ГОРЕЛКА-ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использована в металлургической промышленности, в частности для получения теплосушильного агента.
Известно устройство для подготовки сушильного агента, содержащее установленную в трубе горелку и надетую на выходной конец трубы перфорированную цилиндрическую манжету с заглушкой, при этом труба с выходного торца заглушена и имеет на боковой поверхности в зоне манжеты тангенциальные пазы с направляющими пластинами, за которыми между трубой и манжетой установлено отбойное кольцо, укрепленное на манжете и образующее с трубой кольцевой зазор (SU, №1239490, F26B 23/02, F23Д 14/02, опубл. 23.06.1986 г).
Известное устройство для подготовки сушильного агента типа «труба в трубе» не обеспечивает высокую эффективность сжигания топлива вследствие плохого смешения топлива с воздухом. Существует высокая вероятность прогорания неохлаждаемой трубы из-за контакта с факелом.
Кроме того, данное устройство не обеспечивает широкий диапазон регулирования температуры сушильного агента, требуются большие затраты на изготовление устройства.
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, установленным по оси корпуса подвижным дросселем в виде обратно-двухконусного центрального тела с частичным выходом за обрез соплового отверстия корпуса горелки с образованием с ним кольцевого зазора, 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 (Патент РФ №58660, F23D 14/00, опубл. 27.11.2006 г.).
Конструкция известной горелки обеспечивает высокоэффективное сжигание топлива, но не обеспечивает получение оптимальной температуры теплосушильного агента.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является достижение наиболее полного и качественного сжигания топлива, достижение оптимальной температуры теплосушильного агента.
Поставленная задача решается тем, что в горелке-теплогенераторе, включающей газовую горелку, содержащую корпус с патрубком подвода газа с центральным сопловым отверстием, расположенным в его торцевой выходной части, установленным по оси корпуса подвижным дросселем в виде обратно-двухконусного центрального тела с частичным выходом за обрез соплового отверстия корпуса газовой горелки с образованием с ним кольцевого зазора, согласно полезной модели, корпус газовой горелки соосно ее вертикальной оси соединен с каналом сжигания топлива, образующим с корпусом кольцевой зазор с заслонкой, установленной с возможностью регулирования проходного сечения, при этом канал сжигания топлива выполнен из двух коаксиально расположенных труб с кольцевым каналом прохождения холодного воздуха, расположенным между наружной и внутренней трубами, и с патрубком подачи воздуха, при этом наружная труба канала сжигания топлива соединена с камерой смешения цилиндрической формы, кроме того величина длины L канала сжигания топлива составляет не менее 2,0 величины диаметра D наружной трубы канала сжигания топлива.
Обеспечение наиболее полного и качественного сжигания топлива путем наилучшего смешения топлива с воздухом возможно лишь при высокоскоростном истечении топлива из горелочного устройства.
Применение в заявляемой горелке-теплогенераторе конструкции газовой горелки с подвижным дросселем в виде обратно-двухконусного центрального тела обеспечивает такое высокоскоростное истечение газа. Ускорение газового потока 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 эффективное сжигание топлива.
Использование заявляемой конструкции канала сжигания топлива из двух коаксиально расположенных труб с кольцевым каналом прохождения холодного воздуха, расположенным между наружной и внутренней трубами, обеспечивает охлаждение внутренней трубы канала сжигания топлива. Это позволяет избежать прогаров внутренней трубы канала сжигания топлива и значительно сократить затраты на изготовление заявляемой конструкции горелки-теплогенератора за счет применения рядовых (недорогих) марок стали. Холодный воздух в процессе прохождения кольцевого канала между труб канала сжигания топлива нагревается незначительно. Поэтому при поступлении в камеру смешения холодный воздух, смешиваясь с продуктами сгорания, обеспечивает снижение температуры продуктов сгорания и получение оптимальной температуры тепло-сушильного агента на выходе из камеры.
Широкий диапазон регулирования температуры теплосушильного агента обеспечивается: во-первых, за счет изменения объема подаваемого холодного воздуха путем принудительной вентиляции через патрубок подачи холодного воздуха; во-вторых, изменением расхода топлива; в-третьих, изменением объема притока воздуха, поступающего непосредственно в зону горения через кольцевой зазор с заслонкой, установленной с возможностью регулирования проходного сечения кольцевого зазора.
Выполнение длины L канала сжигания топлива величиной не менее 2,0 величины диаметра D наружной трубы канала сжигания топлива обеспечивает
наиболее оптимальные условия для охлаждения внутренней трубы канала сжигания топлива и необходимого снижения температуры продуктов сгорания.
Выполнение длины L канала сжигания топлива величиной менее 2,0 величины диаметра D наружной трубы канала сжигания топлива не обеспечивает охлаждения стенок канала сжигания топлива.
На схеме изображена заявляемая горелка-теплогенератор.
Горелка-теплогенератор включает газовую горелку 1, содержащую корпус 2 с патрубком подвода газа 3 и центральным сопловым отверстием 4, расположенным в его торцевой выходной части 5. По оси корпуса 2 установлено обратно-двухконусное центральное тело 6, образованное соединением оснований конуса 7 со стороны входа в сопло 4 горелки 1 и конуса 8 со стороны выхода из газовой горелки 1. Корпус 2 газовой горелки 1 соединен с каналом сжигания топлива 9, образующим с корпусом 2 горелки 1 кольцевой зазор 10 с заслонкой 11, канал сжигания топлива 9 выполнен из двух коаксиально расположенных внутренней 12 и наружной 13 труб с кольцевым каналом прохождения холодного воздуха 14 и с патрубком подачи холодного воздуха 15. Наружная труба 13 канала сжигания топлива 9 соединена с камерой смешения 16 цилиндрической формы. Канал сжигания топлива 9 имеет длину L равную не менее 2,0 величины диаметра D наружной трубы 13 канала сжигания топлива 9.
Горелка-теплогенератор работает следующим образом.
В корпус 2 газовой горелки 1 через патрубок 3 подают газообразное топливо, поступающее на сопло 4. Зажигают факел. При рабочем режиме горелки - центральное тело 6 устанавливают в такое положение, чтобы максимальный диаметр в месте соединения оснований обратных конусов 7 и 8 центрального тела 6 совпадал с торцевым сечением выходной части 5. Такое положение обеспечивает высокую скорость истечения газа, что позволяет осуществить более эффективное смешение топлива с воздухом.
Одновременно осуществляют принудительную подачу холодного воздуха через патрубок 15. Холодный воздух, проходя по кольцевому каналу 14, охлаждает стенки внутренней трубы 12 канала сжигания топлива 9 и поступает в
камеру смешения 16, где смешиваясь с продуктами сгорания понижает их температуру в необходимых пределах.
Широкий диапазон регулирования температуры теплосушильного агента обеспечивается: во-первых, за счет изменения объема подаваемого холодного воздуха путем принудительной вентиляции через патрубок подачи холодного воздуха 15; во-вторых, изменением расхода топлива через патрубок подвода газа 3; в-третьих, изменением объема притока воздуха, поступающего непосредственно в зону горения через кольцевой зазор 10 с заслонкой 11, установленной с возможностью регулирования проходного сечения кольцевого зазора 10.
ПРИМЕР конкретного выполнения.
Была изготовлена и испытана горелка-теплогенератор заявляемой конструкции со следующими параметрами ее конструктивных элементов:
- диаметр D наружной трубы канала сжигания топлива
- 1000 мм
- длина L канала сжигания топлива
- 2010 мм
Канал сжигания топлива и камера смешения топлива выполнены из стали марки Ст3пс.
Использование горелки-теплогенератора заявляемой конструкции позволило обеспечить достижение оптимальной температуры теплосушильного агента, достичь качественного снижения топлива, избежать прогаров внутренней трубы канала сжигания топлива.
Испытание горелки-теплогенератора с длиной L канала сжигания топлива величиной менее 2,0 величины диаметра D канала сжигания топлива не обеспечило достаточного охлаждения стенок канала сжигания топлива, появились прогары, срок службы горелки-рекуператора значительно снизился.
Заявляемая конструкция горелки-теплогенератора обеспечивает эффективное сжигание топлива, широкий диапазон регулирования температуры тепло-сушильного агента и достижение его оптимальной температуры.