ГОРЕЛКА
BURNER

Устройство относится к газовым инжекционным горелкам большой мощности и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей в особенности роторных с горизонтальной или наклонной осью вращения.
Близким к предполагаемому изобретению аналогом является газовая инжекционная горелка, описанная в патенте РФ №2243447.
Это изобретение также как и предполагаемое может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей. В аналоге, также как и в предполагаемом изобретении, газ под давлением проходит через сопла инжектируя из атмосферы воздух, необходимый для горения, далее газ и воздух поступают в камеру предварительного смешения, где происходит смешение газа и засасываемого воздуха. Таким образом, аналог, как и предлагаемая горелка, содержит трубу для подачи газа, сопла, камеру предварительного смешения. Анализ конструкции горелки, описанной в патенте РФ №2243447, позволяет сделать вывод, что при горении газовоздушной смеси не получается среднего и длинного факела, который имеет предлагаемая горелка. Предполагаю, что горелка, описанная в патенте РФ №2243447, не имеет большого срока службы, из-за наличия трех лопаточных завихрителей, работающих при высоких температурах. К числу недостатков следует отнести то, что горелка достаточно сложная, а, как правило, сложные конструкции часто ломаются и имеют сравнительно небольшой срок службы. Кроме того, имеются трудности в наладке и регулировке (размеры и количество дополнительных каналов и подачи воздуха, их расположения относительно друг друга, геометрии завихрителей, и окончательно определяется для каждого типа размера горелочного устройства индивидуально в ходе натурных огневых испытаний).
Перечисленные выше причины препятствуют получению технического результата, который обеспечивается изобретением. Близким к предполагаемому изобретению аналогом является газовая инжекционная горелка, описанная в патенте РФ №2358198.
Это изобретение также как и предполагаемое может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей. В аналоге, также как и в предполагаемом изобретении, газ под давлением проходит через сопла, инжектируя из атмосферы воздух, необходимый для горения, далее газ и воздух поступают в камеру предварительного смешения, где происходит смешение газа и засасываемого воздуха. Таким образом, аналог, как и предлагаемая горелка, содержит размещенные в общей сварной газораспределительной камере смесители в виде труб с каналом для подсоса атмосферного воздуха и газовыми соплами. Анализ конструкции горелки, описанной в патенте РФ №2358198, позволяет сделать вывод, что при горении газовоздушной смеси не получается длинного факела, который имеет предлагаемая горелка, тепловая мощность горелки более чем в три раза меньше предлагаемой, устанавливать такие горелки в тепловые и плавильные агрегаты средней и большой мощности нецелесообразно. Кроме того, в конструкции горелки не предусмотрено устройство для регулирования подачи воздуха.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению аналогом (прототипом) является газовая инжекционная горелка, содержащая стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, 9 цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям (см. Винтовкин А.А. и др. «Горелочные устройства промышленных печей и топок», Справочник, Интермет инжиниринг, М., 1999, с. 305-307, р. 7.44)».
Горелка среднего давления полного предварительного смешения и предназначена для работы на природном газе по ГОСТ 5542-87. Она устанавливается в камерах горения котлов и других теплоиспользующих агрегатах, работающих под разряжением. В больших котлах и больших плавильных печах использование таких горелок вызывает трудности, связанные с тем, что горелка обеспечивает полное сгорание газа на длине факела около 1 метра (справка приведена на странице 307. А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, В.Л. Гусовский, Т.В. Калинова. Горелочные устройства промышленных печей и топок, Справочник, «Интермет Инжиниринг» - М.: 1999. - 560 с.). Это мало при больших ваннах, допустим, газовых ванных плавильных печей отражательного типа. Кроме того, если использовать такие горелки в больших роторных печах, то длины факела явно недостаточно и конструкция печи (завалочного окна) не позволит их разместить. В коротко роторных печах необходимо, чтобы факел непосредственно обогревал цилиндрическую стенку печи.
Смесители горелки изготавливаются из углеродистой стали, поэтому горелки имеют небольшой срок службы (из опыта эксплуатации в ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», ООО «Промышленное литье», ООО «ПензВторСырье» г. Пенза, а также ООО «УЗТС-Станколит» г. Ульяновск). Кроме того, при набивке огнеупорной массы в пространство между смесителями происходит ее осыпание, так как положение горелки при набивке и обмуровке горизонтальное или немного наклонное. Расстояние между стенками смесителей составляет всего 20 мм, что сильно затрудняет процесс набивки огнеупорной массы в пространство между смесителями. Далее, в горелке отсутствует устройство для регулирования расхода воздуха. По приведенным выше причинам, а также указанным ниже недостаткам получение технического результата, который обеспечивается изобретением, невозможно.
Недостатками горелки, взятой за прототип, также являются:
- малый срок службы горелок из-за выгорания огнеупорной набивки, ее обсыпки и, как следствие, оплавление концов смесителей горелки;
- малая толщина смесителей горелки (3 мм), что приводит к их быстрому оплавлению;
- трудности в процессе набивки огнеупорной набивной массой пространства между смесителями горелок из-за малого расстояния между смесителями, а также трудности при обмуровке горелок в печи, так как необходимо выкладывать горелочный туннель.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка инжекционной горелки среднего давления большой мощности с длинным и средним на периферии и длинным факелом в центре, разработка конструкции туннель-рассекателя, который бы одновременно играл роль стабилизирующего пламя туннеля для центрального смесителя, направлял его пламя в центр и в то же время рассекал и направлял пламя периферийных смесителей на периферию, при этом бы происходило смешение длинного факела в центре, а также длинного и среднего факелов на периферии в один факел, нагрев всего объема печи, увеличение срока службы горелки, улучшение процесса набивки и обмуровки горелки в тепловом или плавильном агрегате, возможность регулирования расхода воздуха у периферийных смесителей.
Технический результат - разработанная конструкция инжекционной горелки среднего давления большой мощности позволяет получить длинный и средний на периферии, а также длинный факел в центре, разработанная конструкция туннель-рассекателя одновременно играет роль стабилизирующего пламя туннеля для центрального смесителя, направляет его пламя в центр и в то же время рассекает и направляет пламя периферийных смесителей на периферию, при этом происходит смешение длинного факела в центре и длинного и среднего факелов на периферии в один факел, при этом происходит нагрев всего объема печи, кроме того, применение жаростойких и жаропрочных материалов значительно увеличивают срок службы горелки, введение новых элементов конструкцию приводит к улучшению процесса набивки и обмуровки горелки в тепловом или плавильном агрегате, а также имеется возможность регулирования расхода воздуха у периферийных смесителей.
Это достигается тем, что в устройство «Горелка», содержащая стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, 9 цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям, отличающаяся тем, что согласно предлагаемому изобретению содержит кожух, приваренный к цилиндрической газораспределительной камере, в который набивается огнеупорная набивная масса, литой стабилизирующий пламя туннель, который надевается снизу на кожух, и приваривается к нему по периметру, причем в газораспределительной камере вварены на ее по периферии четыре периферийных смесителя с насадками, дающие факел длиной 3 метра, причем также по периферии в газораспределительную камеру вварены четыре смесителя без насадок, дающие факел 1,3 метра, а в центре размещен центральный смеситель с насадкой, к нижней части которой навинчивается туннель-рассекатель имеющей коническую форму, с гладкой наружной поверхностью, а на внутренней поверхности отлиты ребра, которые вместе с ребрами насадки и смесителя позволяют получить сильно вытянутый эллиптической формы факел длиною 4,2 метра, кроме того, горелка содержит устройство для регулирования расхода воздуха восьми периферийных смесителей, состоящее из: диска-регулятора с приваренными двумя ручками, двух гаек и сектора со шкалой. Такие детали горелки как: смесители, насадки к смесителям, литой стабилизирующий пламя туннель и туннель-рассекатель изготавливают из жаростойкого чугуна ЧС5Ш при этом жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей, насадок к смесителям, литого стабилизирующего пламя туннеля и туннеля-рассекателя, позволяет увеличить срок службы горелки.
При этом каждый из четырех периферийных смесителя с насадкой является отливкой и представляет собой трубу диаметром 66×9 мм и длиной 240 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, причем внизу смесители имеют наружную резьбу М60 длиной 15 мм.
Мало того, навинчивающиеся на периферийные смесители насадки имеют внутренний диаметр 48 мм с учетом ребер 38, длину 110 мм, вверху насадки выполнена внутренняя резьба М60 мм, на внутренней поверхности каждой насадки имеется 12 литых ребер с длиной заходной части «заострение» 10 мм, при этом угол «заострения» составляет 30° и в вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм, высота ребер составляет 5 мм, а длина резьбы 15 мм, при этом в низу насадки выполнены две лыски. Для удобства навинчивания и свинчивания насадки на периферийный смеситель с насадками, на ней выполнены две лыски под гаечный ключ, причем, насадки к периферийным смесителям в случае их обгорания (оплавления при длительной эксплуатации), заменяются на новые, что, в конечном итоге, увеличивает срок службы горелки.
Кроме того, каждый из четырех периферийных смесителя без насадки является отливкой и представляет собой трубу диаметром 66×9 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, длина смесителя 350 мм.
Существенно отметить, что литой стабилизирующий пламя туннель имеет в верхней части цилиндрическую форму, в средней части коническую форму, кроме того, в средней части на внутренней поверхности отлиты тридцать два ребра высотой 24 мм и толщиной 3 мм, при этом литые ребра со стороны движения газо-воздушной смеси имеют заходную часть «заострение», угол «заострения» составляет 30°, в вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм.
Вместе с тем, центральный смеситель является отливкой и представляет собой трубу диаметром 90×10 мм и длиной 340 мм, в которой по периферии под углом 26°±1° к оси смесителя просверлены четыре сопла с зенковкой входной части 1,0 мм под углом 90°, на внутренней поверхности в нижней части смесителя на длине 160 мм отлиты 16 ребер, при этом литые ребра со стороны движения газо-воздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 10 мм, угол «заострения» составляет 30°, в вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм, высота ребер составляет 6 мм, верхняя часть центрального смесителя имеет наружную резьбу М90 длиной 50 мм, а нижняя наружную резьбу М80 длиной 14 мм.
Более того, насадка к центральному смесителю имеет в верхней части внутреннюю резьбу М80, а в нижней части имеет наружную резьбу M115, длина насадки 55 мм.
Следует отметить, что туннель-рассекатель имеет коническую форму с гладкой наружной поверхностью, а на внутренней поверхности отлиты ребра в количестве 16 штук, при этом литые ребра со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 10 мм, угол «заострения» составляет 30°, а в вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм а в верхней части туннель-рассекатель имеет внутреннею резьбу M115, благодаря которой навинчивается на насадку центрального смесителя до совпадения ребер центрального смесителя, насадки и туннель-рассекателя.
Следует отметить, что введенный в состав горелки туннель-рассекатель играет роль стабилизирующего туннеля для факела центрального смесителя, а также рассекателя для четырех факелов периферийных смесителей с насадками и четырех факелов периферийных смесителей без насадок и вначале направляет каждый периферийный факел в пространство, образованное между внутренней конической поверхностью с ребрами стабилизирующего туннеля и наружной конической поверхностью туннель - рассекателя и, далее, допустим, к стенкам роторной печи. В итоге, образуются как бы три факела: четыре длинных периферийных факела, четыре средних периферийных факела, омывающих и нагревающих, к примеру, внутреннюю поверхность роторной печи, а в центре сильно вытянутый длинный эллиптической формы факел от центрального смесителя, причем все они сливаются вместе и образуют единый факел, который нагревает все пространство печи, внутреннюю поверхность и загруженную шихту.
Кроме того, введенный в конструкцию горелки кожух, изготовленный из качественной низкоуглеродистой стали марки Сталь 25, имеющий вид трубы диаметром 330×4 мм и длиной 270 мм, позволяет набивать огнеупорную набивную массу в пространство между смесителями до установки горелки в тепловой или плавильный агрегат, а также дает возможность просушивать и прокаливать горелку вне теплового или плавильного агрегата. Кожух предотвращает процесс осыпания огнеупорной набивной массы в процессе ее набивки. Благодаря кожуху и увеличенному расстоянию между смесителями, улучшается процесс набивки горелки огнеупорной набивной массой.
Кроме того, смесители, насадки к смесителям, литой стабилизирующий пламя туннель и туннель-рассекатель изготавливают литьем по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна марки ЧС5Ш ГОСТ 7769-82, имеющий следующий химический состав: С=2,7-3,3%; Si=4,5-5,5%; Mn≤0,1; Р≤0,03%; S≤0,2%.
Более того, экспериментально разработана автором и проверена на средних и больших ванных газовых плавильных печах отражательного типа и больших роторных печах следующая огнеупорная набивная масса для обмуровки горелки и набивки пространства между смесителями:
мертель муллитокорундовый ММКФ -85 ТУ 14-8-481-85
37%
лигносульфанат технический ТУ 13-0281036-89
17%
порошок молотой глины ПГБ ТУ 1522-009-00190495-99
21%
связующее алюмохромофосфатное МИКС ТУ 6-18-166-83
4%
кварцевый песок марки 1К
10%
вода
11%
Приведенная огнеупорная набивная масса после прокалки обладает высокой твердостью, высокой огнеупорностью, значительной стойкостью против осыпания при температурах до 1640°С. Срок службы горелки значительно увеличивается. Наконец, введение в горелку устройства для регулирования расхода воздуха восьми смесителей, состоящее из: диска- регулятора с двумя приваренными ручками, двух гаек и сектора со шкалой позволяет регулировать инжектируемый в восемь смесителей горелки воздух.
Это позволяет устанавливать горелки в больших котлах, в средних или больших газовых ванных отражательного типа плавильных печах, а также, в особенности, роторных печах с наклонной или горизонтальной осью вращения.
Введение в конструкцию горелки выше перечисленного позволяет успешно решить поставленную задачу.
На фиг. 1 показан вид горелки сверху.
На фиг. 2 изображен разрез А-А предлагаемой горелки.
На фиг. 3 показан периферийный смеситель с насадкой.
На фиг. 4 показан периферийный смеситель без насадки.
На фиг. 5 изображен стабилизирующий туннель с ребрами.
На фиг. 6 изображен центральный смеситель с насадкой.
На фиг. 7 показан вид Б центрального смесителя с насадкой.
На фиг. 8 показан туннель - рассекатель.
Предполагаемое изобретение «Горелка» состоит из девяти смесителей, объединенных общей цилиндрической газораспределительной камерой 1, к которой также как и в прототипе приварен штуцер 2, по которому подается природный газ, причем штуцер стальной сварной, имеющий центральную трубу, к которой приварены две боковых трубы фиг. 1, 2. Такая конструкция штуцера 2 позволяет более равномерно подавать газ в цилиндрическую газораспределительную камеру 1. Цилиндрическая газораспределительная камера 1 сварная, в ней просверлено по периферии восемь отверстий диаметром 61 мм, в которые вставлены и герметично заварены четыре периферийных смесителя 3 с насадками 4, четыре периферийных смесителя 5 без насадок, а в центре просверлено отверстие диаметром 91 мм, в которое вставлен и герметично заварен центральный 6 смеситель с насадкой 7 фиг. 1, 2.
Каждый периферийный смеситель 3 с насадкой 4 является отливкой и представляет собой трубу диаметром 66×9 мм и длиной 240 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, причем внизу смесители имеют наружную резьбу М60 длиной 15 мм фиг.3. Диаметр сопел 8 и диаметр периферийного смесителя 3 выбираются исходя из условий обеспечения расчетного расхода газа одним смесителем. Верхняя часть периферийного смесителя 3 обтачивается до диаметра 60 мм, также в верхней части выполняется проточка на длину 12 мм для удобства сверления сопел 8, на нижнюю часть нарезается резьба М60, на которую навинчивается насадка 4. В каждой насадке 4 длиной 110 на внутренней поверхности имеются двенадцать литых ребер 9. Литые ребра 9 со стороны движения газо-воздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 10 мм. Угол «заострения» составляет 30°. В вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм, высота ребер составляет 5 мм. Внутренний диаметр насадки без учета ребер такой же как и у смесителя - 48, а с учетом ребер - 38 мм, длина резьбы составляет 15 мм. Для удобства навинчивания и свинчивания на периферийные смесители 3 с насадками 4, на каждой насадки 4 выполнены две лыски 10 под гаечный ключ. Общая длина периферийного смесителя 3 с насадкой 4 равна 350 мм. Смеситель с насадкой, имеющей на внутренней поверхности литые ребра при горении газо-воздушной смеси имеет факел длиной 3 метра. Насадки 4 к периферийным 3 смесителям в случае их обгорания (оплавления при длительной эксплуатации), заменяются на новые, что, в конечном итоге, увеличивает срок службы горелки.
Каждый из четырех периферийных смесителя 5 без насадки является отливкой и представляет собой трубу диаметром 66×9 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, длина смесителя 350 мм. Верхняя часть периферийного смесителя 5 без насадки обтачивается до диаметра 60 мм, также в верхней части выполняется проточка на длину 12 мм для удобства сверления сопел 8. При горении четыре смесителя без насадок дают факел длиной 1,3 метра,
В конструкцию горелки введен литой стабилизирующий туннель 11, существенно отметить, что литой стабилизирующий пламя туннель имеет в верхней части цилиндрическую форму, в средней части коническую форму, кроме того, в средней части на внутренней поверхности отлиты тридцать два ребра 12 высотой 24 мм и толщиной 3 мм, при этом литые ребра со стороны движения газо-воздушной смеси имеют заходную часть «заострение», угол «заострения» составляет 30°, в вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм. Литой стабилизирующий пламя туннель позволяет стабилизировать горение факелов четырех периферийных смесителей 3 с насадками 4 и четырех периферийных смесителей 5 без насадок, а также увеличивает срок службы горелки фиг. 2, 5. Для увеличения длины факелов периферийных смесителей, внизу, на внутренней конической поверхности стабилизирующего туннеля 11, отлиты тридцать два ребра. Литой стабилизирующий пламя туннель 11 надевается снизу на кожух 13, и приваривается к нему по периметру, кроме того, он приваривается по периметру с двух сторон к стальному кольцу 14. Стальное кольцо 14 предназначено для крепления горелки к траверсе роторной печи или к стенке печи, котла. В стальном кольце 14 имеется четыре отверстия 15 диаметром 18 мм фиг. 1. При этом габаритные размеры горелочного туннеля: диаметр 610 мм длина 280 мм.
Конструкция стабилизирующего туннеля 11 позволяет устанавливать горелку в тепловой или плавильный агрегат с любой толщиной стенки. Это обстоятельство позволяет использовать горелку в больших котлах, в средних и больших газовых ванных отражательного типа плавильных печах, а также в роторных печах с наклонной или горизонтальной осью вращения.
В центре общей цилиндрической газораспределительной камеры 1 приварен центральный 6 смеситель с насадкой 7, причем смеситель в верхней части имеет наружную резьбу 16 и в нижней части так же имеется наружная резьба, а на насадке 7 имеется внутренняя резьба для навинчивания на центральный смеситель 6 и наружная резьба, на которую навинчивается туннель-рассекатель 17 фиг. 2, 6. Центральный 6 смеситель с насадкой 7 получается литьем по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна марки С5ШЧ. Центральный 6 смеситель является отливкой и представляет собой трубу диаметром 90×10 мм и длиной 340 мм, в которой по периферии под углом 26°±1° к оси смесителя просверлены четыре сопла 8 с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90° фиг. 6. На внутренней поверхности в нижней части центрального смесителя на длине 160 мм отлиты 16 ребер поз.18. Литые ребра 18 со стороны движения газо-воздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 10 мм. Угол «заострения» составляет 30°. В вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм, высота ребер составляет 6 мм. Верхняя часть центрального смесителя имеет наружную резьбу М90 длиной 50, а нижняя наружную резьбу М80 длиной 14 мм. Верхняя часть центрального смесителя 6 обтачивается до диаметра 84 мм, также в верхней части выполняется проточка на длину 12 мм для удобства сверления сопел 8.
Более того, насадка 7 к центральному смесителю 6 имеет в верхней части внутреннюю резьбу М80 длиной 14 мм, а в нижней части имеет наружную резьбу М 115, длина насадки 55 мм, она имеет 16 ребер поз.19, которые не имеют заходной части, но остальные размеры ребер такие же, как у центрального смесителя 6 фиг. 7. Насадка 7 к центральному смесителю 6 получается литьем по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна марки С5ШЧ. Диаметр сопел 8 и диаметр центрального 6 смесителя выбираются исходя из условий обеспечения расчетного расхода газа одним смесителем. Верхняя часть центрального 6 смесителя вставляется в центральное отверстие цилиндрической газораспределительной камеры 1 и герметично заваривается в ней с двух сторон. Центральный 6 смеситель с насадкой 7 и туннель-рассекателем 17, позволяет получить сильно вытянутый эллиптической формы факел длиною 4,2 метра.
В состав горелки введен туннель-рассекатель 17, который играет роль стабилизирующего туннеля для факела центрального 6 смесителя фиг. 2, 8. Кроме того, туннель-рассекатель 17 рассекает каждый из четырех факелов периферийных смесителей 3 с насадками 4 и четырех факелов периферийных смесителей 5 без насадок и вначале направляет каждый периферийный факел в пространство, образованное между внутренней конической поверхностью с ребрами стабилизирующего туннеля 11 и наружной конической поверхностью туннель - рассекателя 17 и, далее, допустим, к стенкам роторной печи. В итоге, образуются как бы три факела: четыре длинных периферийных факела, четыре средних периферийных факела, омывающих и нагревающих, к примеру, внутреннюю поверхность роторной печи, а в центре сильно вытянутый длинный эллиптической формы факел от центрального смесителя, причем все они сливаются вместе и образуют единый факел, который нагревает все пространство печи, внутреннюю поверхность и загруженную шихту. Туннель-рассекатель 17 имеет коническую форму, с гладкой наружной поверхностью, а на внутренней поверхности отлиты 16 ребер поз. 20, которые вместе с ребрами 19 насадки 7 и ребрами 18 центрального смесителя 6 позволяют получить факел длиной 4,2 метра. Литые ребра 20 со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 15 мм. Угол «заострения» составляет 30°, в вершине «заострение» имеет радиус скругления 0,2 мм. В верхней части туннель-рассекатель 17 имеет внутреннею резьбу Ml 15, благодаря которой навинчивается на насадку 7 центрального 6 смесителя до совпадения ребер центрального 6 смесителя, насадки 7 и туннель-рассекателя 17.
К цилиндрической газораспределительной камере 1 приварен по периметру кожух 13, сваренный из листовой низкоуглеродистой качественной стали марки Сталь 25, имеющий вид трубы диаметром 330×4 мм и длиной 270 мм, в который набивается огнеупорная набивная масса 21. Введенный в конструкцию горелки кожух 13, позволяет набивать огнеупорную набивную массу в пространство между смесителями до установки горелки в тепловой или плавильный агрегат, а также дает возможность просушивать и прокаливать горелку вне теплового или плавильного агрегата. Кожух 13 предотвращает процесс осыпания огнеупорной набивной массы в процессе ее набивки. Благодаря кожуху 13 и увеличенному, по сравнению с прототипом, расстоянию между смесителями, улучшается процесс набивки горелки огнеупорной набивной массой 21.
Кроме того, смесители, насадки к смесителям, литой стабилизирующий пламя туннель и туннель-рассекатель изготавливают литьем по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна марки ЧС5Ш ГОСТ 7769-82, имеющего следующий химический состав: С=2,7-3,3%; Si=4,5-5,5%; Mn≤0,1; Р≤0,03%; S≤0,2%.
Обмуровка горелки и набивка пространства между смесителями производится огнеупорной набивной массой 21, которую экспериментально разработал автор и проверил на действующих в г. Пензе, г. Саратове, г. Ульяновске газовых плавильных печах. Огнеупорная набивная масса 21 для обмуровки горелки и набивки пространства между смесителями имеет следующий состав:
мертель муллитокорундовый ММКФ -85 ТУ 14 - 8 - 481 - 85
37%
лигносульфанат технический ТУ 13-0281036-89
17%
порошок молотой глины ПГБ ТУ 1522-009-00190495 - 99
21%
связующее алюмохромофосфатное МИКС ТУ 6-18-166-83
4%
кварцевый песок марки 1К
10%
вода
11%
Приведенная огнеупорная набивная масса 21 после прокалки обладает высокой твердостью, высокой огнеупорностью, значительной стойкостью против осыпания при температурах до 1640°С. Срок службы горелки при этом значительно увеличивается.
Процесс приготовления огнеупорной набивной массы 21 следующий: замачивают порошок молотой глины в течение суток, далее добавляют порциями мертеля муллитокорундового и кварцевого песка, вся масса постоянно тщательно перемешивается, добавляется лигносульфанат технический и также все тщательно перемешивается. В заключении при перемешивании выливается в смесь связующее МИКС и вода. После набивки огнеупорной набивной массой пространства между смесителями горелка прокаливается при температуре 600-700°С в течение двух часов. В конструкцию горелки введено устройство для регулирования расхода воздуха восьми периферийных смесителей, состоящее из: диска - регулятора 22 с приваренными двумя ручками 23, двух гаек 24 и сектора 25 со шкалой, который позволяет регулировать инжектируемый в восемь периферийных смесителей горелки воздух.
Диск- регулятор 22 изготовлен методом штамповки из стального листа толщиной 4 мм и имеет диаметр равный внешнему диаметру цилиндрической газораспределительной камеры 1. В диске-регуляторе 22 просверлено девять отверстий, которые соосны с отверстиями смесителей, вваренных в цилиндрическую газораспределительную камеру 1 и имеют тот же диаметр, сверху диска-регулятора 22 приварены две ручки 23, с помощью которых можно поворачивать диск-регулятор 22 относительно центрального смесителя 6. В верхней части цилиндрической газораспределительной камеры 1 приварен «заподлицо» с верхней плоскостью газораспределительной камеры 1 сектор 25 с нанесенной шкалой как показано на фиг. 1. На диске-регуляторе 22 нанесена стрелка. Допустим, для конкретного состава природного газа обеспечивается полное сгорание газа на цифре, к примеру, единица, следовательно, это оптимальный расход горелкой природного газа при данном давлении и мы фиксируем двумя гайками 24 диск-регулятор 22 относительно отверстий периферийных смесителей 3 с насадками и периферийных смесителей 5 без насадок. Гайки 20 периодически рекомендуется подтягивать. Расчетная мощность горелки составляет 2,9 МВт. Габариты горелки: длина 530 мм, ширина (диаметр) - 680 мм.
Горелка работает следующим образом. Газ под давлением подается через три канала штуцера 2 в цилиндрическую газораспределительную камеру 1. Вытекающие из газовых сопел 8 струи газа инжектируют из атмосферы воздух, необходимый для горения, который по каналу 26 попадает в камеру 27 предварительного смешения, где происходит предварительное смешение газа и засасываемого воздуха фиг. 3, 4, 6. Сгорание основной части газо-воздушной смеси происходит в стабилизирующем туннеле 11 и туннеле-рассекателе 17, остальной части - в камере горения котла или печи. При смешении описанных выше факелов образуется единый факел, который нагревает все пространство печи. Регулировка расхода воздуха обычно производится при опытных, экспериментальных плавках на печи, а также при изменении давления или состава подаваемого в горелки газа. Девять цилиндрических смесителей является экспериментально установленным оптимальным числом для горелок, которые работают на среднем давлении и имеют большую мощность и, которые устанавливаются в средних и больших плавильных агрегатах и котлах, в особенности роторных печах с горизонтальной и наклонной осью вращения. Более того, при принятых прикидочных расчетах размеров горелки, смесителей, насадок к смесителям, литого стабилизирующего пламя туннеля и туннель-рассекателя оказалось, что при меньшем 9 и большем 9 смесителях в горелке технический результат не был достигнут.Данные получены на испытательном стенде для инжекционных горелок в ООО «Пензаплав» г. Пенза, где работает главным инженером автор заявки. На стенде можно экспериментально определить, как влияют на форму факела и на его длину конструктивные элементы горелки: форма и размеры смесителей, их расположение в горелке, их количество, форма и размеры насадок к смесителям, количество ребер и угол заострения на насадках, а также количество ребер, их размеры, размеры литого стабилизирующего пламя туннеля, туннель-рассекателя и т.д. Количество экспериментов, проводимых над предлагаемой горелкой было семь. Сверлили 5, 6 сопел в каждом смесителе под углами 23, 28°- технический результат не достигался, а достигался под углами 26°±1°. Существенно отметить следующее: предлагаемая горелка испытывалась при давлении 0,09 МПа. При меньшем 16 количестве литых ребер на внутренней поверхности центрального смесителя, на внутренней поверхности насадки к центральному смесителю, на внутренней поверхности туннель-рассекателя, например, 14-15 и при большем 17-18, а также, если литые ребра со стороны движения газовоздушной смеси имели заходную часть «заострение» длиной менее или более указанных выше, угол «заострения» составлял менее или более 30°, высота ребер отличалась от указанных выше технический результат не достигался. Важно отметить, что происходило завихрение факела и резко уменьшалась его длина. Испытывали насадки с 18-ю, 20-ю ребрами длина факела также уменьшалась, очевидно, ввиду большого сопротивления потоку газовоздушной смеси, так как уменьшался просвет, вернее сказать площадь, через которую проходит поток газовоздушной смеси. Более того, при испытаниях изменялась форма и габаритные размеры литого стабилизирующего пламя туннеля, количество ребер в его средней части на внутренней поверхности, их размеры: высота, толщина, угол «заострения» и т.д., однако, технический результат не достигался, а достигался только при указанных выше значениях. Эксперименты проводились с периферийными смесителями с насадками и со смесителями без насадок. Кроме того изменялось количество ребер на смесителях, их длина, диаметр смесителей, но технический результат был достигнут только при указанных выше параметрах смесителей и насадок.
Существенно отметить, что очень сильно на длину и форму факела, кроме указанных выше факторов влияет давление газа, подаваемого в горелку. Оптимальным для предлагаемой горелки получилось давление 0,09 МПа. Кстати сказать, при разработке конструкций горелок автор использовал ранее и использует сейчас опыт и результаты экспериментов, которые были получены в ходе выполнения ООО «Пензаплав» Государственого контракта №8297р/13094 от 31.07.10. Р№100831185742.
Необходимым условием нормальной работы горелки является наличие разряжения в камере горения в пределах 5÷20 даПа (мм вод.ст.). Номинальное давление газа перед горелкой 0,09 МПа. Тепловая мощность горелки 3100 кВт. Горелку можно легко зафутеровать, закрепить на траверсе роторной печи и установить одну или несколько штук в плавильном или другом тепловом агрегате. Итак, разработанная конструкция газовой инжекционной горелки большой мощности позволяет получить длинный и средний на периферии, а также очень длинный факел в центре, разработанная конструкция туннель-рассекателя одновременно играет роль стабилизирующего пламя туннеля для центрального смесителя, направляет его пламя в центр и в то же время рассекает и направляет пламя периферийных смесителей на периферию, при этом происходит смешение очень длинного факела в центре и длинного и среднего факелов на периферии в один факел, происходит нагрев всего объема печи, кроме того, применение жаростойких и жаропрочных материалов значительно увеличивают срок службы горелки, введение новых элементов в конструкцию приводит к улучшению процесса набивки и обмуровки горелки в тепловом или плавильном агрегате, а также имеется возможность регулирования расхода воздуха у периферийных смесителей.