. Для увеличения срока службы горелки рассекатель 29, диск 30, перфорированная полусфера 31, втулка 32 изготавливаются из жаростойкого чугуна марки ЧХ 28 ГОСТ 7769-82. Так как отверстия, просверленные в полусфере 31, небольшие и направлены в разные стороны, следовательно, и при горении газовоздушной смеси в горелочном туннеле образуется короткий факел, направленный в разные стороны. В прототипе при горении газовоздушной смеси номинальная длина факела составляет 1000 мм, а в предлагаемой горелке - 500-600 мм. Это обстоятельство позволяет использовать горелку в котлах или плавильных агрегатах с небольшой емкостью ванны (короткой по длине). Ввиду того, что конструкция горелки предусматривает предварительное и окончательное перемешивание, т.е. дает хорошее перемешивание газовоздушной смеси, то при горении происходит ее полное сгорание.
В горелку введено устройство для регулирования расхода воздуха. Оно состоит из: двух стальных ребер 33, приваренных к газораспределительной камере 23, регулятора 34, четырех гаек 35 и четырех болтов 36. По стальным ребрам 33, приваренным «заподлицо» с верхней плоскостью смесителей 24, как по «направляющим», перемещается (скользит) регулятор 34, который регулирует расход воздуха, инжектируемый в горелку при подаче в нее газа. Регулятор 34 по краям имеет «отбортовки» и охватывает ими стальные ребра 33. В регуляторе 34 просверлено десять отверстий диаметром 44 мм, которые соосны с отверстиями смесителей 24. По углам регулятора 34 имеются четыре отверстия диаметром 12 мм, по центру которых приварены четыре гайки M10, позиция 35. В четыре гайки 35 ввинчиваются четыре болта 36 до упора в стальные ребра 33 и фиксируют регулятор относительно отверстий смесителя (т.е. по мере перемещения регулятора 34 по ребрам 33 постепенно перекрываются отверстия смесителей 24, происходит, таким образом, регулировка расхода инжектируемого воздуха). На стальных ребрах 33 нанесены деления для удобства проведения регулировки. Допустим, для конкретного состава природного газа обеспечивается полное сгорание газа на делении (риске), к примеру, третьем, следовательно, это оптимальный расход горелкой природного газа при данном давлении, и мы фиксируем четырьмя болтами 36 регулятор 34 на стальных ребрах 33.
Горелка работает следующим образом. Газ под давлением подается через канал 2 штуцера 25 в газораспределительную камеру 23. Вытекающие из газовых сопел струи газа инжектируют из атмосферы воздух, необходимый для горения, который по каналу 4 попадает в камеру 6 предварительного смешения, где происходит предварительное смешение газа и засасываемого воздуха. Окончательное перемешивание газовоздушной смеси происходит в устройстве для окончательного перемешивания газовоздушной смеси. Сгорание основной части газовоздушной смеси происходит в огнеупорном стабилизирующем туннеле 28, остальной части - в камере горения котла или печи.
Регулировка расхода воздуха обычно производится при опытных, экспериментальных плавках на печи, а также при изменении давления или состава подаваемого в горелки газа.
Необходимым условием нормальной работы горелки является наличие разрежения в камере горения в пределах 1,5÷20 даПа (мм вод. ст.). Номинальное давление газа перед горелкой 0,08 МПа.
Горелку можно легко зафутеровать, перекрыть огнеупорным блоком и установить (для равномерного нагрева) несколько штук в плавильном или другом тепловом агрегате.