Газогорелочная система

 

Использование: в энергетике для сжигания газообразного топлива в котлах, печах и др. Сущность изобретения: проходное сечение импульсной горелки 5 по отношению к проходному сечению выпускного отверстия 8 центральной топливной трубы в 8 - 10 раз больше. На центральной топливной трубе в выходном сечении воздухоподающей трубы 4 установлен с зазором по отношению к трубе 4 лопаточный аппарат 6. Соотношение диаметров лопаточного аппарата 6 и воздухоподающей трубы 4 равно D₃ / D_в = 0,85 - 0,87. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и теплотехнике и может быть использовано для сжигания газового топлива в котлах, печах и др.

Известна газогорелочная система содержащая центральную топливную трубу с периферийным воздушным каналом в выходном сечении которого установлены по образующей две импульсные периферийные горелки с резонатором, разделенные между собой перегородками, обеспечивающими встречное импульсное истечение газа, которые подключены вместе с центральной топливной трубой к золотниковому распределителю подачи газа [4] Недостатком устройства является низкая излучательная способность факела, что снижает эффективность теплообмена в рабочем пространстве, невозможность организации эффективного сжигания и теплообмена в низкотемпературных топках, например, водогрейных котлах, во вращающихся барабанных печах.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в газогорелочной системе содержащей корпус, подводящий патрубок с центральной топливной трубой, установленной в воздухоподающей трубе, в выходном сечении по периферии воздухоподающей трубы установлена кольцевая импульсная горелка, проходное сечение которой по отношению к проходному сечению выпускного отверстия центральной топливной трубы в 8-10 раз больше последнего, а на центральной топливной трубе в выходном сечении воздухоподающей трубы установлен лопаточный аппарат с профилированными лопатками, перекрывающий частично воздушный канал, причем соотношение диаметров лопаточного аппарата и воздухоподающей трубы составляет D_з/D_в 0,85-0,87 Использование предлагаемого изобретения позволит повысить излучательную способность факела и эффективность сжигания газового топлива в топках котлов и печах.

На чертеже изображена газогорелочная система, которая содержит подводящий патрубок 1, соединенный с центральной топливной 2 и газовой полостью 3. В выходном сечении вокруг воздухоподающей трубы 4 установлена кольцевая импульсная горелка 5. В этом же сечении на топливной трубе 2 установлен аксиальный лопаточный аппарат 6 с зазором по отношению к воздухоподающей трубе 4. Для подачи газа в полость 3 в патрубке 1 предусмотрено отверстие 7, а для подачи другой части газа в закрученный поток воздуха в топливной трубе 2 имеется отверстие 8. Внешняя стенка газовой полости 3 образует корпус 9 газогорелочной системы.

При работе газогорелочной системы газ подается в подводящий патрубок 1, откуда часть газа (8-10 ч.) через отверстие 7 в патрубке 1 попадает в газовую полость 3, а другая часть в центральную топливную трубу 2, из которой через отверстие 8 подается в закрученный поток воздуха. Газ из газовой полости 3 подается в кольцевую импульсную горелку 5, откуда импульсно вытекает в воздушный поток нормально оси его течения. Воздух по воздушной трубе 4 подается на горение сплошным потоком, попадая в выходное сечение, часть его проходит через аксиальный лопаточный аппарат 6, занимающий 73-75% площади всего сечения, а другая часть, сохраняя прямоточное течение, проходит по периферии трубы. Ввиду того, что по оси потока из-за аксиального лопаточного аппарата возрастает гидравлическое сопротивление, происходит перераспределение воздуха и в кольцевом пространстве между стенкой трубы 4 и внешней образующей лопаточного аппарата 6. Наибольший эффект достигается в тех случаях когда соотношение диаметров лопаточного аппарата и воздушного канала лежит в пределах D_з/D_в 0,85-0,87 Газ, втекающий в кольцевой прямоточный поток воздуха из кольцевой импульсной горелки 5, формирует первичную зону горения, а накладываемые пульсации газа с заданной частотой и амплитудой определяют толщину зоны горения и интенсивность массообмена с центральной зоной. Центральная зона формируется установленным лопаточным аппаратом, где газ и воздух находятся вне концентрационных пределов зажигания, за счет обратных токов в центральную зону через кормовую часть поступают продукты горения из первичной зоны горения и прогревают находящийся здесь газ. Прогрев газа, вытекающего из центральной топливной трубы, сопровождается термическим разложением метана по схеме CH₄__→ C₂H₆__→ C₂H₄__→ C₂H₂__→ C₂ (1) с образованием сажевых частиц, концентрация которых и их размеры определяют излучательную способность газового факела.

При окислении метана по реакции [1] CH₄+2O₂__→CO₂+2(H₂O)пар +O₁ выделяется Q₁ 802,9 МДж/кмоль теплоты.

Последовательная дегидрогенизация молекулы метана по схеме (1) требует суммарных затрат [2] теплоты в количестве Σ Q 1653,5 МДж/кмоль
Следовательно, первичная реакция инициирует 4-5 вторичных термических превращений метана [3] за счет теплового эффекта окисления m молекул метана.

Тогда из теплового баланса следует
m 802,9 1653,5 К
при к 5 цепей m 10,3
при к 4 цепей m 8,3
Где m число молекул метана, подвергнутого окислению.

Таким образом, тепловой эффект 10 окислившихся молекул метана обеспечивает термическое разложение с образованием сажи одной первичной молекулы метана.

Исходя из изложенного, соотношение расходов газа, подаваемого в кольцевую импульсную горелку 5 и центральную топливную трубу 2 должно быть ≈ 10:1, или 8:1, следовательно, при равных давлениях газа должно выполнятся условие соотношения площадей проходных сечений
8-10 где F_имп. площадь сечения для прохода газа в импульсной горелке
F_центр площадь сечения для прохода газа в выходном сечении центральной топливной трубы.

Формула изобретения

ГАЗОГОРЕЛОЧНАЯ СИСТЕМА, содержащая корпус, воздухоподающую трубу, в которой установлена центральная топливная труба, снабженная подводящим патрубком, импульсную горелку, установленную вокруг воздухоподающей трубы в плоскости среза ее выходного сечения, отличающаяся тем, что импульсная горелка выполнена кольцевой, а ее проходное сечение по отношению к проходному сечению выпускного отверстия центральной топливной трубы в 8 10 раз больше последнего, а на центральной топливной трубе в выходном сечении воздухоподающей трубы установлен с зазором по отношению к последней лопаточный аппарат с профилированными лопатками, причем соотношение диаметров лопаточного аппарата и воздухоподающей трубы равно D_зD_в 0,85 0,87.

РИСУНКИ

Рисунок 1