Горелочное устройство для сжигания низкокалорийного газа

Полезная модель относится к горелочным устройствам для сжигания низкокалорийного газа и может быть использована в различных топливосжигающих установках.
Для эффективного сжигания низкокалорийного газа существенное значение имеет обеспечение поддержание высокой температуры газовоздушной смеси, качественное и своевременное подмешивание окислителя к топливу. Для решения этой задачи используют подогрев воздуха или топлива и/или используют большое количество так называемого подсветочного высококалорийного газа. Для качественного перемешивания топливного газа с воздухом используют разделение газа на мелкие струи, но этот способ малоэффективен при сжигании низкокалорийного газа из-за сопоставимых объёмов воздуха и низкокалорийного газа, или применяют сильную закрутку газа через различные завихрители, что требует иметь большое давление низкокалорийного газа.
Из уровня техника известно горелочное устройство описанное в патенте RU 2039907 С1 опубликовано 20.07.1995 или устройство описанное в статье «разработка топочно-горелочного устройства котла тп-87 для сжигания доменного, коксового и природного газов», .Э. Лейкам, В.Е. Михайлов, В.И. Бреус, Н.С. Шестаков, Энергосбережение и Водоподготовка № 5 (109), 2017 А, стр.19, содержащее горизонтально установленную горелку и размещенные над ней с наклоном вниз патрубки вторичного воздуха и доменного газа. Это техническое решение при низком сопротивление доменного газа не обеспечивает качественное сжигание, и для поддержания полного выгорание низкокалорийного газа необходимо подавать большое количества газа на подсветку. К тому же раздельная подача воздуха на горелку природного газа и воздуха на горелку доменного газа приводит к необходимости работать с большими избытками воздуха в горелке, для обеспечения достаточности воздуха при изменении доли сжигания газов.
Известно горелочное устройство для сжигания низкокалорийного и загрязненного топлива защищаемое патентом RU 2644319C1 опубликовано 08.02.2018, которое содержит цилиндрическую камеру смешения потоков газа и воздуха и завихритель с лопатками. Лопатки завихрителя установлены с образованием чередующихся каналов таким образом, что один канал образован для истечения газа, а соседний с ним - для истечения воздуха. Сущность заявленного изобретения заключатся в том, что газ и воздух подают в камеру смешения горелки чередующимися потоками по каналам, образованным соседними лопатками одного завихрителя. Потоки газа и воздуха формируются в многослойный вихревой поток, состоящий из чередующихся плоских струй газа и воздуха, которые центробежными силами прижимаются к стенкам камеры смешения. При этом происходит распад струй и интенсивное перемешивание общего потока до однородной массы. При таком техническом решении перемешивание топлива и воздуха происходит лучше, не требуется держать повышенные избытки воздуха, но для получения достаточных инерционных сил закрученного потока необходимо иметь достаточные скорости потока и большое давление низкокалорийного газа. Из-за захолаживания массы низкокалорийного газа воздухом, для стабилизации воспламенения необходимо большое количество подсветочного газа.
Проблемы, описанные выше частично, решены в грелочном устройстве, описанном в статье «Модернизация горелочных устройств энергетических котлов на газообразных и жидких топливах» Шестаков Н.С., Лейкам А.Э., Асосков В.А., Сорокин А.П. ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, 2012, № 3, с. 31–37 на рис. 6 стр. 36. Представленная горелка коксового, доменного и природного газов состоит из двух каналов воздуха центральный и периферийный, в который встроены газораздающие трубки природного газа, доменный газ подается по периферийному каналу, закрутка доменного газа осуществляется тангенциальным лопаточным завихрителем. Качество сжигания обеспечивается, мощной круткой воздуха горения, и доменного газа. Как известно тангенциальный лопаточный завихритель имеет большое сопротивление, что требует подавать доменной газа с большим давлением. Для обеспечения качества сжигания требуется меньше природного газа на подсветку чем в вышеописанных устройствах, на уровне 15-20 %.
Существует горелочное устройство, способное по заявке изготовителя, обеспечить сжигание низкокалорийного газа с минимальным количеством подсветки высококалорийным топливом или без него. Такое горелочное устройство, описано в патенте BRPI0804291A2 опубликовано 13.07.2010. Горелочное устройство включает торсионную горелку, оснащенную камерой предварительного сгорания (циклонный предтопок). Недостатком данного грелочного устройства является массогабаритные характеристики из-за наличия циклонного предтопка, большого сопротивления горелки по воздуху и по топливу.
Предлагаемая полезная модель решает выше причисленные проблемы сжигания низкокалорийного газа посредством горелочного устройства, содержащего воздушный канал, соосно размещенные в нем периферийные газораздающие трубки, центральную трубу подачи природного газа для подсветки, на которой размещен аксиальный завихритель, занимающий 0,4-0,7 сечения воздушного канала, внутри центральной трубы размещен ствол для мазутной форсунки, улиточный завихритель, расположенный по внешнему периметру воздушного канала, для подачи низкокалорийного газа, канал низкокалорийного газа, при этом газораздающие трубки размещены по периметру аксиального завихрителя и выполнены с возможностью подачи природного газа.
На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого горелочного устройства.
На фиг.2 показан фронтальный вид на предлагаемое горелочное устройство.
Горелочное устройство содержит воздушной короб 1, улитку 2 подачи доменного газа, центральную трубу 3 подачи природного газа с отверстиями 4 на торце для подачи газа в топку. Внутри центральной трубы 3 топливного газа размещен ствол 5 для мазутной форсунки. Горелочное устройство также содержит коллектор 6 периферийного канала природного газа, газораздающие трубки 7, которые проходят по воздушному каналу в топку по периметру аксиального завихрителя 8, на конце труб находятся сопла 9 периферийного канала.
Полезная модель направлена на обеспечение эффективности сжигания низкокалорийного газа с минимальным количеством подсветки природным газом, в том числе низкокалорийного газа с низким давлением. Указанный технический результат достигается тем, что поток низкокалорийного газа закручивается улиточным завихрителем и подается по внешнему периметру воздушного потока. Попадая в топку, низкокалорийный газ прогревается высокотемпературными продуктами горения из топки, что совместно с осевой зоной обратных токов обеспечивает его надежное воспламенение и выгорание. За счет подачи низкокалорийного газа через улиточный завихритель, который при низком сопротивлении обеспечивает большой параметр крутки относительно других типов заверителей, поэтому горелочное устройство способно качественно сжигать низкокалорийный газ, подаваемый с низким давлением.
Воздух подается одним потоком, что не требует отдельного регулирования или запаса расхода воздуха при изменении доли сжигаемых газов в горелке. Воздух в воздушном канале разделяется на закрученный поток в аксиальном завихрителе и на прямоточный поток. Подсветочный газ подается по оси горелки в зону обратных токов, созданной аксиальным завихрителем. Закрученный поток обеспечивает формирование зоны обратных токов для стабилизации воспламенения, прямоточный поток обеспечивает интенсивное перемешивание с закрученном потоком низкокаларийного газа. Такое техническое решение горелочного устройства обеспечивает эффективность сжигания низкокалорийного газа с расходом природного газа на подсветку менее 5% по теплу и с минимальными избытками воздуха.