ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА И ФРОНТОВОЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности, к устройствам для сжигания горючего газа в промышленных и бытовых котлах и может быть применена в отопительных и паровых котлах и в камерах обжига керамического кирпича и изделий из керамики.
Известна горелка типа «Вулкан-газ» (см. паспорт Г.120.000 ПС горелки «Вулкан-газ»), содержащая корпус, газо-воздушное сопло, штуцер и патрубок. Горелка предназначена для сжигания природного газа в сводовых системах отопления туннельных печей обжига керамических изделий.
Известна также горелка (см. заявка Японии №5-51809 F 23 D 14/22, F 23 C 11/00), содержащая трубу подвода сжатого воздуха и расположенную внутри нее трубку подвода топлива с отверстиями для подвода топлива в торце трубки. Трубка подвода топлива снабжена коническим стабилизатором пламени с воздушными отверстиями. Выше по потоку в стенке трубки подвода топлива выполнены радиальные газовые отверстия.
Ближайшей по технической сущности и принятой за прототип является газовая горелка, реализующая способ по патенту РФ №2064634, МПК F 23 D 14/22, F 23 C 11/00, опубл. 27.07.1996 г., содержащая расположенные в корпусе жаровую трубу и фронтовое устройство, включающее коллектор подвода газа, равномерно расположенные по всему сечению корпуса и с зазором между собой и стенками корпуса трубки, оси которых расположены поперек продольной оси корпуса, по длине трубок выполнены отверстия-сопла с осями вдоль продольной оси корпуса, жаровая труба имеет несколько поясов воздушного пристеночного охлаждения и установлена с зазором относительно корпуса в выходной части.
Известная горелка имеет недостаточно высокую интенсивность перемешивания струй газообразного топлива с потоком воздуха, а также в
x
этой горелке охлаждающий воздух подается в поток продуктов сгорания, что приводит к удлинению факела горения, увеличению концентрации вредных газов СО и NO в составе продуктов сгорания, а также к уменьшению средней температуры продуктов сгорания, т.е. к снижению общего к.п.д. теплового агрегата.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в увеличении общего к.п.д. теплового агрегата, в котором используется горелка, а также в снижении количества выбросов вредных веществ.
Технический результат достигается тем, что в газовой горелке, содержащей установленную в. корпусе с зазором внутреннюю обечайку, образующую канал, в котором соосно ему расположено фронтовое устройство, корпус снабжен установленной с зазором внешней обечайкой, охватывающей снаружи выходную часть корпуса, зазор открыт в направлении входа в горелку, а на выходе между внешней и внутренней обечайками имеется торцевая стенка, расположенная по отношению к выходному торцу корпуса с осевым зазором.
Технический результат достигается также тем, что фронтовое устройство, установленное в канале, включает коллектор подвода газа с равномерно расположенными по сечению канала и с зазором между собой трубками, продольные оси которых выполнены поперек продольной оси канала, по длине трубок вдоль образующей имеются отверстия-сопла с осями вдоль продольной оси канала, а перед каждой трубкой вдоль ее продольной оси со стороны отверстий-сопел расположены пластины, причем расстояния между осями пластин равны расстояниям между осями трубок, расстояние между трубками и пластинами равно ширине пластин, отверстия-сопла с осями вдоль продольной оси канала ориентированы в сторону выхода горелки или в противоположную сторону (т.е. в сторону входа горелки).
На фиг.1 представлен осевой продольный разрез газовой горелки по плоскости Г-Г. На фиг.2 представлен вид на выходной конец горелки по
стрелке Б. На фиг.3 представлен продольный разрез газовой горелки по плоскости А-А, проходящей по осям отверстий-сопел. На фиг.4 представлено поперечное сечение газовой горелки по плоскости В-В, расположенной между трубками и пластинами, с видом в сторону трубок.
Здесь:
1 - корпус;
2 - коллектор подвода газа;
3 - трубка;
4 - зазор между корпусом и внутренней обечайкой;
5 - зазор между корпусом и внешней обечайкой;
6 - пластина;.
7 - внешняя обечайка;
8 - внутренняя обечайка;
9 - зазор между торцом корпуса и торцевой стенкой;
10 - торцевая стенка;
11 - отверстие-сопло.
Газовая горелка содержит корпус 1, в нем установлена с зазором 4 относительно корпуса 1 внутренняя обечайка 8, образующая канал, в котором соосно ему расположено фронтовое устройство. Корпус 1 снабжен установленной с зазором 5 внешней обечайкой 7, охватывающей снаружи выходную часть корпуса 1. Зазор 5 открыт в направлении входа в горелку. На выходе из горелки между внутренней обечайкой 8 и внешней обечайкой 7 имеется торцевая стенка 10, расположенная по отношению к выходному торцу корпуса 1 с осевым зазором 9.
Фронтовое устройство установлено в канале и включает в себя коллектор подвода газа 2 с равномерно расположенными по сечению канала и с зазором между собой трубками 3, продольные оси которых расположены поперек продольной оси канала. По длине трубок вдоль образующей выполнены отверстия-сопла 11 с осями вдоль продольной оси канала. Перед каждой трубкой 3 вдоль ее продольной оси со стороны отверстий-сопел 11
расположены пластины 6. Расстояния между осями пластин 6 равны расстояниям между осями трубок 3. Расстояние между трубками 3 и пластинами 6 равно ширине пластин 6. Отверстия-сопла 11 в зависимости от конструктивных соображений могут быть ориентированы как в сторону выхода горелки, так и в сторону ее входа.
Горелка работает следующим образом. Поток воздуха поступает по корпусу горелки 1 к внутренней обечайке 8, где разделяется на два потока. Один поток воздуха направляется к фронтовому устройству, где к воздуху подмешивается необходимое количество газообразного топлива, образованная горючая смесь поджигается, обеспечивается стабилизация пламени, происходит сгорание топлива и выделяется тепло. Другой поток воздуха проходит по зазору 4 между внутренней обечайкой 8 и корпусом 1 до торцевой стенки 10, затем разворачивается на 180° и далее поступает по зазору 5 между корпусом 1 и наружной обечайкой 7 в окружающее пространство. Этим достигается с одной стороны - надежное охлаждение выходной, самой горячей части корпуса горелки, а с другой - устраняется разбавление продуктов сгорания относительно холодным воздухом охлаждения, за счет чего повышается средняя температура продуктов сгорания при том же среднем коэффициенте избытка воздуха. Это способствует повышению общего коэффициента полезного действия теплового агрегата в целом.
Фронтовое устройство работает следующим образом. Поток воздуха поступает к коллектору подвода газа 2 и обтекает трубки 3 и стоящие перед ними (или за ними) пластины 6. Пластины 6 и трубки 3 стоят в следе друг за другом, для чего расстояния между осями пластин 6 выполняются равными расстояниям между осями трубок 3. Пластины 6 и трубки 3 являются телами плохо обтекаемой формы, поэтому при обдуве их воздухом за ними образуются вихревые зоны, или зоны обратных токов. Горючий газ через коллектор 2 подается в трубки 3, из них через отверстия-сопла 11 вытекает в виде тонких струй. Струи газа натекают на расположенные перед
x
отверстиями-соплами пластины 6 и отклоняются ими в направлении поперек потока воздуха. Расстояния между трубками 3 и пластинами 6 выполняются небольшими, примерно равными ширине пластин 6, с тем чтобы натекание струй на пластины 6 происходило с максимальными скоростями. Горючий газ и поток воздуха сталкиваются друг с другом под углом 90°, в результате чего значительно возрастает интенсивность их перемешивания. Чем больше расход газа, тем дальше от края пластины 6 в поток воздуха он проникает. При малом расходе газ сосредотачивается ближе к оси газодинамического следа за пластиной и трубкой. С увеличением расхода газа его концентрация в потоке воздуха выравнивается. За счет этого возникает эффект автоматического поддержания оптимальной концентрации газа по оси следа, т.е. в области зоны обратных токов. Концентрация горючего газа в этой зоне определяет устойчивую стабилизацию пламени, которое появляется там путем поджигания от какого-либо постороннего источника (искры, нагретого тела, пламени и др.). Поэтому данный эффект позволяет добиться очень широкой области устойчивой работы горелки при значительном изменении коэффициента избытка воздуха по всему расходу воздуха и газа через горелку. В результате интенсификации перемешивания струй газа со сносящим потоком воздуха образуется горючая смесь, близкая к гомогенной, однородной, заранее перемешанной. Известно, что именно такие смеси сгорают с наиболее высокими скоростями, т.е. образуют наиболее короткие факела, и в составе продуктов сгорания таких смесей находится наименьшее количество вредных газов СО и NO.