РЕКУПЕРАТИВНАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для сжигания газообразного топлива в системах отопления сушильных, подогревательных, термических, плавильных печей, паровых и водогрейных котлов и других тепловых агрегатов.
Известна рекуперативная горелка преимущественно для обогрева рабочих объемов промышленных печей (см. патент на изобретение SU №1400519 МПК F23D 14/00 «Рекуперативная горелка для газообразного или жидкого топлива», дата публикации 30.05.88.), содержащая воздухоподающий корпус, размещенную в корпусе с кольцевым зазором трубу первичного воздуха, камеру сгорания с выходным соплом, соединенную с топливной трубой, а также обечайку с отогнутой наружу входной кромкой и отогнутой внутрь выходной кромкой, установленную в кольцевом зазоре между корпусом, трубой первичного воздуха и камерой сгорания с образованием наружной и внутренней кольцевой камеры рекуператора.
В известной рекуперативной горелке камера сгорания расположена в конце горелки со стороны выхода ее в теплотехнический агрегат и занимает незначительный объем по отношению к объему горелки, что не позволяет обеспечить эффективный подогрев первичного воздуха, по всей длине горелки. Подогрев вторичного воздуха во внутренней кольцевой камере от горячих газов, забранных из рабочего пространства печи и проходящих по наружной кольцевой камере, не обеспечивает заметного повышения эффективности подогрева воздуха, так как объем нагретого вторичного воздуха составляет от 10 до 30% холодного воздуха.
Кроме того, при заборе горячих газов в наружную кольцевую камеру из рабочего пространства печи, где присутствуют продукты неполного сгорания топлива, которые при прохождении через рекуперативную часть горелки образуют сажу. Техническая пыль от огнеупоров, окалины обжигаемых заготовок, находящаяся в рабочем пространстве печи, а также образованная сажа, засоряют канал для прохождения печных газов, снижая эффективность работы горелки.
При работе на малых расходах воздуха из-за низкого теплосъема происходит перегрев рекуперативной части горелки, что приводит к сгоранию сажи и прогару обечайки. При этом известное расположение камеры сгорания способствует ее перегреву, во избежание которого установлена водоохлаждаемая кольцевая труба, что усложняет горелку и ее эксплуатацию.
Известна рекуперативная горелка (см. патент на изобретение RU №2378573 МПК F23D 14/00 «Рекуперативная горелка для газообразного топлива», дата публикации 10.01.2010.), содержащая корпус, размещенную в нем с кольцевым зазором трубу первичного воздуха, камеру сгорания, теплообменник, выполненный из пучка труб, предназначенных для продуктов сгорания, причем трубы теплообменника проходят сквозь смонтированную между корпусом и трубой первичного воздуха винтовую спираль для направления воздуха, омывающего трубы теплообменника.
Известная горелка имеет те же недостатки, что и вышеприведенный аналог. Выполнение теплообменника из пучка труб усложняет горелку, а протягивание по ним дымовых газов из рабочего пространства печи, где присутствуют продукты неполного сгорания топлива, может вызвать образование в трубах сажи при их догорании, что требует периодической очистки труб от сажи, технической пыли, и окалины. При работе на малых расходах воздуха возможно сгорание сажи, повышение температуры и прогар труб.
Наиболее близкой по назначению и конструктивным элементам является рекуперативная газовая горелка (см. патент на изобретение RU №2172895, 7 МПК F23D 14/20, дата публикации 27.08.2001 г.) содержащая корпус, коаксиально расположенную в нем в нем камеру сгорания, газовую камеру с многоструйным соплом и запальным устройством, а также расположенную в кольцевом пространстве между корпусом и камерой сгорания воздушную камеру, при этом камера сгорания выполнена с равномерно расположенными по периметру цилиндрическими и щелевыми отверстиями, патрубок забора воздуха расположен на корпусе со стороны газовой камеры.
Известная горелка обеспечивает более эффективное сжигание топлива за счет полного его сжигания в камере сгорания, расположенной практически на всей длине корпуса горелки, а также в результате многоструйной подачи газа в камеру сгорания и равномерной подачи по всему периметру камеры сгорания подогретого от контакта с ней воздуха. Это позволяет при повышении расхода газа и увеличении скорости истечения газовых струй улучшить перемешивание смеси на всей длине камеры сгорания, а также осуществить внутреннюю рекуперацию тепла путем эжекции высокотемпературных газов из зоны высокого давления камеры сгорания через щелевидные отверстия в воздушную камеру, перемешивания их с воздухом и инженкции горячей смеси через цилиндрические отверстия обратно в зону пониженного давления камеры сгорания.
Хотя холодный воздух в воздушной камере подогревается от камеры сгорания, однако он идет в основном по пути наименьшего сопротивления, а именно, напрямую в камеру сгорания и в меньшей степени направляется в кольцевой зазор между камерой сгорания и корпусом. Кроме того, внутренняя рекуперация тепла в известной горелке наиболее эффективна при смещении зоны фронтального горения в сторону выходного сопла, что возможно при работе горелки на больших мощностях.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы рекуперативной газовой горелки в широком диапазоне режимов ее работы.
Указанный технический результат достигается тем, что рекуперативная газовая горелка, содержащая корпус, коаксиально расположенную в нем камеру сгорания, газовую камеру с многоструйным газовым соплом и запальным устройством, воздушную камеру, расположенную в кольцевом пространстве между камерой сгорания и корпусом, при этом камера сгорания выполнена с равномерно расположенными по периметру цилиндрическими и щелевыми отверстиями, патрубок подачи воздуха расположен на корпусе со стороны газовой камеры, согласно, полезной модели, она содержит цилиндрическую обечайку, закрепленную в корпусе и разделяющую воздушную камеру на сообщающиеся между собой со стороны выходного сопла наружную и внутреннюю кольцевые воздушные камеры, камера сгорания снабжена равномерно расположенными по периметру продольными ребрами, корпус выполнен с теплоизоляцией
Наличие цилиндрической обечайки, закрепленной в корпусе и разделяющей воздушную камеру на сообщающиеся между собой со стороны выходного сопла наружную и внутреннюю кольцевые воздушные камеры, в совокупности с расположением патрубка подачи воздуха со стороны газовой камеры, позволяет производить дополнительную внутреннюю рекуперацию тепла за счет подогрева подаваемого воздуха от цилиндрической обечайки и корпуса при прохождении его от патрубка подачи воздуха по наружной кольцевой воздушной камере, а затем за счет подогрева воздуха от камеры сгорания, продольных ребер и цилиндрической обечайки при прохождении его в обратном направлении во внутренней кольцевой воздушной камере. Это значительно повышает эффективность работы рекуперативной горелки в широком диапазоне мощностей. Кроме того, заявляемая конструкция рекуперативной горелки позволяет использовать новый способ подогрева воздуха вместо используемого в аналогах способа подогрева дымовыми газами, забираемыми из рабочего пространства печи, что значительно повышает ресурс работы рекуперативной газовой горелки.
Выполнение камеры сгорания с равномерно расположенными по периметру продольными ребрами позволяет значительно увеличить теплоотдающую поверхность камеры сгорания, а следовательно, и поверхность съема тепла, что увеличивает температуру подаваемого в камеру сгорания воздуха.
Совокупность существенных признаков заявляемой рекуперативной газовой горелки в отличие от известных аналогов, где горячие дымовые газы для подогрева воздуха забирают из рабочего пространства печи в зоне действия факела, снижая в нем количество полезного тепла в рабочем пространстве печи, позволяет осуществить процесс внутренней рекуперации тепла, а именно, использовать тепло, забранное из данного процесса сжигания газообразного топлива, и возвращать его в этот же процесс, что повышает эффективность работы рекуперативной газовой горелки.
Выполнение корпуса с теплоизоляцией позволяет практически исключить излучение тепла от горелки во внешнюю среду, а использовать его для повышения температуры подогрева воздуха.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о ее соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения полезной модели.
На чертеже изображена рекуперативная газовая горелка в разрезе.
Рекуперативная газовая горелка содержит корпус 1, камеру сгорания 2 с выходным соплом 3, коаксиально расположенную в корпусе 1, газовую камеру 4 с многоструйным газовым соплом 5, воздушную камеру 6, расположенную в кольцевом пространстве между камерой сгорания 2 и корпусом 1, цилиндрическую обечайку 7, разделяющую воздушную камеру 6 на сообщающиеся между собой со стороны выходного сопла 3 наружную кольцевую воздушную камеру 8 и внутреннюю кольцевую воздушную камеру 9. В газовой камере установлена запальная свеча 10. Камера сгорания выполнена с равномерно расположенными по наружному периметру продольными ребрами 11, а также цилиндрическими отверстиями 12 и щелевыми отверстиями 13. Камера сгорания 2 центрируется со стороны выходного сопла 3 выступами 14, с другой стороны она центрируется пластиной 15, соединенной с фланцем 16 при помощи болтов 17. Обечайка 7 жестко закреплена в корпусе 1 при помощи фланца 18. С другой стороны она опирается на корпус 1 при помощи перемычек 19, между которыми воздух проходит из наружной кольцевой воздушной камеры 8 во внутреннюю кольцевую воздушную камеру 9. Патрубок для подачи воздуха 20 расположен на корпусе 1 со стороны газовой камеры 4, снабженной каналами 21 для подачи воздуха в центральный канал газовой камеры 4. Для подвода газа предусмотрен патрубок 22. В камере сгорания 2 установлен электрод контроля пламени 23, рабочие элементы которого расположены вдоль камеры сгорания 2. Корпус 1 снабжен теплоизоляцией 24.
Рекуперативная газовая горелка работает следующим образом. Через патрубок подачи воздуха 20 и патрубок для подвода газа 22 подают в горелку воздух и газ соответственно. Воздух из наружной кольцевой воздушной камеры 8, проходя между перемычками 19, поступает во внутреннюю кольцевую воздушную камеру 9 и далее через отверстия 12 и 13 в камеру сгорания 2 и через каналы 21 в газовую камеру 4, где образуется газовоздушная запальная смесь, которая поступает через многоструйное газовое сопло 5 в камеру сгорания 2 и воспламеняется от запальной свечи 10. Наличие пламени в камере сгорания контролируют при помощи электрода контроля пламени 23. В процессе работы рекуперативной газовой горелки происходит разогрев цилиндрической обечайки 7. При этом воздух, поступающий через патрубок 20 и проходящий через наружную кольцевую воздушную камеру 8, подогревается от цилиндрической обечайки 7 и корпуса 1. Затем при прохождении воздуха через внутреннюю кольцевую воздушную камеру 9 он дополнительно подогревается от кольцевой обечайки 7, от наружной поверхности камеры сгорания 2 и от продольных ребер 11. Эффективность подогрева воздуха увеличивается за счет продольных ребер 11. Воздух, нагретый до температуры 200-300°С поступает в камеру сгорания 2 и газовую камеру 4, что значительно повышает эффективность сгорания топлива, снижая его расход. Таким образом, за счет совокупности существенных признаков заявленной рекуперативной газовой горелки осуществляется внутренняя рекуперация тепла, эффективность которой повышается за счет наличия теплоизоляции 24 корпуса 1.