Блочная акустическая горелка

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим раздельное и совместное сжигание газообразного и жидкого топлива в плавильных и нагревательных печах с одновременным воздействием акустического поля, генерируемого горелкой, на процессы теплопередачи в их рабочем пространстве.
Известна газомазутная горелка, содержащая корпус установленными по оси мазутной и газовой сопел смесительной камерой с кольцевой щелью для дополнительной подачи воздуха [Арсеев А.В. Сжигание природного газа, М., Металлургиздат, 1963, с. 270, рис. 10-20].
Недостатком этой горелки являются низкая интенсификация процесса сжигания топлив за счет его продолжительного смешивания с воздухом и отсутствие какого-либо влияния на теплопередачу от дымовых газов к нагреваемому изделию. Данный тип горелок требует установки на промышленной печи отдельно стоящего вентилятора и сложной системы воздухораспределения по горелкам, а также системы ручного регулирования соотношения «Топливо-воздух».
Другим примером известной газомазутной горелки является устройство, содержащее корпус с каналами для подачи природного газа или сжатого воздуха, подключенными к вихревому акустическому излучателю, который генерирует акустическое поле, несколько интенсифицирующее смешение топлива с воздуха и воздействующее через факел горения на увеличение коэффициента теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к нагреваемому металлу. [А.С. SU №443228, МПК F23D 10/60, опуб. 15.09.74 г.].
Недостатком указанной горелки является отсутствие системы регулирования «Топливо-воздух», из-за наличия отдельно стоящего дутьевого вентилятора, что делает крайне сложным регулирование этого соотношения.
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. 08.10.14)].
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 блочная акустическая горелка, содержащая корпус, соединенный с вентилятором, соосно размещенный в корпусе газораздающий узел, сообщенный с газовым трактом, выходная часть корпуса выполнена в виде цилиндрического стакана, имеющего три тангенциальных отверстия, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по его окружности, причем газораздающий узел снабжен акустическим излучателем [Пат. RU №157977, МПК F23D 11/34, опуб. 20.12.2015 г].
Недостатком данной горелки является потеря мощности горелки из-за частичного рассеивания подаваемого воздушного потока.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы горелки.
Технический результат достигается в блочной акустической горелке, содержащей корпус с выходной частью в виде цилиндрического стакана с тремя тангенциальными отверстиями, равномерно расположенными по его окружности, соединенный с вентилятором, соосно размещенный в корпусе газораздающий узел, сообщающийся с газовым трактом, снабженный акустическим излучателем, при этом вентилятор установлен под углом 30-60° к оси корпуса.
Воздушный поток, подаваемый в корпус горелки направленно - под углом 30-60° к оси корпуса в сторону цилиндрического стакана, за счет уменьшения рассеивающего эффекта, практически без потерь энергии попадает в три тангенциальных отверстия, равномерно расположенных по окружности цилиндрического стакана, проходя через которые, воздушный поток 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. Для равных по техническим характеристикам блочных акустических горелок, при изменении установки вентилятора (под углом 30-60° к оси корпуса), осуществляется направленная (под углом 30-60° к оси корпуса) подача воздушного потока, в результате чего происходит меньшее рассеивание воздушного потока. За счет этого увеличивается мощность потока, которая оптимально используется в приграничных областях топливораздаточного узла и не происходит резкого торможения при входе в него. Все это способствует увеличению скорости воздуха на входе в тангенциальные отверстия, тем самым обеспечивая на выходе необходимое акустическое поле, что способствует увеличению суммарной эффективности диффузионного смесеобразования воздуха с топливом, истекающим из сопла акустического газового излучателя.
Следовательно, эффективность работы горелки увеличивается.
При этом установленный под углом 30-60° к оси корпуса вентилятор за счет рационального входа воздушного потока в топливораздаточный узел горелки усиливает эжекционный эффект, который увеличивает мощность горелки и оптимизирует ее работу во всех режимах.
Угол наклона меньше 30° не возможен из-за конструктивных особенностей вентилятора и корпуса горелки. А при угле наклона более 60° значительно снижается желаемый эжекционный эффект и падает эффективность работы блочной горелки.
На чертеже представлена блочная акустическая горелка.
Блочная акустическая горелка содержит корпус 1 с выходной частью в виде цилиндрического стакана 2 с тремя тангенциальными отверстиями 3, равномерно расположенными по его окружности. В корпусе 1 соосно с ним размещен газораздающий узел 4, сообщающийся с газовым трактом и снабженный акустическим излучателем 5. На воздушном патрубке 6 под углом 30-60° к оси корпуса 1 установлен вентилятор 7. На внешней стороне корпуса 1 установлен блок автоматики 8 системы регулирования соотношения "топливо-воздух", получающий сигнал от датчика 9 давления газа. Корпус 1 вставлен в насадку 10, образующую сопло 11 горелки и крепящуюся к горелочной плите (не показана).
Вентилятор 7 совместно с блоком автоматики 8 (типа MB ZRDLE, используемым в горелках ГБГ ООО «Брестсельмаш») регулирует расход подаваемого для горения воздуха в зависимости от расхода сжигаемого топлива. Генерируемое акустическим излучателем 5 акустическое поле, передаваясь через факел горения в рабочую камеру печи, значительно увеличивает теплопередачу от дымовых газов к нагреваемому металлу.
Устройство работает следующим образом.
В корпус 1 горелки, расположенным под углом 30-60° к оси корпуса 1 вентилятором 7, подается воздух, который приобретает эжекционный эффект, направленный поток с более высоким давлением, движущийся с большой скоростью, увлекает за собой среду низкого давления. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся, как правило, повышением давления. Попадая в выходную часть, представляющую собой цилиндрический стакан 2 с расположенными в нем по окружности тремя тангенциальными отверстиями 3, приобретает скорость течения в них 77 м/с, турбулизируется и, в результате вращательного движения, подается к соплу 11 горелки, где смешивается с газовым потоком, истекающим из акустического излучателя 5.
Природный газ от системы подводящего газопровода с расположенным в нем датчиком 9 давления газа, однозначно зависящего от его расхода, подается в газораздающий узел 4 горелки и далее в вихревой акустический излучатель 5, где, приобретая высокоскоростное вращательное движение, генерирует акустическое поле и попадает также к месту смешения его с воздушным потоком, т.е. к соплу 11 горелки, образуя факел горения.
Турбулизирующее воздействие на воздушный поток выходной части корпуса горелки, накладываясь на положительное влияние акустическго поля, генерируемого природным газом в акустическом излучателе 5, увеличивает суммарную эффективность смешивания топлива с воздухом, что в итоге приводит к интенсификации процесса горения, сокращению длины факела и повышению его температуры.
Кроме того, акустическое поле, излучаемое горелкой, передаваясь через факел горения в рабочую камеру печи, оказывает значительное влияние на увеличение теплопередачи конвекцией от дымовых газов, образующихся в результате горения топлива, к нагреваемому металлу.
Для поддержания постоянным соотношения «топливо-воздух», независимым от расхода топлива, в горелку встроен блок автоматики 8, связанный с вентилятором 7, который изменяет его обороты, получая сигнал от датчика 9 давления газа, однозначно зависящего от его расхода и расположенного на входе в газораздающий узел 4.
Таким образом, выполнение в предлагаемой конструкции блочной акустической горелки выходной части корпуса в виде стакана 1, в стенке которого расположены три тангенциальные отверстия 3 по его окружности, значительно повышает степень смешивания топлива с воздухом, установка над воздушным патрубком 6 вентилятора 7, связанного с блоком автоматики 8 для регулирования расхода воздуха в зависимости от расхода топлива, дающего возможность получать максимальную температуру факела, а также применение газораздающего узла 4 и акустического излучателя 5, который генерирует акустическое поле и повышает теплопередачу в печи к нагреваемому металлу. Кроме того, улучшается смесеобразование и сокращается время нагрева металла, а также снижаются капитальные затраты на создание сложной системы воздухораспределения.
Таким образом, эффективность работы блочной акустической горелки с газораздающим узлом и акустическим излучателем, на корпусе которой вентилятор установлен под углом 30-60° к оси корпуса возрастает.