Горелочное устройство

 

Изобретение относится к теплоэнергетике , в частности к конструкциям горелочныхустройств для сжигания газа, например, в вагранках для плавки чугуна. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования при различных температурах подогрева воздуха. Устройство дополнительно содержит исполнительный механизм с электродвигателем и усилитель, связанный с термопарой, дополнительно установленной в воздухоподающем патрубке, а свободный конец штока кинематически связан с валом электродвигателя. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4796270/06 (22) 27.02.90 (46) 07.01,92. Бюл. N 1 (71) Пензенский политехнический институт (72) Е.М. Кирин и П.А. Емельянов (53) 662,951.2(088. 8) (56) Чепель В.М, Сжигание газов в топках котлов и печей. — Л.: Гостоптехиздат, 1960, с. 166, Там же, с. 172.

Там же, с. 174.

Арсеев А.В. Сжигание природного газа.—

M,: Металлургиздат, 1963, с. 251, рис. 10-7.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкциям газовых горелок для сжигания газа, применяемых в различных тепловых агрегатах, в том числе в вагранках для плавки чугуна.

Известны газовые горелки с полным внутренним смешением газа и воздуха(применяются для сжигания газа в смеси с холодным воздухом) и горелки с внешним смешением газа (применяются для сжигания газа в смеси с горячим воздухом dtb-=

=- 400-600 С). В горелках с полным внутренним смешением газа и воздуха образование гаэовоздушной смеси происходит в корпусе горелки и в основное сопло подается готовая газовоздушная смесь. В горелках с внешним смешением газа и воздуха образование смеси производится на выходе основного сопла в горелочный туннель. Это объясняется тем, что при подогреве воздуха полное внутреннее смешение газа и воздуха в корпусе горелки организовать нельзя, „„Я „„1703916 А1 (st)s Р 23 0 14/66; Р 23 N 5/02 (54) ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям горелочных устройств для сжигания газа, например, в вагранках для плавки чугуна. Цель изобретения — расширение диапазона регулирования при различных температурах подогрева воздуха. Устройство дополнительно содержит исполнительный механизм с электродвигателем и усилитель, связанный с термопарой, дополнительно установленной в воздухоподающем патрубке, а свободный конец штока кинематически связан с валом электродвигателя. 4 ил. так как при температуре смеси около 370430 С происходит самовоспламенение смеси от тепла воздуха.

Известна газовая горелка с полным внутренним смешением, которая состоит из корпуса, нескольких газовых сопел, установленных в корпусе, смесителя и основного сопла (головки).

Недостатком горелки является то, что она может применяться только для работы на холодном воздухе.

Известна газовая горелка с внешним смешением газа и воздуха с многоструйной подачей газа в поток воздуха конструкции, состоящая из смесителя, конического переходника, газовых патрубков для подачи аза и воздуха в горелку. Газовая горелка может работать как на холодном, так и на горячем воздухе, Недостатком горелки является то, что процесс смесеобразования в этой горелке несовершенен, что приводит к неоднород1703916 ности образуемой гаэовоздушной смеси и, как следствие, снижению температуры сжигания газа до 1400-1600 С (при работе на холодном воздухе), что гораздо ниже теоретической. Неоднородность газовоздуш ной смеси обусловлена тем, что газ с воздухом смешивается в основном на выходе иэ сопла, а не во всем объеме горелки. Подача газа из большого количества газовых труб в поток воздуха незначительно улучшает однородностьь смеси. Подогрев воздуха улучшает процесс сжигания и увеличивает температуру горения на 100 — 200 С.

Известна газовая горелка ГНП, в которой однородность смеси повышена за счет организации смесеобразования в потоке за крученного воздуха. Горелка ГН П также относится к горелкам с внешним смешением газа и воздуха. Газовая горелка ГНП широко применяется в промышленности, однако ее конструкция не позволяет значительно повысить температуру сжигания газа при работе на холодном воздухе.

Показатели горелки улучшаются при работе на горячем воздухе.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является горелочное устройство, которое состоит из корпуса с воздухоподающим патрубком, телескопической топливной трубы с выходным соплом, установленной с возможностью продольного перемещения. Внутри топливной трубы соосно смонтирован штак, один конец которого жестко скреплен с выходным соплом, а свободный конец расположен за пределами корпуса, Недостатком известной горел ки я вл яется невозможность регулирования и изменения места ввода природного газа в поток воздуха, а также организации наиболее рационального сжигания газа с целью получения высокой температуры продуктов сгорания. Темйература воздуха для сжигания газа в этой горелке не учитывается. Регулирование горелки осуществляется вручную. Все это сужает возможность широкого автоматического регулирования процесса горения в зависимости от температуры входящего в горелку окислителя. Горелка не может быть использована для таких тепловых агрегатов, как. например, газовые вагранки, применяемые в литейном производстве для плавки чугуна.

При работе газовых горелок газовой вагранки, оборудованной воздухоподогревателем или рекуператором, в начальный период плавки (e течение 2 — 3 ч работы) температура подогрева воздуха нестабильна и колеблется в пределах от 20 (начало плавки) до 500-600 С (e стабильном режиме). Это

5

50 связано с тем, что теплообменное устройство не может сразу нагреть воздух до необходимой температуры. Сначала идет подогрев самой системы теплообмена, затем — медленный набор температуры воздуха в течение 2 — 3 ч, B течение этого времени горелка газовой вагранки (горелки с внешним смешением газа и воздуха) работает при изменяющейся температуре воздуха. В период, когда температура воздуха мала (tb = 20-100 С), горелка, приспособленная для работы на горячем воздухе, работает на холодном воздухе, в связи с чем температура факела низка (1400-1600 С), горение нестабильно, производительность вагранки падает, температура чугуна низкая. Далее при tb = 200-300 С процесс горения несколько улучшается, не незначительно.

Только при tb = 500-600 С (спустя 2-3 ч) процесс горения становится оптимальным и процесс плавки стабилизируется.

Исходя иэ изложенного, целесообразно разработать такое горелочное устройство, которое позволило бы учитывать температуру подогрева воздуха и организовать процесс горения, эффективный как на холодном, так и на горячем воздухе, т.е. разработать универсальную газовую горелку.

Целью изобретения является разработка универсального горелочного устройства и расширение диапазона регулирования его работы в зависимости от температуры подогрева воздуха.

На фиг. 1 из бражено горелочное устройство, продольный разрез(при tb = 500600 С); на фиг. 2 — положение топливной трубы и газового сопла при температуре воздуха tb= 20 С; на фиг.3 — то же, при tb =

= 200-300 С; на фиг. 4 — то же, при tb =

= 350 — 400 С.

Горелка состоит из корпуса 1, топливной трубы 2, выходного газового сопла 3 и основного сопла 4, Подача газа в горелку производится через трубу 5 и кран 6, подача воздуха — через воздухоподводящий патрубок и воздушный шибер 8.

Топливная труба 2 выполнена телескопической, состоящей иэ нескольких патрубков, вдвигаемых один в другой вдоль оси горелки Топливная труба снабжена штоком

9, передний конец которого жестко скреплен с газовым соплом 3. Другой конец штока выведен за пределы корпуса через уплотнение 10. Шток 9 связан с электродвигателем

11 исполнительного механизма (ИМ). Электродвигатель служит для перемещения штока, а соответственно, и газового сопла 3 газораспределительной трубки (посредством винтовой, реечной, зубчатой или другой передачи).

1703 16

55

B воздухоп дводящей трубе 7 смонтирована термопара (Т), например, хромельалюмелевая. Сигнал от термопары подае1ся на усилитель (У), а затем в исполнительный механизм и элекгродвигатель (ЭД). устройство работает следующим образом.

В горелку сначала подают воздух по патрубку 7, а затем подают газ по трубе 5.

Газ поступает в топливную трубу 2, откуда попадает в газовое сопло 3. Через отверстия сопла 3 гаэ в виде струй поступает в корпус 1 горелки. В корпусе горелки происходит смешивание воздуха и газа и образование гаэовоздушной смеси, которая затем поступает в основное сопла 4. На выходе из сопла 4 смесь воспламеняется и сгорает в горелочном туннеле 12. Продукты горения направляются в вагранку.

При работе на холодном воздухе (tb =

= 20 С) наиболее целесообразно организовать работу горелки при полном внутреннем смешении газа и воздуха. Топливная труба в этом случае находится в сжатом виде (фиг. 2). Сигнал, снимаемый с термопары, равен нулю, поэтому электродвигатель находится в неподвижном состоянии и не оказывает воздействия на шток. Горение газа происходит стабильно, без проскока пламени в горелку.

При работе на горячем воздухе при tb =

= 200-300 С термопара подает на усилитель сигнал, пропорциональный температуре подогрева воздуха. В усилителе сигнал усиливается, затем поступает в исполнительный механизм, электродвигатель которого воздействует на шток 9 топливной трубы. Шток

9 вдвигаетсяв корпус горелки и перемещает газовое сопло вперед в сторону основного сопла (фиг. 3), Перемещение штока пропорционально сигналу, поступившему с термопары. Перемещение газового сопла компенсирует приближение фронта горения пламени к основному соплу, возгорание смеси в районе сопла не происходит.

При работе на горячем воздухе при tb =

= 350-400 С (фиг. 4) сигнал с термопары возрастает и, соответственно, шток топливной трубы вновь перемещается вместе с газовым соплом вперед ближе к основному соплу. Горелка в этом случае работает в режиме, близком к режиму внешнего смешения газа и воздуха. Самовоспламенение смеси в корпусе горелки не происходит.

При работе на горячем воздухе при (tb =

= 500-600 С) перемещение штока и газового сопла продолжается и джазовое сопло устанавливается в окончательное положение непосредственно на выходе отверстия в основном сопле 4 (фиг. 1). Газовая горелка

45 работает в режиме внешнего смешения газа и воздуха. Припонижении ьцействие горелки аналогично, только производится в обратном направлении.

Таким образом, е процессе работы агрегата газовая горелка трансформируется из горелки с полным внутренним смешением в горелку с внешним смешением газа и воздуха, и наоборот. Это значительно расширяет диапазон регулирования и возможностей горелки, чем достигается универсальность работы горелки.

При использовании горелочного устройства предлагаемой конструкции достигается универсальность работы горелки, т.е. одна и та же горелка может быть использована для сжигания газа как на холодном воздухе, так и на горячем. Это обеспечивается за счет телескопического выполнения топливной трубы и возможности газового сопла изменять свое положение относительно основного сопла горелки. При этом расширяется диапазон регулирования работы горелки в зависимости от температуры подогрева воздуха, что обеспечивается наличием термопары, усилителя и исполнительного механизма, обеспечивающих регулирование положения газового сопла.

Конструкция горелки обеспечивает стабильную работу при изменении и колебаниях температуры воздуха без самовоспламенения смеси в корпусе горелки, Это также обеспечивается изменением положения газового сопла и изменением условий смесеобраэования. Причем обеспечивается автоматическое саморегулирова ние и роцесса работы горелки за счет вспомогательных устройств (Т, У, ИМ. ЭД), осуществляющих регулирование в зависимости от температуры воздуха.

Горелка обеспечивает эффективное сжигание газа как на холодном, так и на горячем воздухе. Кроме того, эффективность процесса сжигания газа не снижается в период подъема температуры воздуха от

30 до заданной. На холодном воздухе высокая температура продуктов сгорания (1700 — 1730 С) достигается за счет создания хороших условий смесеобразования и получения однородной гаэовоэдушной смеси

При температура воздуха 20-370 С высокая температура (1730-1780 С) достигается за счет подогрева воздуха и оптимального положения газового сопла, обеспечивающего хорошее смешение газа с воздухом беэ самовозгорания смеси в корпусе горелки и выхода из строя основного сопла.

На горячем воздухе (tb = 500 — 600 C) высокая температура (1800 — 1850 С) достига1703916 ется за счет высокого подогрева воздуха и стабильной работы горелки без самовоспламенения смеси в корпусе.

По сравнению с известным предлагаемое горелочное устройство характеризуется универсальностью, увеличением диапазона регулирования, эффективным сжиганием газа с высокой температурой при любой температуре воздуха, устранением самовоспламенения смеси в корпусе горелки, стабильностью работы, высокой стойкостью основного сопла, автоматическим регулированием работы.

Формула изобретения

Горелочное устройство, содержащее корпус с воздухоподающим патрубком и телескопическую топливную трубу с выходным соплом, установленную в корпусе с возможностью продольного перемещения, причем внутри трубы соосно расположен

5 шток, один конец которого жестко скреплен с выходным соплом, а свободный конец расположен за пределами корпуса, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования при различных

10 температурах подогрева воздуха, устройство дополнительно содержит исполнительный механизм с электродвигателем и усилитель, электрически связанный с термопарой, дополнительно установленной в воз15 духоподающем патрубке, а свободный конец штока кинематически связан с валом электродвигателя.

1703916

300 СЦ иъ 3

Составитель Е.Кирин

Техред М.Моргентал

Корректор Н.Ревская

Редактор В.Петраш

Производственно-издатепвскии комбинат "Патент, г. Ужгород, уп.Гагарина, 101

Заказ 52 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Горелочное устройство Горелочное устройство Горелочное устройство Горелочное устройство Горелочное устройство 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для контроля и регулирования преимущественно в химической, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности, например при сжигании и переработке газа и нефтепродуктов

Изобретение относится к области контроля режима горения пылевидного топлива в топочных камерах котлоагрегатов

Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить точность регулирования

Изобретение относится к приборостроению и позволяет расширить область применения

Изобретение относится к области управления газотурбинными двигателями, а в частности к приборам контроля пламени в камерах сгорания

Горелка // 1198321

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в различных теплотехнических устройствах для сжигания газообразного и жидкого топлива
Наверх