Керамическая газовая горелка для воздухонагревателя и способ ее эксплуатации

 

Изобретение относится к керамической газовой горелке воздухонагревателя шахтной печи. Задачей изобретения является улучшение характеристик сгорания, в частности, чтобы кривая зависимости прогара от высоты над горелкой стала круче. Керамическая газовая горелка для воздухонагревателя содержит центральный газовый канал, который открыт в центральной зоне венца горелки, и воздушные каналы на обеих сторонах газового канала, которые открываются в центральную зону, причем центральный воздушный канал имеет выходное отверстие внутри газового канала, а воздух подается в центральный воздушный канал восходящим потоком, который течет в двух противоположных направлениях через боковые отверстия. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а более точно к керамической газовой горелке и способу ее эксплуатации.

Из европейского патента N 0306072 известна керамическая газовая горелка для воздухонагревателя, действующего как регенеративный теплообменник для нагревания нагнетаемого воздуха в шахтную печь. Эта горелка содержит корпус с боковыми стенками, центральный газовый и боковые воздушные каналы с выходными отверстиями. Выходные отверстия боковых воздушных каналов расположены с двух противоположных сторон выходного отверстия центрального газового канала. Такое расположение отверстий обеспечивает понижение точки полного турбулентного смешивания. Это оказывает положительное влияние на стабильность пламени, а также на равномерность и полноту сгорания горючего газа.

Степень полноты сгорания горючего газа, так называемый прогар, зависит от высоты над горелкой, на которой достигается максимальный прогар. Это означает, что максимальный прогар достигается только на определенной высоте над горелкой. Величина прогара, как функции высоты над горелкой, может быть представлена в виде поднимающейся кривой, которая приближается к максимуму прогара асимптотически.

Техническим результатом изобретения является улучшение характеристик сгорания, т. е. увеличение крутизны кривой зависимости величины прогара от высоты над горелкой. Это означает достижение максимального прогара горючего газа на меньшей высоте над горелкой или же достижение большего прогара горючего газа на одной и той же высоте над горелкой.

Этот технический результат достигается тем, что в керамической газовой горелке для воздухонагревателя, содержащей корпус с боковыми стенками, венец, центральный газовый и боковые воздушные каналы с выходными отверстиями, выходные отверстия боковых воздушных каналов расположены с двух противоположных сторон выходного отверстия центрального газового канала, согласно изобретению, выполнен центральный воздушный канал с выходным отверстием или отверстиями внутри газового канала. Желательно, чтобы центральный воздушный канал имел выходное отверстие или отверстия в центральной зоне венца горелки.

Предпочтительно, чтобы центральный воздушный канал был размещен по оси газового канала.

Целесообразно, чтобы центральный воздушный канал был выполнен Т-образным для перемещения воздуха вверх по вертикальному участку, а затем по горизонтальным противоположным ответвлениям к выходным отверстиям. Благодаря такой конструкции горелки достигается интенсивное двойное смешивание воздуха, ведущее к более быстрому и лучшему сгоранию газа. Под "двойным" смешиванием воздуха имеется в виду дополнительный смешивающий эффект подачи воздуха центрально внутри центрального газового канала.

Также желательно, чтобы центральный воздушный канал имел вертикальную колонку и верхнюю часть, нависающую над колонкой и расходящуюся в боковые противоположные стороны, причем выходные отверстия были бы расположены в боковых торцах этой верхней части.

Эта верхняя часть может, таким образом, выступать в газовый поток под прямым углом. Это позволяет добиться такого эффекта, что перемешивание еще более улучшается благодаря завихрению газа вокруг выступающих частей центрального воздушного канала, которые к тому же могут иметь намеренно необтекаемые формы, также усиливающие эффект двойного перемешивания воздуха.

В одной из форм выполнения керамической горелки в соответствии с изобретением центральный газовый канал содержит расширяющийся вверх участок в области венца горелки, а выходные отверстия центрального воздушного канала расположены на уровне нижних концов расширяющегося вверх участка. Это позволяет также добиваться повышения эффекта смешивания.

Предпочтительно также, чтобы боковые воздушные каналы имели множество выходных отверстий, расположенных в соответствующих рядах на противоположных сторонах газового канала, и центральный воздушный канал имел множество выходных отверстий, направленных в боковые стороны и расположенных в продольном направлении в шахматном порядке относительно выходных отверстий боковых воздушных каналов. Это также содействует более интенсивному смешиванию газа с воздухом.

Эффективная конструкция керамической горелки в соответствии с изобретением достигается, когда горелка содержит боковые воздушные каналы, образованные боковыми стенками и разделительными стенками, отделяющими воздушные каналы от газового канала, а венец горелки оперт на противоположные боковые стенки и разделительные стенки, при этом в боковых стенках и в разделительных стенках и соответственно им в конструкции венца горелки выполнены фиксирующие шпунтовые элементы для обеспечения горизонтального расположения венца горелки. В результате этого исключается перемещение разделительной стенки внутрь и нарушение потока в центральной зоне.

Особые преимущества достигаются в соответствии с изобретением, если горелка по меньшей мере частично изготовлена из предварительно формованного бетона. Было установлено, что это позволяет получить значительную экономию в стоимости конструкции.

Изобретение также реализуется в способе эксплуатации керамической газовой горелки для воздухонагревателя, включающем подачу горючего газа в газовый канал и воздух для горения в воздушные боковые и центральный каналы, согласно изобретению, 10-20% от общего объема подаваемого воздуха подают через центральный воздушный канал, а остальную часть через боковые воздушные каналы.

На фиг.1 изображены кривые зависимости величины прогара горючего газа от высоты над керамической газовой горелкой, раскрытой в европейском патенте N 0306072, и над горелкой согласно изобретению; на фиг.2 вид сверху керамической газовой горелки для воздухонагревателя, согласно изобретению; на фиг. 3 поперечное сечение по линии 1-1 фиг.2.

Размещение и функционирование газовой горелки в камере сгорания воздухонагревателя хорошо известно и не нуждается в детальных объяснениях.

На фиг. 1 абсцисса представляет высоту над горелкой, а ордината прогар горючего газа в процентах по отношению к полному его сгоранию. Кривая 1 представляет характеристику прогара известной горелки по патенту ЕР-А-0306072, а кривая 2 горелки по изобретению. Ввиду "двойного" перемешивания воздуха, достигаемого в горелке, согласно изобретению, максимальный достигаемый прогар выше (ближе к 100%), и более высокая степень прогара достигается при меньшей высоте над горелкой. Содержание CO в сжигаемом газе, которое можно получить с известной горелкой при максимальном прогаре, порядка 5000 ppm CO. С горелкой по изобретению эту долю можно снизить примерно до 100 ppm CO.

Показанная на фиг.2 и 3 керамическая газовая горелка для воздухонагревателя содержит корпус 1 с боковыми стенками 2, венец 3, центральный газовый канал 4, внутри которого по его оси размещен центральный воздушный канал 5, и боковые воздушные каналы 6 с выходными отверстиями 7, расположенными в соответствующих рядах на противоположных сторонах центрального газового канала 4. Центральный воздушный канал 5 имеет направленные в боковые стороны выходные отверстия 8 в центральной зоне 9 венца 3 горелки, расположенные в продольном направлении в шахматном порядке относительно выходных отверстий 7 боковых воздушных каналов 6 (фиг.2).

Центральный воздушный канал 5 выполнен Т-образным для перемещения воздуха вверх по вертикальному участку, а затем по горизонтальным противоположным ответвлениям к выходным отверстиям 8. Газ поднимается вверх через щели 10.

Газовый канал 4 (фиг.3) в области венца 3 горелки имеет расширяющийся вверх участок, а выходные отверстия 8 центрального воздушного канала 5 размещены на уровне нижних концов расширяющегося вверх участка.

Боковые воздушные каналы 6 образованы боковыми стенками 2 и разделительными стенками 19, отделяющими воздушные каналы 6 от газового канала 4. Венец 3 горелки оперт на противоположные боковые стенки 2 и разделительные стенки 11. В боковых стенках 2 и разделительных стенках 11 и соответственно им в конструкции венца 3 горелки расположены фиксирующие шпунтовые элементы 12 для обеспечения горизонтального расположения венца 3 горелки.

Корпус горелки и разделительные стенки 11 могут быть изготовлены из огнеупорного бетона. Центральный воздушный канал 5 в данном случае состоит из стальных секций, внешние края которых забетонированы, а внутренние обеспечивают прохождение центрального потока воздуха. Для верхней нависающей под прямым углом части может быть использована, например, Т-образная балка над вертикальной частью центрального воздушного канала 5.

Элементы 13 венца 3 в данном случае состоят из трех слоев, уложенных друг на друга. Эти элементы были предварительно сформованы из огнеупорного бетона.

Способ эксплуатации керамической газовой горелки включает подачу горючего газа в газовый канал 4 и воздух, необходимый для горения, в боковые воздушные каналы 6 и центральный воздушный канал 5. Предпочтительно 10-20% от общего объема воздуха подают через центральный воздушный канал 5, а остальную часть через боковые воздушные каналы 6.

Благодаря быстрому и полному смешиванию горелка позволяет понизить высоту камеры сгорания и улучшить прогар горючего газа. С излишком в 10% воздуха по отношению к стехиометрически требующемуся количеству воздуха улучшенная система смешивания воздуха может понизить выход СО на коэффициент 50.

Формула изобретения

1. Керамическая газовая горелка для воздухонагревателя, содержащая корпус с боковыми стенками, венец, центральный газовый и боковые воздушные каналы с выходными отверстиями, выходные отверстия боковых воздушных каналов расположены с двух противоположных сторон выходного отверстия центрального газового канала, отличающаяся тем, что в горелке выполнен центральный воздушный канал с выходным отверстием или отверстиями внутри газового канала.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что центральный воздушный канал имеет выходное отверстие или отверстия в центральной зоне венца горелки.

3. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что центральный воздушный канал размещен по оси газового канала.

4. Горелка по любому из пп. 1 3, отличающаяся тем, что центральный воздушный канал выполнен Т-образным для перемещения воздуха вверх по вертикальному участку, а затем по горизонтальным противоположным ответвлениям к выходным отверстиям.

5. Горелка по любому из пп.1 4, отличающаяся тем, что центральный воздушный канал имеет вертикальную колонку и верхнюю часть, нависающую над колонкой и расходящуюся в боковые противоположные стороны, причем выходные отверстия расположены в боковых торцах этой верхней части.

6. Горелка по любому из пп.1 5, отличающаяся тем, что газовый канал в области венца горелки имеет расширяющийся вверх участок, а выходные отверстия центрального воздушного канала размещены на уровне нижних концов расширяющегося вверх участка.

7. Горелка по любому из пп.1 6, отличающаяся тем, что боковые воздушные каналы имеют множество отверстий, расположенных в соответствующих рядах на противоположных сторонах газового канала, и центральный воздушный канал имеет множество выходных отверстий, направленных в боковые стороны и расположенных в продольном направлении в шахматном порядке относительно выходных отверстий боковых воздушных каналов.

8. Горелка по любому из пп.1 7, отличающаяся тем, что боковые воздушные каналы образованы боковыми стенками и разделительными стенками, отделяющими воздушные каналы от газового канала, а венец горелки оперт на противоположные боковые стенки и разделительные стенки, при этом в боковых стенках и в разделительных стенках и соответственно им в конструкции венца горелки выполнены фиксирующие шпунтовые элементы для обеспечения горизонтального расположения венца горелки.

9. Горелка по любому из пп.1 8, отличающаяся тем, что она по меньшей мере частично выполнена из предварительно сформованного бетона.

10. Способ эксплуатации керамической газовой горелки для воздухонагревателя, включающий подачу горючего газа в газовый канал и воздух для горения в воздушные боковые и центральный каналы, отличающийся тем, что 10-20% от общего объема подаваемого воздуха подают через центральный воздушный канал, а остальную часть через боковые воздушные каналы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3