Газовая горелка

 

Изобретение относится к устройствам для сжигания газов в топках теплонапряженных технологических установок и может быть использовано в нефтехимической, энергетической, металлургической промышленности и в других отраслях народного хозяйства. В газовой горелке коллектор состоит из цилиндрических завихрительных колец различных диаметров, установленных коаксиально по отношению к продольной оси смесителя, завихрительные кольца выполнены пустотелыми со стороны входа и с винтовыми многозаходными каналами со стороны выхода к соплу, направление винтовых каналов во всех завихрительных кольцах одинаково, завихрительные кольца разделены кольцевыми пространствами для прохождения воздуха, к наружному завихрительному кольцу со стороны входа снаружи подсоединены с противоположных сторон патрубки подачи топливного газа, пустотелые полости промежуточных колец и наружного кольца соединены радиальными патрубками для подвода газа, каждое кольцо выполнено из двух полуколец, внутреннего и наружного, плотно прилегающих друг к другу, в каждом из которых выточена многозаходная трапецеидальная резьба и пустотелое пространство, к смесителю со стороны выхода подсоединено сопло в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием к смесителю, способного перемещаться по оси и фиксироваться в заданном положении. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания газового топлива в горелке. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для сжигания газов в топках теплонапряженных технологических установок и может быть использовано в нефтехимической, энергетической, металлургической промышленности и в других отраслях народного хозяйства.

Известна газовая горелка, содержащая корпус с установленным на входе коллектором, наклонные сопла которого размещены между лопатками завихрителя, причем сопла коллектора на выходе снабжены газоструйными вихревыми генераторами акустических колебаний [1].

Вращающийся поток воздуха, образующийся лопатками завихрителя, взаимодействует с пульсирующими вихревыми потоками газа, образованными вихревыми генераторами акустических колебаний, в результате чего происходит высокотурбулентное перемещение газа и воздуха и интенсификация химических реакций горения, чем обеспечивается полнота сгорания газового топлива.

Недостатком известной газовой горелки является низкая эффективность сжигания газового топлива, особенно в широком диапазоне производительности, что является следствием сосредоточенного взаимодействия газа в виде вихревых потоков только в одном поперечном сечении потока воздуха, что не может обеспечить достижения и полного, и однородного смешения потоков воздуха и газа особенно в широком диапазоне производительности.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является газовая горелка, содержащая смеситель, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу с выходной тороидальной амбразурой [2].

Известная горелка обеспечивает высокую эффективность сжигания топливного газа в горелке за счет получения однородной смеси в результате рассредоточенного взаимодействия струй газа и воздуха в объеме смесителя.

Недостатком известной газовой горелки является понижение эффективности сжигания газового топлива в горелке при изменении производительности в широком диапазоне.

Задача изобретения - повышение эффективности сжигания газового топлива в горелке за счет интенсивного смешения газа с воздухом с помощью газоструйных кольцевых завихрителей с винтовыми каналами.

Задача достигается тем, что в газовой горелке, содержащей смеситель, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу, коллектор с патрубками подачи топливного газа, причем коллектор состоит из завихрительных колец различных диаметров и одинаковой длины, коаксиально установленных по отношению к продольной оси смесителя, завихрительные кольца выполнены пустотелыми со стороны входа и с винтовыми многозаходными каналами со стороны выхода к соплу, причем направление винтовых каналов во всех завихрительных кольцах одинаково, между смежными завихрительными кольцами имеются расстояния в радиальных направлениях для прохождения воздуха, к наружному завихрительному кольцу со стороны входа подсоединены с противоположных сторон патрубки подачи топливного газа, а между внутренними и наружными кольцами установлены соединительные радиальные патрубки для перетока газа на уровне патрубков подачи газа, каждое завихрительное кольцо изготовлено из двух полуколец: наружного и внутреннего, плотно примыкающих друг к другу, в каждом из которых со стороны выходов выполнена соответственно внутренняя и наружная многозаходные трапецеидальные резьбы одинакового модуля и выполнены выточки для образования пустот со стороны входа, причем плотно соединенные полукольца между собой по средней осевой линии образуют пустотелое завихрительное кольцо со стороны входа и завихрительные каналы со стороны выхода. Сопло выполнено в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием к смесителю, способного перемещаться вдоль оси с телескопическим соединением со смесителем и фиксироваться в заданном положении в зависимости от соотношения расходов топливного газа и воздуха. Угол наклона образующих усеченного конуса сопла выбирается в зависимости от выходного диаметра сопла и диаметра смесителя с учетом уравнения сплошности газовых потоков на выходе из смесителя в радиальных направлениях в сопле.

Предлагаемая газовая горелка за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности сжигания газового топлива в горелке за счет интенсивного смешения газа с воздухом с помощью газоструйных кольцевых завихрителей.

На фиг. 1 изображена предлагаемая газовая горелка, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А-А на фиг.1; на фиг. 3 - вид Б-Б на фиг.1.

Газовая горелка (фиг. 1-3) содержит смеситель 1, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу 2, выполненному в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием к смесителю 1 и способного перемещаться вдоль оси с телескопическим соединением со смесителем 1 и фиксироваться в заданном положении с помощью тяг 3 с гайками. Внутри смесителя 1 установлен осесимметрично коллектор, состоящий из завихрительных цилиндрических колец: одного наружного и нескольких внутренних. Каждое завихрительное кольцо состоит из двух полуколец, наружного и внутреннего. Так, наружное завихрительное кольцо состоит из наружного 4 и внутреннего 5 полуколец, а внутреннее завихрительное кольцо состоит из наружного 6 и внутреннего 7 полуколец. Завихрительные кольца выполнены пустотелыми со стороны входа и с винтовыми многозаходными каналами 8 со стороны выхода к соплу 2, причем направление винтовых каналов во всех завихрительных кольцах одинаково. Между наружным полукольцом 4 наружного завихрительного кольца и стенками смесителя 1, как и между внутренним полукольцом 5 и наружным полукольцом 6 внутреннего кольца и между смежными внутренними и наружными полукольцами внутренних колец имеются расстояния в радиальных направлениях для прохождения воздуха. К наружному полукольцу 4 наружного кольца со стороны входа подсоединены с противоположных сторон патрубки 9 подачи топливного газа. Между внутренним полукольцом 5 наружного кольца и наружным полукольцом 6 внутреннего кольца установлены соединительные радиальные патрубки 10 на уровне патрубков подачи газа 9 для распределения газа между внутренними завихрительными кольцами.

Каждое завихрительное кольцо состоит из двух полуколец, плотно примыкающих друг к другу. В каждом полукольце со стороны сопла 2 выполнена многозаходная трапецеидальная резьба 8 с выступами 11 и впадинами 12 одинакового модуля, причем для наружных полуколец выполнена внутренняя резьба, а для внутренних полуколец 5 - наружная. В полукольцах внутренних 5 и наружных 4 со стороны входа выполнены пустотелые выточки для образования пустот 13 в завихрительном кольце. При плотном примыкании наружного и внутреннего полуколец выступы зубьев полуколец прилегают друг к другу с образованием винтовых замкнутых каналов, по которым движется газ. Для равномерного распределения подачи газа в воздух в смесителе 1 с увеличением диаметра завихрительного кольца количество заходов резьбы увеличивается.

Газовая горелка работает следующим образом.

Топливный газ подается (фиг. 1-3) по патрубкам 9 в пустоты 13 наружного завихрительного кольца, откуда через патрубки 10 поступает в пустоты 13 внутренних завихрительных колец и в объемы винтовых каналов 8 завихрительных колец, откуда из винтовых каналов 8 выходят закрученные струи газа в смеситель 1, где смешиваются с воздухом, и закрученный газовоздушный поток перемещается вверх и к середине сопла, из которого выходит на сгорание в топку.

Для условий смешения топливного газа с воздухом с целью получения однородной смеси требуется рациональное использование энергии закрученных струй топливного газа при выходе в поток воздуха для интенсивного смешения двух газов с близкими физическими свойствами. Таким образом, использование принципа вдува закрученных струй в поток с близкими к вдуваемому агенту физическими свойствами однозначно обеспечивает получение однородной газовой смеси, так как скорость распада струи характеризует интенсивность смешения газовых компонентов.

Технические преимущества предлагаемой газовой горелки по сравнению с прототипом заключаются в получении однородной газовоздушной смеси в широком диапазоне производительности газовой горелки за счет интенсивного смешения закрученного потока газа и воздуха.

Общественно полезные преимущества предлагаемой газовой горелки, вытекающие из технических преимуществ, заключаются в получении однородной газовоздушной смеси, уменьшении коэффициента избытка воздуха для горения, близкого к стехиометрическому, что обеспечивает полноту сгорания газа и повышение температурного уровня в объеме горения и уменьшение удельного расхода газового топлива.

Формула изобретения

Газовая горелка, содержащая смеситель, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу, коллектор с патрубками подачи топливного газа, отличающаяся тем, что коллектор состоит из цилиндрических завихрительных колец различных диаметров и одинаковой длины, коаксиально установленных по отношению к продольной оси смесителя, завихрительные кольца выполнены пустотелыми со стороны входа и с винтовыми многозаходными каналами со стороны выхода к соплу, причем направление винтовых каналов во всех завихрительных кольцах одинаково, между смежными завихрительными кольцами имеются расстояния в радиальных направлениях для прохождения воздуха, к наружному завихрительному кольцу со стороны входа подсоединены с противоположных сторон патрубки подачи топливного газа, а между внутренними и наружными кольцами установлены соединительные радиальные патрубки на уровне патрубков подачи газа, каждое завихрительное кольцо состоит из двух полуколец, наружного и внутреннего, плотно примыкающих друг к другу, в каждом из которых со стороны выхода выполнена соответственно внутренняя и наружная многозаходные трапецеидальные резьбы одинакового модуля и выполнены выточки для образования пустот со стороны входа, причем плотно соединенные полукольца между собой по средней осевой линии образуют пустотелое завихрительное кольцо со стороны выхода, сопло выполнено в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием к смесителю, способного перемещаться вдоль оси с телескопическим соединением со смесителем и фиксироваться в заданном положении в зависимости от расходов топливного газа и воздуха, угол наклона образующих усеченного конуса сопла выбирается в зависимости от выходного диаметра сопла и диаметра смесителя с учетом уравнения сплошности газовых потоков на выходе из смесителя в радиальных направлениях в сопле.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3