Способ сжигания горючей смеси и горелка для его реализации

 

Использование: в области энергетики и относится к способам сжигания горючих смесей в потоке и устройствам для сварки, резки, пайки и нагрева различных материалов пламенем. Сущность изобретения: способ сжигания горючей смеси заключается в интенсификации горения подогревом основного потока смеси подводом к нему запально-подогревающего пламени, которое получают сжиганием такой же смеси, доставляемой в зону горения вспомогательным потоком. При этом сквозь запально-подогревающее пламя пропускают, по меньшей мере, один дополнительный поток такой же смеси со скоростью большей, чем во вспомогательном потоке, а полученное сжиганием дополнительное пламя к основному потоку. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, конкретнее, к способам сжигания горючих смесей в потоке и устройствам для сварки, резки, пайки и нагрева различных материалов пламенем.

Известен способ горючей смеси, заключающейся в интенсификации горения подогревом основного потока смеси путем подвода к нему запально-подогревающего пламени, получаемого сжиганием такой же смеси, доставляемой в зону горения вспомогательным потоком (1).

Известна горелка для реализации известного способа сжигания горючей смеси, содержащая головку, снабженную соплом основного потока горючей смеси, выходом вспомогательного потока запально-подогревающего пламени и ходом для горючей смеси, выполненными с возможностью ее поступления от источника к выходам. (2) Известные способы сжигания горючей смеси и горелка для его реализации обладают ограничениями по видам и составу горючих смесей и технологическим возможностям и характеризуются узкими пределами тепловой мощности.

Задачей изобретения является расширение видов и состава горючих смесей, пределов тепловой мощности и технологических возможностей.

Поставленная задача достигается способом сжигания горючей смеси, заключающимся в интенсификации горения подогревом основного потока смеси путем подвода к нему запально-подогревающего пламени, получаемого сжиганием такой же смеси, доставляемой в зону горения вспомогательным потоком, причем сквозь запально-подогревающее пламя пропускают, по меньшей мере, один дополнительный поток такой же смеси, но со скоростью большей, чем у вспомогательного потока, а полученное ее сжиганием дополнительное пламя подводят к основному потоку, и горелкой для реализации способа, содержащей головку, снабженную соплом основного потока горючей смеси, выходом вспомогательного потока запально-подогревающего пламени и ходами для горючей смеси, выполненными с возможностью ее поступления от источника к выходам. При этом головка снабжена, по меньшей мере одним выходом дополнительного потока такой же смеси, выполненным с возможностью ее поступления сквозь запально-подогревающее пламя к основному потоку, а ходы для горючей смеси могут быть выполнены с возможностью регулирования, по меньшей мере, одного из потоков регулятором потока.

На чертеже показаны: на фиг.1 структура факела по способу сжигания по п. 1 формулы; на фиг. 2 горелка для реализации способа по п.п.1 и 2 ф-лы; на фиг.3 горелка для реализации способа по п.п. 1, 2 и 3 ф-лы; все в продольных разрезах.

По способу сжигания подогрев основного потока 1 (фиг. 1) горючей смеси осуществляется путем подвода к нему запально-подогревающего пламени 2, получаемого сжиганием такой же смеси, доставляемой в зону горения вспомогательным потоком и дополнительным пламенем 3, получаемым пропусканием через запальное пламя 2, по меньшей мере, одного дополнительного потока такой же смеси, но со скоростью большей, чем у вспомогательного потока, и ее сжиганием.

Тепловая производительность запально-подогревающего пламени 2 ограничена скоростью распространения пламени, которая весьма мала, например, у бензино-, спирто-, пропано-воздушных и им подобных, а особенно, у обедненных смесей. Полезная теплопроизводительность его ограничена, вдобавок, еще и поперечным сечением запально-подогревающего пламени, при увеличении которого сверх определенного размера растут только тепловые потери, а нагрев основного потока не увеличивается. Оптимальным поперечником запально-подогревающего пламени целесообразно считать такой, при котором оно целиком втягивается в подогреваемый поток.

Известная практика сжигать с помощью маломощного запально-подогревающего пламени значительно превосходящий его по расходу смеси основной поток позволяет рассматривать этот прием как метод усиления пламени по мощности в одну ступень. Усиливая таким же методом подогревающее пламя в одну ступень, совокупное пламя усиливают в две ступени и т.д. т.е. каскадно. Пропуская через запально-подогревающее пламя дополнительный поток смеси и сжигая ее, получают более мощное совокупное подогревающее пламя, позволяющее либо сжигать большее количество смеси в основном потоке, либо завершать горение основного потока на более короткой дистанции, т.е. компактировать ядро пламени с повышением его температуры (интенсифицировать горение). Согласно изобретению каскад усиления совокупности пламени может включать более двух ступеней.

Горелка для реализации способа сжигания горючей смеси (фиг.2) содержит головку 4, которая снабжена соплом 5 основного потока горючей смеси, выходом 6 запально-подогревающего пламени, ходами 7 для горючей смеси и, по меньшей мере, одним выходом 9 дополнительного потока. Ходы 7 выполнены с возможностью поступления горючей смеси от источника 8 к выходам 5, 6 и 9. Выход 9 дополнительного потока выполнен с возможностью поступления горючей смеси сквозь запально-подогревающее пламя к основному потоку. Головка 4 горелки может быть выполнена в виде монолитной детали, как показано на чертеже, так и быть сборной.

Сопло 5 в монолитной головке выполнено отверстием соответствующего поперечного и продольного профилей, в сборной головке может быть оформлено вставкой с таким же отверстием.

Выход 6 представляет собой окончание канала или системы каналов, предназначенных для пропуска вспомогательного потока горючей смеси, а его конструкция определяется предназначением способствовать истечению смеси со скоростью, отвечающей устойчивости запально-подогревающего пламени, и в направлении, обеспечивающем наилучший подогрев. Выход 6 может быть образован элементами формы как монолитной, так и сборной головки.

Ходы 7 в головке 4 горелки по п.2 формулы рассчитаны по сопротивлениям с возможностью обеспечить расходы смеси через выходы 5, 6 и 9, отвечающие заданной мощности горелки, и в соотношении, соответствующему устойчивому и эффективному горению с заданной формой факела. Ходы 7 могут быть выполнены как в монолитной, так и в сборной головке, отверстиями, выборками, пазами и пр. разнообразной формы и расположения и в различных сочетаниях.

Выход 9 дополнительного потока может быть образован несколькими отверстиями, расположенными около сопла 5, как показано на чертеже, а может быть выполнен кольцевым и т.п.

Поскольку расходы смеси через выходы 5, 6 и 9 головки 4 горелки по п.2 формулы связаны между собой нелинейной зависимостью, виды и состав сжигаемых смесей, тепловая мощность горелки и ее технологические возможности ограничены, хотя и расширены в сравнении с прототипом. Работа горелки ясна из описания способа.

Последующее развитие горелки по п.3 формулы предусматривает выполнение ходов 7 с возможностью регулирования, по меньшей мере, одного из потоков, например, 10 (фиг.10) регулятором потока 11. Наиболее эффективное достижение цели изобретения создается возможностью регулирования каждого потока смеси индивидуальным регулятором потока, например, 11, 12 и 13 как показано на фиг.3.

Горелка в этом случае работает следующим образом.

При закрытых регуляторах 11 и 12 открывают регулятор с некоторым превышением расхода смеси. Смесь от источника 8, которым может служить, например, аппарат барботирования бензина или другого летучего вещества сжатым воздухом, или эжекционный смеситель пропана и воздуха и т.п. начинает поступать к выходу 6, где ее поджигают от постороннего источника тепла (огня). Регулятором 13 настраивают запально-подогревающее пламя, которое в дальнейшем может оставаться постоянным, в том числе, на минимальном уровне.

Открывают регулятор 12, смесь начинает поступать к соплу 5 и вытекая из него поджигается запально-подогревающим пламенем. Если попытка увеличить мощность факела увеличением расхода смеси через сопло 5 проводит к отрыву пламени, это указывает на недостаточность подогрева смеси, тогда открывает регулятор 11. Дополнительный поток смеси из выхода 9 усиливает при этом подогревающее пламя, а отрыв пламени, образуемого основным потоком смеси через сопло 5, ликвидируется. При больших расходах смеси через сопло 5 и выход 9 пламя получается широким и удобным для нагрева различных материалов, при уменьшенном расходе через сопло 5 удается получить пламя с компактным ядром, удобное при сварке и пайке.

Возможность оперативного управления потоками с помощью регулятора позволяет существенно расширить виды и состав сжигаемых смесей, пределы тепловой мощности и технологические возможности горелки. При этом достигается побочный эффект в виде экономии топлива.

Формула изобретения

1. Способ сжигания горючей смеси, заключающийся в интенсификации горения подогревом основного потока смеси путем подвода к нему запально-подогревающего пламени, получаемого сжиганием такой же смеси, доставляемой в зону горения вспомогательным потоком, отличающийся тем, что сквозь запально-подогревающее пламя пропускают по меньшей мере один дополнительный поток такой же смеси, но со скоростью большей, чем у вспомогательного потока, а полученное сжиганием дополнительное пламя подводят к основному потоку.

2. Горелка, содержащая головку, снабженную соплом основного потока горючей смеси, выходом вспомогательного потока запально-подогревающего пламени и ходами для горючей смеси, выполненными о возможностью ее поступления от источника к выходам, отличающаяся тем, что головка снабжена по меньшей мере одним выходом дополнительного потока такой же смеси, выполненным с возможностью ее поступления сквозь запально-подогревающее пламя к основному потоку.

3. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что ходы для горючей смеси выполнены с возможностью регулирования по меньшей мере одного из потоков регулятором потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3