ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА
BURNER FOR GAS BURNING

Изобретение относится к технологии сжигания газообразного топлива в топках котлов и печах.
Известна горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая цилиндрический корпус, отражатель, стабилизатор, тангенциальный завихритель газа и регулятор зазора между отражателем и корпусом (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.175).
В горелке газ проходит через тангенциальный завихритель, после которого на выходе к нему подсасывается первичный воздух. Далее газовоздушная смесь подается на отражатель, который изменяет на 90° к оси горелки направление движения газовоздушной смеси. Угол разворота фиксируется стабилизатором, после которого в топливную смесь поступает вторичный воздух. Зазор между отражателем и корпусом регулируется с помощью винта, перемещающего отражатель по оси горелки. Пламя от горелки имеет по наружному диаметру форму круга, по толщине распространяется от горелки с некоторой конусообразностью в сечении параллельно топочной обмуровке.
Недостатками известной горелки являются следующие:
1) прогорание отражателя из-за прямого контакта с факелом при длительной работе в процессе эксплуатации, в результате чего горелка преждевременно выходит из строя;
2) закоксовывание зазора между отражателем и корпусом при эксплуатации в результате провисания отражателя на штоке из-за нагрева и, как следствие, неравномерного зазора, плохой очистки газа, а также при переменных режимах работы горелки при пуске и останове;
3) недостаточная полнота сгорания топлива в факеле на низких расходах газа из-за плохого перемешивания газа с воздухом;
4) при пуске горелки в работу необходимо ручное регулирование зазора между отражателем и корпусом для определения условий экономичного сжигания газа, так как горелка при малых расходах обладает возможностью саморегулирования, то есть зазор между корпусом горелки и отражателем может быть слишком большим или слишком малым по отношению к количеству горючей смеси. В первом случае факел не развертывается по поверхности стабилизатора и горит коптящим желтым пламенем, во втором случае возможен отрыв факела от стабилизатора. Все это ведет к перерасходу газа.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является горелка по патенту РФ №2396488, МПК F23D 14/24, 10.08.2010, содержащая цилиндрический корпус, стабилизатор, завихритель газа, при этом цилиндрический корпус снабжен регулируемым шибером для подачи воздуха, а с другой стороны корпуса по оси установлен стабилизатор с трубой подачи газа, на наружной цилиндрической поверхности которого жестко закреплены лопатки завихрителя вторичного воздуха, во внутренней полости соосно размещен и жестко закреплен у торца подачи воздуха и газа инжектор, на наружной поверхности которого закреплены лопатки завихрителя газа, а с внутренней стороны - пластинчатый завихритель первичного воздуха с двумя потоками крутки, причем лопатки завихрителей газа и вторичного воздуха и пластинчатый завихритель имеют одинаковое направление крутки, а завихрители газа и вторичного воздуха имеют еще и равное количество жестко закрепленных аксиально расположенных лопаток.
Недостатком известной горелки является отсутствие возможности автоматического регулирования расстояния между факелом горелки и поверхностью обмуровки в зависимости от тепловой мощности факела, что приводит к термическому перегреву материала обмуровки и ее механическому разрушению.
Задачей изобретения является исключение термического перегрева топочной обмуровки за счет обеспечения автоматического регулирования расстояния между факелом горелки и поверхностью обмуровки в зависимости от тепловой мощности факела.
Технический результат достигается тем, что в горелке для сжигания газа, содержащей цилиндрический корпус с регулируемым шибером для подачи воздуха, в котором установлен сборочный узел подачи воздуха и газа, включающий в себя завихрители газа и вторичного воздуха, имеющие равное количество аксиально расположенных лопаток, стабилизатор с трубой подачи газа, на наружной цилиндрической поверхности которого жестко закреплены лопатки завихрителя вторичного воздуха, при этом во внутренней полости стабилизатора соосно размещен и жестко закреплен у торца подачи воздуха и газа инжектор, на наружной поверхности которого жестко закреплены лопатки завихрителя газа, а с внутренней стороны - пластинчатый завихритель первичного воздуха с двумя потоками крутки, причем лопатки завихрителей газа и вторичного воздуха и пластинчатый завихритель имеют одинаковое направление крутки, согласно изобретению, в горелку введена зубчатая рейка, неподвижно закрепленная в цилиндрическом корпусе, и система контроля температуры топочной обмуровки, включающая преобразователь термо-эдс, электрически связанный с термопарой, установленной заподлицо с внутренней поверхностью топочной обмуровки, при этом сборочный узел подачи воздуха и газа, содержащий завихритель вторичного воздуха, стабилизатор с трубой подачи газа, выполненной гибкой, завихритель газа, инжектор, пластинчатый завихритель первичного воздуха, выполнен подвижным и установлен с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса посредством дополнительно введенного в горелку и соединенного с преобразователем термо-эдс электродвигателя с механизмом перемещения по зубчатой рейке, неподвижно закрепленного на базовой лопатке завихрителя вторичного воздуха.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена горелка для сжигания газа.
Деталям и узлам горелки на чертеже присвоены следующие позиции:
1 - цилиндрический корпус;
2 - съемная крышка шибера для подачи воздуха;
3 - пружинные винтовые регуляторы шибера для подачи воздуха;
4 - заслонка шибера для подачи воздуха;
5 - стабилизатор;
6 - завихритель вторичного воздуха с аксиально расположенными лопатками;
7 - труба подачи газа;
8 - инжектор;
9 - завихритель газа с аксиально расположенными лопатками;
10 - пластинчатый завихритель первичного воздуха;
11 - электродвигатель с механизмом перемещения;
12 - зубчатая рейка;
13 - преобразователь термо-эдс;
14 - электрическое соединение;
15 - термопара;
16 - топочная обмуровка;
17 - пламя от горелки.
Горелка для сжигания газа содержит цилиндрический корпус 1, с одной стороны которого установлена съемная крышка 2 шибера для подачи воздуха с пружинными винтовыми регуляторами 3 величины открытия заслонки 4 шибера, с другой стороны - по оси смонтирован стабилизатор 5, имеющий форму полого цилиндра, с одного конца которого закреплен диск. На наружной поверхности цилиндра стабилизатора 5 равномерно по окружности жестко закреплены аксиально расположенные лопатки завихрителя 6 вторичного воздуха и труба 7 подачи газа. Внутри стабилизатора 5 у торца, со стороны трубы 7, закреплен инжектор 8, имеющий равномерно расположенные по окружности лопатки завихрителя 9 газа, которые предназначены для закручивания топливного газа в высоскоростной жгут. Внутри инжектора 8 закреплен пластинчатый завихритель 10 первичного воздуха с двумя потоками крутки. Лопатки завихрителя 6 вторичного воздуха, лопатки завихрителя 9 газа и пластинчатый завихритель 10 первичного воздуха имеют одинаковое направление крутки, при этом завихритель вторичного воздуха и завихритель газа имеют равное количество лопаток. Завихритель 6 вторичного воздуха, стабилизатор 5 с трубой 7 подачи газа, завихритель 9 газа, инжектор 8, пластинчатый завихритель 10 первичного воздуха объединены в сборочный узел подачи воздуха и газа, образуя подвижную часть горелки для сжигания газа. В заявляемую горелку для сжигания газа введено устройство для перемещения в осевом направлении подвижной части горелки, состоящее из зубчатой рейки 12 и электродвигателя 11 с механизмом перемещения по зубчатой рейке 12. Зубчатая рейка 12 неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе 1. Труба 7 подачи топливного газа выполнена гибкой и ее конец, закрепленный в стабилизаторе 1, имеет возможность перемещения вместе со сборочным узлом подачи воздуха и газа. Электродвигатель 11 с механизмом перемещения неподвижно закреплен на базовой лопатке завихрителя 6 вторичного воздуха, при этом колесо (на чертеже не показано) механизма перемещения контактирует с зубчатой рейкой 12 и при своем вращении за счет контакта с зубчатой рейкой 12 перемещает сборочный узел подачи воздуха и газа. По сравнению с известной горелкой для сжигания газа по патенту РФ №2396488 все лопатки завихрителя 6 вторичного воздуха имеют возможность вместе со сборочным узлом подачи воздуха и газа перемещаться в направлении по оси горелки. Кроме устройства для перемещения в осевом направлении сборочного узла подачи воздуха и газа в горелку для сжигания газа введена система контроля температуры топочной обмуровки 16, включающая преобразователь 13 термо-эдс, связанный электрическим соединением 14 с термопарой 15, установленной заподлицо с внутренней поверхностью топочной обмуровки 16.
Горелка для сжигания газа работает следующим образом.
Горелка в сборе устанавливается в заранее подготовленное посадочное место в топочной обмуровке 16 плотно по цилидрической поверхности корпуса 1, так чтобы торцевая поверхность корпуса 1, обращенная к дисковой поверхности стабилизатора 5, была заподлицо с внутренней поверхностью стенки топки. Топливный газ подается через трубу 7 под давлением на лопатки завихрителя 9 газа, на которых закручивается в жгут и при выходе прижимается, за счет центробежных сил, к внутренней цилиндрической поверхности корпуса стабилизатора 5. Внутри жгута образуется разрежение и вследствие этого в газовый жгут подсасываются струи первичного воздуха, закрученные в пластинчатом завихрителе 10 первичного воздуха с направлением крутки, совпадающим с направлением крутки топливного газа. Количество необходимого для горения первичного воздуха саморегулируется путем подсоса за счет скорости выхода топливного газа после лопаток завихрителя 9 газа. Первичный воздух поступает в щелевой зазор между крышкой 2 шибера и заслонкой 4 шибера. Подсасывание вызывает интенсивное перемешивание струй первичного воздуха и топливного газа. За счет центробежных сил газовоздушная смесь на выходе из внутренней полости стабилизатора 5 развертывается в плоскую газовоздушную струю, перпендикулярную оси горелки. К этой струе на кромке тыльной стороны диска стабилизатора 5 подсасывается закрученный лопатками завихрителя 6 вторичный воздух, количество которого регулируется путем изменения зазора между крышкой 2 шибера заслонкой 4 при помощи пружинного винтового регулятора 3.
При поджигании газовоздушной струи топливный газ в струе сгорает, образуя плоский (толщиной не более 100 мм) факел большого диаметра (до 3 м), параллельный внутренней стенке топки, но перпендикулярный оси горелки. При возникновении контакта факела 17 от сгорания газа с поверхностью топочной обмуровки 16 или же при сильном тепловом излучении огнеупорный материал поверхности топочной обмуровки 16 разогревается, термопара 15 генерирует термо-эдс, величина которой в преобразователе 13 сравнивается с заданной величиной и при превышении подается электрический сигнал на электродвигатель 11 с механизмом перемещения, колесо которого (на чертеже не показано) вращается и за счет контакта с зубчатой рейкой 12 перемещает сборочный узел подачи воздуха и газа горелки по направлению вовнутрь топки и факел отодвигается от поверхности топочной обмуровки 16, снижая тем самым температуру поверхности обмуровки 16. При снижении температуры поверхности топочной обмуровки 16 подвижная часть горелки, наоборот, пододвигается к топочной обмуровке 16.
Пример работы конкретного устройства.
3
3
Топливный газ с теплотой сгорания 8080 ккал/м подается через трубу 7 под давлением 300 кПа в инжектор 8. Проходя через четыре лопатки завихрителя 9 газа, он закручивается в жгут из 4 струй с правой круткой и при выходе прижимается, за счет центробежных сил, к внутренней цилиндрической поверхности корпуса стабилизатора 5, имеющего диаметр диска стабилизатора 80 мм. Внутри жгута образуется разрежение и вследствие этого в газовый жгут подсасываются струи первичного воздуха, закрученные правой круткой. Это вызывает интенсивное перемешивание первичного воздуха и топливного газа. За счет центробежных сил газовоздушная смесь на выходе из внутренней полости стабилизатора 5 развертывается в плоскую газовоздушную струю. К этой струе на кромке тыльной стороны диска стабилизатора 5 подается закрученный правой круткой вторичный воздух и тем самым достигается оптимальная газовоздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха 1,03. Смесь при поджиге с помощью запальника загорается, образуя факел из продуктов сгорания, высокотемпературная зона которого расположена на расстоянии 50 мм от внутренней стенки топки. При расходе топливного газа 30 нм/ч диаметр факела 1,3 м при средней толщине 60 мм.
Заявляемая горелка для сжигания газа по своему применению в первую очередь ориентирована на пиролизные печи нефтехимических производств, в которых радиационный теплообмен является основным и зависит от температуры топочной обмуровки. Максимальная и минимальная допустимые температуры нагрева поверхности топочной обмуровки 16 устанавливаются на преобразователе 13 термо-эдс: максимальная температура 850°С; минимальная температура 650°С. При превышении заданной температуры 850°С подвижная часть горелки перемещается по направлению вовнутрь топки и факел отодвигается от поверхности топочной обмуровки 16, снижая тем самым температуру поверхности обмуровки 16. При температуре поверхности топочной обмуровки 16 менее 650°С подвижная часть горелки, наоборот, пододвигается к топочной обмуровке 16.