Газомазутная горелка

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим раздельное и совместное сжигание газообразного и жидкого топлива в плавильных и нагревательных печах.
Известна газомазутная горелка типа ГНП, она выполнена из литых деталей и крепится на печи с помощью горелочной плиты. Природный газ подается по газоподводящей трубе, а воздух - по воздухоподводящей трубе. Газ, вытекает из отверстия в сопле, перемешивается с воздухом, который поступает по трубе и предварительно завихренным при помощи специальных лопаток на наконечнике сопла [4.1.9.2. Тины мазутных форсунок [электронный ресурс] // Тула-Терм. Режим доступа: http://snvs.ru/knigi/58-pechi-ximicheskoj-promyshlennosti-islamov-msh/1049.html (дата обращения 10.06.2016)].
К недостаткам данной горелки можно отнести недостаточно хорошее смешивание топливовоздушных потоков, что снижает температуру факела, а также перегрев металлической фронтовой плиты, приводящий к выходу горелки из строя. Кроме того, эта горелка не предусматривает использование резервного топлива.
Другим примером известной газомазутной горелки является газомазутные комбинированные горелки высокоинтенсивного горения типа ГКВГ, предназначенные для сжигания природного газа и мазута с холодным воздухом. Горелки дают короткий и широкий факел [Винтовкин, А.А. Горелочные устройства промышленных печей и топок (конструкции и технические характеристики): справочник / А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, - М.: Интермет Инжиниринг, 1999, 530 с. - стр. 450].
Недостатками этой горелки являются возможность ее работы только на среднем давлении газа, что не может обеспечиваться заводом, усложненность конструкции и отсутствие регулировки длины факела.
Известна газовая блочная горелка завода «Старорусприбор». В блочной газовой горелке, содержащей корпус, соединенный с вентилятором, соосно размещенный в корпусе газораздающий узел, сообщенный с газовым трактом регулятор расхода воздуха и узел расходов газа и воздуха. Преимущества такой горелки обеспечивает стабильную работу нагревательного устройства в любой точке рабочего диапазона, экономию газа до 10%, наилучший режим горения с минимальным количеством вредных выбросов в атмосферу. [Горелка газовая блочная с менеджером горения [Электронный ресурс]: Режим доступа: http//www.staroruspribor.ru/files/catalog/gallery/1100/1133/5.pdf (дата обращ. 13.06.2016)].
Главным недостатком такого типа горелок является отсутствие влияние ее работы на увеличение теплопередачи в рабочем пространстве печи.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой горелке является газомазутная горелка, содержащая корпус с воздушным патрубком и центральным топливоподающим узлом, установленным в смесителе с последовательно размещенными цилиндрическим, конфузорным участками и выходным соплом, в первом из которых выполнены тангенциальные окна, а последнее образует с выходным участком кольцевой канал для выхода воздуха [патент RU № 114514, МПК F23D 17/00, опубл. 27.03.2012 г.].
Недостатком данной горелки является, ограничение конструкторских возможностей по размещению горелочного устройства на печном оборудовании. А также потеря мощности горелки из-за частичного рассеивания подаваемого воздушного потока.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективность работы горелки.
Технический результат достигается при использовании газомазутной горелки, содержащей корпус с воздушным патрубком и центральным топливоподающим узлом, установленным в смесителе с цилиндрическим и конфузорным участками, выполненными в виде единого конусного участка с сужением в сторону выходного сопла под углом наклона 3-5°, который снабжен четырьмя рядами тангенциальных окон, равномерно расположенных в шахматном порядке по длине конуса и выполненных в виде цилиндрических отверстий на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности сечения конуса, при этом воздушный патрубок выполнен под углом 30-60° к продольной оси корпуса.
В результате выполнения воздушного патрубка под углом 30-60° к продольной оси корпуса обеспечивается подача воздушного потока, в корпус горелки направленно в сторону кольцевого канала под углом 30-60° к оси корпуса. За счет этого уменьшается рассеивающий эффект, и воздушный поток практически без потерь энергии попадает в четыре тангенциальных окна, проходя через которые, дополнительно разгоняется и турбулизируется.
Интенсификация процесса горения - сокращение длины факела и повышение его температуры - в совокупности приводит к сокращению времени нагрева металла и напрямую зависит от скорости подачи воздуха. Осуществляется направленная (под углом 30-60° к оси корпуса) подача воздушного потока, в результате чего происходит меньшее рассеивание воздушного потока, за счет этого увеличивается его мощность, которая оптимально используется в приграничных областях топливоподающего узла, и не происходит резкого торможения при входе в него, все это способствует увеличению скорости воздуха на входе в тангенциальные окна, что способствует увеличению суммарной эффективности диффузионного смесеобразования воздуха с топливом.
Следовательно, эффективность работы горелки увеличивается.
При этом установленный под углом 30-60° к оси корпуса воздушный патрубок за счет обеспечения им рационального входа воздушного потока в топливоподающий узел горелки способствует увеличению эжекционного эффекта, который увеличивает мощность горелки и оптимизирует ее работу во всех режимах. При выполнении воздушного патрубка под углом, превышающем 60°, значительно снижается желаемый эжекционный эффект и падает эффективность работы блочной горелки. Установка под углом меньше 30° невозможна из-за конструктивных особенностей корпуса горелки.
На чертеже представлена схема газомазутной горелки.
Газомазутная горелка состоит из корпуса 1 с воздушным патрубком 2, установленным под углом 30-60° к оси корпуса 1 с возможностью подачи воздушного потока в сторону кольцевого канала 3, центрального топливоподающего узла 4 с отверстиями для выхода газа 5. Центральный топливоподающий узел 4 установлен в смесителе 6 с цилиндрическим и конфузорным участками, выполненными в виде единого конусного участка с сужением в сторону выходного сопла 7 под углом наклона 3-5°. Выходное сопло 7 с корпусом 1 образуют кольцевой канал 3 для выхода воздушного потока. Смеситель 6 снабжен четырьмя рядами тангенциальных окон 8, равномерно расположенных в шахматном порядке по длине конуса и выполненных в виде цилиндрических отверстий на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности сечения конуса.
Устройство работает следующим образом.
В корпус 1 горелки через воздушный патрубок 2, выполненный под углом 30-60° к оси корпуса 1, подается по направлению к кольцевому каналу 3 воздушный поток, который приобретает эжекционный эффект. Направленный воздушный поток с более высоким давлением, движущийся с большой скоростью, увлекает за собой среду низкого давления. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся повышением давления. Воздушный поток, пройдя тангенциальные окна 8, приобретает скорость свыше 77 м/с.
При использовании в работе газомазутной горелки в качестве топлива - газа, газ, пройдя через отверстия для выхода газа 5, попадает в смеситель 6, где происходит его плавное четырехступенчатое смешение с закрученными воздушными потоками, поступающими через тангенциальные окна 8. Смешенный газовоздушный поток подается к соплу 7 горелки. Последняя пятая ступень смешивания обеспечивается подачей воздуха на сопло 7 из кольцевого канала 3, что приводит к интенсификации процесса сжигания топлива.
При использовании в работе газомазутной горелки в качестве топлива - мазута, воздушный поток, пройдя тангенциальные окна 8, приобретает большую скорость и закрученным потоком подается к соплу 7 горелки, где смешивается с мазутом, подаваемым через топливоподающий узел 4, и воздухом, подаваемым на сопло 7 из кольцевого канала 3, что приводит к интенсификации процесса сжигания топлива.
Таким образом, выполнение газомазутной горелки, содержащей корпус, смеситель с центральным топливоподающим узлом, с воздушным патрубком под углом 30-60° к продольной оси корпуса, обеспечивающим направленную подачу воздушного потока по направлению к кольцевому каналу, обеспечивает повышение эффективности ее работы.