ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности горелочной техники и может быть использована в качестве горелки в тепловых агрегатах различного технологического назначения, например различных плавильных печах минеральных расплавов, печах термообработки и отжига.
Известна газовая горелка, используемая в качестве топливосжигающего устройства в тепловых агрегатах, например печей, используемых в промышленности стройматериалов, металлургии, химической и пищевой промышленности (патент на изобретение РФ №2079785, опубл. 20.05.1997).
Газовая горелка содержит полый корпус с выходными отверстиями для подачи воздуха и газовую камеру с выходными отверстиями, соединенную трубой с газопроводом, отличающаяся тем, что газовая камера смонтирована на наружной стороне корпуса ниже его выходных отверстий, а корпус снабжен они соответственно с полостью корпуса и газовой камерой через их выходные отверстия.
В верхней части корпуса горелки выше его выходных отверстий дополнительно выполнена газовая камера с выходными отверстиями, соединенная трубой с газопроводом, и установлен конусный козырек, образующий дополнительную газовую полукамеру, сообщающуюся с газовой камерой через выходные отверстия последней.
Недостатком известной горелки сложность конструкции из-за наличия множества воздушных и газовых полукамер, представляющих газовую камеру горелки и дополнительной газовой полукамеры, установленной в верхней части корпуса горелки. В связи с этим горелка имеет повышенный расход топлива.
Известна скоростная горелка с переменным избытком воздуха «ПИВС) Государственного газового концерна «Газпром» (Рекламный проспект. «ИНФОРМЭЛЕКТРО», 1990 год)
Данная горелка содержит узел смесеобразования, воздухоохлаждаемую камеру сгорания, коаксильно расположенную в корпусе горелки. Замкнутая система охлаждения известной горелки повышает надежность ее работы и уменьшает тепловые потери, но не позволяет производить тщательное перемешивание струи смеси.
Известна также турбулизационная горелка « СТРУГ-ТГ», используемая в качестве форсунки для сжигания жидких и газообразных топлив в водогрейных и паровых котлах, а также промышленных печей различного назначения (патент на изобретение РФ 2101613, опубл. 10.01.1998)
Турбулизационная горелка состоит из корпуса, в котором ассиметрично установлен многоступенчатый смеситель топлива и воздуха, в предложенном случае, трехступенчатый смеситель, с соответствующими камерами смешения потоков воздуха с топливом в каждой ступени. Внутренняя поверхность корпуса и наружные поверхности трех ступеней смесителя образуют коллекторную полость, выполняющую функцию воздушного коллектора.
В каждой ступени смесителя выполнено два кольцевых ряда каналов, первый из которых выполнен радиально наклонным.
Первый кольцевой ряд каналов первой ступени смесителя выполнен с наклонными каналами конфузорной формы, радиальные каналы всех ступеней смесителя имеют форму угловых сверхзвуковых сопл Лаваля, а в их радиальной части выполнены спиральные турбулизирующие выступы.
Наличие трехступенчатого смесителя, со спиралевидными выступами каждой ступени которого выполнены ряды кольцевых каналов со спиралевидными выступами усложняет конструкцию горелки.
Наиболее близким по технической сущности и конструкционным признакам к предлагаемой полезной модели является способ и система для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи и горелка для использования в системе (патент на изобретение РФ №2376526, опубл. 20.12.2009)
Горелка для сжигания пылевидного топлива предназначена, по данному патенту, для использования в стеклоплавильной печи (печи с минеральным расплавом).
Горелка содержит основной корпус, содержащий наружную трубу, промежуточную трубу и внутреннюю трубу, при этом трубы расположены концентрично относительно друг друга.
Первая наружная труба и промежуточная труба образует первую камеру, наружная труба включает впускной патрубок и выпускной патрубок для введения и циркуляции охлаждающей текучей среды внутри первой камеры для охлаждения горелки. Промежуточная труба содержит трубу для впуска воздуха для введения первого потока воздуха или газа во вторую камеру. Вторая камера образована между внутренней трубой и промежуточной трубой. Внутренняя труба содержит верхний конец для введения потока рабочей смеси (пылевидного топлива) и воздуха во внутреннюю трубу. Средство для распределения потока имеет кривизну для постепенного изменения направления траектории потока рабочей смеси и воздуха или газа. Горелка снабжена средством увеличения скорости потока воздуха или газа или смеси пылевидного топлива и воздуха.
Выпускное сопло содержит наконечник, цилиндрический элемент, присоединенный к задней части наконечника, причем цилиндрический элемент содержит центральное отверстие и множество отверстий поперечно в периферии цилиндрического элемента.
Разработка конструкции известной горелки направлена, в основном, на снижение количества вредных выбросов в атмосферу.
Однако, данная горелка не обеспечивает высокой скорости интенсификации теплообмена, что снижает скорость реакции горения топлива, которая необходима для подачи высокотемпературного факела пламени в топливное пространство тепловых агрегатов.
Технической задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности работы горелочного устройства за счет ускорения процесса турбулизации потоков воздуха, обеспечивающего полноту сжигания топлива.
Технический результат достигается тем, что горелочное устройство, содержащее основной корпус, состоящий из наружного цилиндрического корпуса, промежуточного цилиндрического корпуса и внутреннего рабочего цилиндрического корпуса, установленных концентрично относительно друг друга, причем наружный и промежуточный корпус образуют наружную камеру, наружный корпус имеет впускной патрубок для подачи воздуха, внутренний корпус и промежуточный корпус образуют промежуточную камеру, топливопровод, установленный в одной из камер, средство для увеличения скорости потока воздуха, выпускное сопло, содержащее наконечник в виде цилиндрического элемента, по периферии которого выполнены отверстия. Согласно предлагаемой полезной модели, патрубок подачи воздуха горелки выполнен улиткообразного типа, по высоте внутренней стенки наружного цилиндрического корпуса размещена изогнутая по спирали металлическая лента, топливопровод установлен в наружном цилиндрическом корпусе и соединен с теплообменником первой ступени, установленным в нижней части наружной камеры, который топливопроводом соединен с теплообменником второй ступени, установленным в средней части внутреннего корпуса, средство для увеличения скорости потока воздуха выполнено в виде щелевидных завихряющих отверстий, выполненных в стенках верхней части внутреннего корпуса и расположенных по его окружности, по вертикальной центральной оси внутреннего цилиндрического корпуса установлен волновод в виде металлической трубы, на внешнем конце которого установлен генератор СВЧ токов, внутри волновода размещена керамическая топливная форсунка, под которой размещено пульверизационное устройство.
На фигуре 1. представлено предлагаемое горелочное устройство. Горелочное устройство, содержит основной корпус, состоящий из наружного цилиндрического корпуса 1, промежуточного цилиндрического корпуса 2 и внутреннего рабочего цилиндрического корпуса 3, установленных концентрично относительно друг друга, причем наружный и промежуточный корпус образуют наружную камеру 4. Наружный корпус имеет впускной патрубок 5 для подачи воздуха, улиткообразного типа. Внутренний корпус 3 и промежуточный корпус 2 образуют промежуточную камеру 6. Топливопровод 7 установлен сквозь наружный цилиндрический корпус 1. Средство для увеличения потока воздуха 8 выполнено в виде щелевидных завихряющих отверстий, выполненных в стенках верхней части внутреннего корпуса 3 и, расположенных по его окружности.
Выпускное сопло 9, содержит наконечник в виде цилиндрического элемента 10, по периферии которого выполнены отверстия 11. По высоте внутренней стенки наружного цилиндрического корпуса 1 размещена изогнутая по спирали металлическая лента 12. Топливопровод 7, установленный в наружном цилиндрическом корпусе 1 соединен с теплообменником первой ступени 13, установленным в нижней части наружной камеры 4, который топливопроводом 7 соединен с теплообменником второй ступени 14, установленным в средней части внутреннего корпуса 3.
По вертикальной центральной оси внутреннего цилиндрического корпуса установлен волновод 15 в виде металлической трубы, на внешнем конце которого установлен генератор СВЧ токов 16, внутри волновода размещена керамическая топливная форсунка 17, под которой размещено пульверизационное устройство 18.
Предлагаемое горелочное устройство работает следующим образом.
Воздух подают в улиткообразный патрубок 5, в котором происходит первичное завихрение воздуха. Завихренный воздух поступает во внешнюю камеру 4 наружного корпуса 1, заполняет ее и по изогнутой металлической ленте 12, нагретой от внешнего корпуса 1 воздух нагревается и перемещается вниз наружной камеры 4 и поступает в промежуточную камеру 6.
Изогнутая по спирали лента 12 придает потоку воздуха вращательное движение внутри внешней камеры. Затем нагретый воздух попадает в камеру промежуточного корпуса 6 и поднимается вверх, где проходит через щелевидные отверстия, завихряется, вследствие чего происходит увеличение скорости потока воздуха, который поступает вниз керамической горелки на пульверизационное устройство 18, направляющее поток воздуха на поток топлива.
В топливопровод 7, установленный сквозь наружный корпус 1 подается топливо, которое перемещается по топливопроводу 7 вниз и проходит через теплообменник 13, где происходит его первичный нагрев. Далее подогретое топливо проходит через теплообменник 14, установленный в средней части корпуса 3, где происходит дополнительный его нагрев. Топливо подается в керамическую форсунку 17 и поступает на пульверизационное устройство 18.Через волновод 15 проходят электромагнитные волны, воздействующие на топливо от СВЧ генератора 16, в связи с чем ускоряется процесс горения в форсунке. В районе пульверизационного устройства 18 происходит воспламенение и сгорание топливновоздушной смеси.
Преимущества предлагаемого горелочного устройства.
Волновод, в котором установлена керамическая форсунка создает электромагнитное воздействие на молекулы топлива, которые разрушаются за счет жесткости их соударений и способствуют быстрому их разложению, что ускоряет реакцию горения.
Расположение по внутренней стенке наружного корпуса ленты, сориентированной по спирали позволяет дополнительно обеспечить перемешивание воздуха во всем объеме наружной камеры, что способствует регулированию в широких диапазонах характеристик тепловой мощности и коэффициента избытка воздуха.
Щелевые отверстия способствуют интенсивному перемешиванию, завихрению воздуха, поступающего в зону горения.
Сверхчастотные электромагнитные волны, создаваемые СВЧ генератором токов воздействуют на расщепление молекул топлива, что способствует ускорению реакции горения или окисления элементов топлива, это приводит к увеличению выделения тепла и способствует интенсификации процесса горения в рабочем корпусе горелки.
Установка теплообменников в наружном корпусе и внутреннем корпусе позволяет обеспечить разложение топлива в керамической форсунке с изменением его молекулярного состава.
Пульверизационное устройство повышает интенсивность и глубину перемешивания топливно-воздушной смеси.
Интенсификация процесса горения горелочного устройства способствует повышению скорости образования расплава в печи и снижает расход топлива на единицу массы расплава.