ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ

Полезная модель относится к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использована в металлургической промышленности, а именно для вращающихся печей обжига цементного клинкера, керамзита, извести.
Известна газовая горелка, содержащая топливный канал с патрубками для подачи газа и воздуха, и с выходным соплом, за пределами которого установлен чашеобразный рассекатель, закрепленный на неподвижной штанге, проходящей по оси топливного канала (А.с. СССР №1262198, F 23 D 14/00, опубл. 17.10.1986).
В известной газовой горелке применение чашеобразного рассекателя не приводит к организации устойчивых турбулентных газодинамических структур, поэтому наблюдается недостаточное перемешивание топлива и воздуха, значительный недожог топлива и при глубоком регулировании перемещением рассекателя происходит отрыв факела, что снижает эффективность сжигания топлива, повышенный расход топлива.
Известна газовая горелка, содержащая газовый канал, имеющий тангенциальный газоподводящий и центральный воздушный патрубки и, установленный за выходным сопловым отверстием горелочного канала, подвижный конусный отражатель (А.с. СССР №1229518, F 23 D 14/00, опубл. 07.05.1986).
В известной газовой горелке несмотря на дополнительную турбулизацию при тангенциальном подводе топлива в горелочный канал наблюдается неэффективное сжигание топлива, его повышенный расход, снижение мощности печи.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является газовая горелка для вращающихся печей, содержащая корпус с патрубком подвода газа с центральным сопловым отверстием, расположенным в его конической торцевой
выходной части, установленными завихрителями с лопатками и подвижным дросселем-рассекателем, выполненным в виде тела «Коанда» с частичным выходом за обрез соплового отверстия корпуса горелки с образованием с ним кольцевого зазора (патент РФ №14068, F 23 D 14/00, опубл. 27.06.2000).
В известной газовой горелке регулирование параметров факела осуществляется изменением давления газа в горелке за счет изменения проходного соплового сечения посредством перемещения дросселя. Однако скорость истечения газа недостаточна высока, турбулизация потока в конечном итоге не обеспечивает достаточную степень смешения топлива с воздухом, что приводит к нерациональному сжиганию топлива, образованию короткой длины факела с низкой устойчивостью горения факела.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности сжигания топлива за счет увеличения интенсивности турбулизации и скорости потока газа, формирование большей длины факела и его температуры, создание устойчивости горения факела без срыва пламени.
Поставленная задача решается тем, что в известной газовой горелке для вращающихся печей, содержащей корпус с патрубком подвода газа с центральным сопловым отверстием, расположенным в его конической торцевой выходной части, установленным по оси корпуса подвижным дросселем с частичным выходом за обрез соплового отверстия корпуса горелки с образованием с ним кольцевого зазора, согласно полезной модели, дроссель выполнен в виде обратно-двухконусного центрального тела, при этом угол конусности торцевой выходной части корпуса равен углу конусности центрального тела в направлении со стороны выхода из горелки и составляет 15°-21°, угол конусности центрального тела в направлении со стороны входа в сопло горелки составляет 35°-50°, кроме того максимальная величина диаметра центрального тела в месте соединения обратных конусов совпадает с торцевым сечением выходного сопла и составляет 0,8-0,9 величины внутреннего диаметра корпуса.
Обеспечение наилучшего смешения топлива с воздухом возможно лишь при высокоскоростном истечении топлива из горелочного устройства. Обеспечить такое высокоскоростное истечение газа можно применяя горелку заявляемой конструкции с дросселем в виде обратно-двухконусного центрального тела. Ускорение газового потока при этом происходит за счет обтекания тупого угла, образованного соединением двух обратных конусов центрального тела, и чисто внешнего свободного расширения потока сразу за срезом сопла. Скорости истечения обеспечивают наиболее оптимальные условия смешения, что обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива. При этом толщина пограничного слоя при таких условиях обтекания не допускает разрыва структуры потока, что обеспечивает формирование длинного факела с большой устойчивостью горения без срыва пламени, что особенно важно для стабильной работы вращающихся печей.
Выполнение угла конусности торцевой выходной части корпуса равным углу конусности центрального тела в направлении со стороны выхода из горелки и имеющим значение 15°-21° позволяет формировать на выходе из сопла горелки высокую степень турбулизации потока, обеспечивающую эффективное перемешивание топлива с воздухом и устойчивость длинного факела в широком диапазоне регулирования.
При использовании центрального тела с углом конусности в направлении со стороны выхода из горелки менее 15° и более 21° при несоблюдении условия равенства его и угла конусности торцевой выходной части корпуса не происходит высокой степени турбулизации потока, что не позволяет достичь поставленной задачи по повышению эффективности сжигания топлива.
Выполнение угла конусности центрального тела в направлении со стороны входа в сопло горелки равным 35°-50° позволяет минимизировать потери на трение и избежать значительных потерь давления при формировании критического сечения кольцевого зазора, образованного центральным телом и суживающимся соплом корпуса. При использовании центрального тела с углом конусности в направлении со стороны входа в сопло горелки менее 35° и более
50° происходит рост скорости и коэффициента расхода, нарушение работы кольцевого сопла.
Выполнение центрального тела с максимальной величиной диаметра в месте соединения обратных конусов, совпадающим с торцевым сечением выходного сопла, и равным 0,8-0,9 величины внутреннего диаметра корпуса приводит к образованию на выходе из сопла горелки высокой степени турбулизации потока, обеспечивающей эффективное перемешивание топлива с воздухом и устойчивость длинного факела без срыва пламени в широком диапазоне регулирования.
Использование центрального тела с максимальной величиной диаметра менее 0,8 и более 0,9 величины внутреннего диаметра корпуса, не соблюдение условия совпадения максимального диаметра центрального тела с торцевым сечением выходного сопла не позволяет достичь поставленной задачи по повышению эффективности сжигания топлива.
Описание полезной модели иллюстрируется схемой газовой горелки для вращающихся печей.
1
2
3
Газовая горелка содержит корпус 1 с патрубком подвода газа 2 и центральным сопловым отверстием 3. Корпус 1 имеет коническую торцевую выходную часть 4. По оси корпуса установлено обратно-двухконусное центральное тело 5, образованное соединением оснований конуса 6 со стороны входа в сопло горелки и конуса 7 со стороны выхода из горелки. В месте соединения обратных конусов 6 и 7, совпадающего с торцевым сечением конической выходной части 4 корпуса 1, центральное тело имеет максимальный диаметр Дц, равный 0,8-0,9 величины внутреннего диаметра Дк корпуса 1. Угол конусности α торцевой выходной части 4 корпуса 1 равен углу конусности α конуса 7 центрального тела 5 со стороны выхода 4 из горелки и составляет 15°-21°. Угол конусности α конуса 6 центрального тела 5 со стороны входа в сопло 3 равен 35°-50°.
На схеме дополнительно условно показана граница факела 8.
Газовая горелка работает следующим образом. В корпус 1 через патрубок 2 подают газообразное топливо, поступающее на сопло 3. При этом обратно-двухконусное центральное тело 5 устанавливают в пусковое положение, двигая его внутрь за срез центрального соплового отверстия 3. Затем подают воздух и зажигают факел 8. После зажигания регулирование параметров факела 8 осуществляется изменением расходов топлива и воздуха, подаваемым через патрубок 2, и перемещением центрального тела 5. При рабочем режиме горелки центральное тело 5 устанавливают в такое положение, чтобы максимальный диаметр в месте соединения оснований обратных конусов 6 и 7 центрального тела 5 совпадал с торцевым сечением выходной части 4. При таком положении обеспечивается высокая скорость истечения газа, что позволяет осуществить более эффективное смешение топлива с воздухом за счет турбулизации в активной зоне рециркуляции. При этом образуется устойчивый длинный факел, как при розжиге, так и при регулировании.
Пример конкретного выполнения
Была изготовлена и испытана горелка предлагаемой конструкции со следующими параметрами ее конструктивных элементов:
диаметр выходного сопла корпуса
- 175 мм
максимальный диаметр
обратно-двухконусного центрального тела
- 170 мм
угол конусности центрального тела в направлении со
стороны входа в горелку
- 40°
угол конусности центрального тела в направлении
со стороны выхода из горелки
- 15°
внутренний диаметр корпуса
- 200 мм
3
При использовании газовой горелки для вращающихся печей розжиг печи сократился по времени на 3 часа, что позволило сэкономить топливо порядка 1500 м/ч. Форма факела горелки четкая, имеет стабильный фронт горения. Длина факела также увеличилась, что позволило перенести зону высоких температур в
зону экзотермических реакций, в связи с этим улучшилась спекаемость материала, снизилось налипание материала на футеровку и замазывание печи. Горелка заявляемой конструкции имеет высокую скорость вылета газа пламени, что обеспечивает хорошее смешение воздуха с газом.
Результаты испытаний газовых горелок приведены в таблице 1. Заявляемая конструкция газовой горелки для вращающихся печей формирует устойчивый длинный факел без срыва пламени, обеспечивает эффективное сжигание топлива за счет увеличения интенсивности турбулизации и скорости потока газа.
Таблица № 1
№№ п/п
Отношение максимального диаметра центрального тела к внутреннему диаметру корпуса
Угол конусности центрального тела в направлении со стороны входа а горелку, град.
Угол конусности центрального тела в направлении со стороны выхода из горелки, град.
Результаты испытаний
1
0,8
35
21
Высокая эффективность сжигания топлива, устойчивый длинный факел
2
0,9
50
18
Высокая эффективность сжигания топлива, устойчивый длинный факел
3
0,85
40
15
Высокая эффективность сжигания топлива, устойчивый длинный факел
4
0,74
25
12
Плохое перемешивание топлива с воздухом, низкая эффективность сжигания топлива, короткий факел
5
0,97
58
25
Плохое перемешивание топлива с воздухом, низкая эффективность сжигания топлива, короткий неустойчивый факел