Горелочное устройство

 

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в черной и цветной металлургии для отопления нагревательных и термических печей. Задача: расширение диапазона регулирования, повышение экономичности и эксплуатационной надежности. Это достигается тем, что в горелочном устройстве в воздухопроводящем корпусе 1 с завихрителями 2 на выходе расположена центральная газовая труба 3, снабженная на выходном конце цилиндрическим наконечником 4 в форме стакана, имеющим плавный обтекатель 5 с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала. На участке внезапного расширения расположены входные воздушные радиальные 6 и(или) наклонные каналы 7. На выходе наконечника 4 установлены рассекатели 8. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в черной и цветной металлургии для отопления нагревательных и термических печей.

Известна газовая горелка, содержащая воздухоподающий корпус, установленную на оси корпуса заглушенную с выходного торца газовую трубу с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности и коаксиально размещенный насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения и который на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры, а меньшим плотно скрепленный с боковой стенкой газовой трубы, причем камера подключена к полости корпуса при помощи отверстий, выполненных в обечайке, оси которых наклонены к оси камеры.

Однако известная горелка имеет ряд недостатков. Исключается возможность применения искусственных и запыленных газов из-за постепенного зарастания наклонных отверстий газовой трубы высокомолекулярными углеводородными соединениями. Кроме того, несовершенный гидравлический режим работы требует повышенных давлений в газо- и воздухопроводах, что снижает экономичность горелки.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности является газовая горелка - горелочное устройство, содержащая снабженный завихрителем воздухоподводящий корпус с центральной газовой трубой с воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, труба при этом снабжена рассекателями.

Недостатками данной горелки являются невозможность применения искусственных и запыленных газов из-за постепенного зарастания отверстий перфорированной перегородки высокомолекулярными углеводородными соединениями, а также недостаточный диапазон пределов регулирования по коэффициенту расхода воздуха и тепловой мощности, что снижает экономичность и эксплуатационную надежность горелки.

Задачей изобретения является расширение диапазона регулирования, повышение экономичности и эксплуатационной надежности. Это достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем воздухоподающий корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженной рассекателями, центральная газовая труба на выходном конце снабжена цилиндрическим наконечником в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3-0,6, имеющим обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные каналы расположены на участке внезапного расширения. При этом воздушные каналы или в обтекателе или радиально в стенке канала, или там и там.

На чертеже представлено предлагаемое устройство, продольный разрез.

В воздухоподводящем корпусе 1 с завихрителями 2 на выходе расположена центральная газовая труба 3, снабженная на выходном конце цилиндрическим наконечником 4 в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3-0,6, имеющим плавный обтекатель 5 с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные радиальные отверстия 6 в стенке стакана и (или) наклонные каналы 7 расположены на участке внезапного расширения. При выходе наконечника 4 установлены рассекатели 8.

Горелка работает следующим образом.

По центральной трубе 3 подается газ, по периферийному каналу корпуса 1 - воздух. На участке внезапного расширения создается зона максимального разрежения в районе радиальных 6 и (или) наклонных 7 воздушных отверстий. При этом обеспечивается подсос необходимого количества воздуха за счет кинетической энергии газовой струи для предварительного смешения в насадке 4, что исключает нестабильную работу горелки в различных тепловых режимах и значительно расширяет пределы регулирования по тепловой мощности и коэффициенту расхода воздуха. Завихрители 2, центрирующие наконечник одновременно с рассекателями 8, установленные на пути воздуха и газовоздушной смеси, дополнительно улучшают предварительное смесеобразование. При выполнении указанных соотношений диаметров достигаются оптимальные условия для процесса смесеобразования и существенно расширяются пределы регулирования, благодаря чему горелка позволяет реализовать практически любой тепловой режим, что увеличивает ее экономичность.

При выборе оптимального соотношения внутренних диаметров центральной газовой трубы и камеры предварительного смешения исходят из теоретических предпосылок уравнения Бернулли для создания разрежения при истечении газовой струи с целью подсоса необходимого количества первичного воздуха. Исследованиями установлено, что стабильная работа горелочного устройства обеспечивается при коэффициенте расхода первичного воздуха для предварительного смешения α_перв. = 0,2-0,3. Этот коэффициент достигается при соотношении диаметров не более 0,6. Дальнейшее сближение диаметров не позволяет реализовать инжектирующий режим истечения и обеспечить наличие развитой зоны разрежения у корня газовой струи. При соотношении диаметров менее 0,3 наблюдается значительное увеличение гидравлического сопротивления участка внезапного расширения, что ведет к энергетическим потерям предварительного перемешивания или требует создания повышенного давления газа и воздуха перед горелкой.

Угол наклона входных воздушных каналов к оси горелки в районе участка внезапного расширения выбирается в зависимости от теплотворной способности топлива. При горении природного газа стехиометрическое соотношение газ-воздух составляет примерно 1:10, т.е. для обеспечения α_перв. = 0,2-0,3 малым количеством газа требуется подсосать большое количество воздуха. Для этого случая рекомендуется соосное расположение каналов, чтобы уменьшить коэффициенты сопротивления при движении воздуха и увеличить их пропускную способность. Другой предельный случай - горение доменного газа, когда стехиометрическое соотношение 1: 4, т.е. энергии газовой струи вполне достаточно для того, чтобы просасывать воздух в необходимых для первичного смешения количествах через радиальные отверстия в стенке стакана. В то же время наличие наклонных каналов в этом случае повышает количество первичного воздуха вследствие меньших коэффициентов сопротивления и увеличивает возможность отрыва пламени при малых расходах газа, т.е. снижает стабильность работы горелки. Для остальных вариантов газовых смесей рекомендуется угол наклона воздушных каналов к оси горелки 0-90^о в зависимости от теплотворной способности и соответственно количества воздуха для предварительного смешения. В случае применения пропан-бутановой смеси возможно одновременное размещение радиальных и наклонных каналов для увеличения количества первичного воздуха, так как в этом случае стехиометрическое соотношение газ-воздух достигает 1:25.

Горелочное устройство может применяться в различных модификациях в зависимости от расположения входных воздушных каналов.

На камерных печах термического цеха завода ДСС опробована горелка, входные воздушные отверстия которой размещены радиально на участке внезапного расширения, т.е. реализован случай, при котором гидравлическое сопротивление на пути движения первичного воздуха максимально. В действующей конструкции отношение внутреннего диаметра центральной газовой трубы к внутреннему диаметру наконечника 0,46. Печи отапливаются коксодоменной смесью с теплотворной способностью 6,7 МДж/м³. Максимальные расходы газа 800 м³/ч, воздуха 1250 м³/ч. Эксперимент представляет собой пятикратное повторение ступенчатого изменения расхода газа от 800 до 50 м³/ч с шагом 50 м³/ч при постоянном расходе воздуха 1250 м³/ч. Испытание в реальных условиях фиксирует стабильную работу горелки при соотношении "газ-воздух" 1:25. Затем проводят исследования стехиометрического сжигания топлива в данной горелке. Предел регулирования по расходу газа при стехиометрическом соотношении газ-воздух 1: 40, что значительно расширяет пределы регулирования тепловой мощности горелочного устройства (7,44-297,78 кВт).

Ни одно из описанных топливосжигающих устройств не обеспечивает таких параметров.

Благодаря высокой устойчивости горения (соотношение газ-воздух достигает 1: 25) горелка работает стабильно и не нуждается в запальных устройствах и средствах контроля факела. Нет необходимости периодической чистки горелок вследствие зарастания высокомолекулярными углеводородными соединениями. Кроме того, расширенные пределы регулирования и возможность реализовать практически любой тепловой режим позволяют эффективно использовать перспективные разработки средств автоматизации и внедрение современных режимов отопления.

Формула изобретения

1. ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженной рассекателями, отличающееся тем, что центральная газовая труба на выходном конце снабжена цилиндрическим наконечником в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3 - 0,6, имеющим обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные каналы расположены на участке внезапного расширения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушные каналы расположены радиально в стенке стакана.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушные каналы расположены в обтекателе.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушные каналы расположены в стенке канала и в обтекателе.

РИСУНКИ

Рисунок 1