Инжекторная газовая горелка и котел с инжекторными газовыми горелками

Группа изобретений предназначена для теплоэнергетики, в частности для автономных теплогенераторов, использующих газообразное топливо, сжигаемое в горелках атмосферного типа. Инжекторная газовая горелка содержит канал подвода газа, смеситель и диффузор, при этом смеситель плавно сопряжен с диффузором и выполнен в виде трубки Вентури, а боковые поверхности диффузора выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора выходного отверстия в виде одной щели или двух взаимно перпендикулярных щелей. Котел содержит корпус с топкой, в котором вертикально расположены описанные выше инжекторные горелки, внутри корпуса установлен теплозащитный экран из жаростойкого материала, коллектор для подачи газа в ижекторные горелки и оребренные трубы с теплоносителем. Изобретение позволяет улучшить процесс предварительного смешения топлива с первичным воздухом в самой горелке, повысить эффективность смешения вторичного воздуха с горящим факелом подготовленной смеси и поточных процессов. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к автономным теплогенераторам, использующим газообразное топливо, сжигаемое в горелках атмосферного типа.

Известна инжекторная газовая горелка, содержащая канал подвода газа, смеситель и диффузор (см. RU 22984 U1, 10.05.2002).

Недостатком указанной горелки является значительное аэродинамическое сопротивление и неравномерность раздачи смеси по огневым отверстиям горелки. В результате процесс горения происходит недостаточно эффективно, на отдельных отверстиях возможны проскок или отрыв в пламени.

Известен котел, содержащий корпус с топкой, в котором расположены инжекторные горелки, оребренные трубы с теплоносителем и коллектор для подачи газа в инжекторные горелки (см. FR 2388216 А, 17.11.1978).

В известном изобретении инжекторные горелки расположены внизу топки горизонтально, из которых вытекает смесь воздуха и газа, заранее подготовленная в смесеобразующих устройствах, подсоединенных к насадкам горелки и расположенных в районе стенки теплогенератора. С увеличением мощности теплогенераторов возрастают размеры последних, а вследствие этого, длины и поперечное сечение огневых насадков, необходимых для транспортировки горючей смеси на значительные расстояния. Это приводит к ухудшению аэродинамических характеристик топки и условий подвода вторичного воздуха к горящим факелам. Кроме того, огневые насадки, а тем более длинные, имеют ряд других существенных недостатков, например значительное аэродинамическое сопротивление и неравномерную раздачу смеси по огневым отверстиям. В результате чего процесс горения происходит недостаточно эффективно, факела сливаются и для завершения горения приходится увеличивать высоту топки, надежность работы огневых насадков снижается.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является инжекторная газовая горелка, содержащая канал подвода газа, смеситель, выполненный в виде трубки Вентури и диффузор с выходным отверстием (RU патент №2160871 С1, F 23 C 3/00, 20.12.2000).

Недостатком указанной горелки является то, что для обеспечения работы горелки требуется повышенная энергия газовой струи, т.е. повышенное давление газа требуется для инжекции необходимого количества воздуха для образования газовоздушной смеси, что делает невозможным работу горелки при низком давлении газа.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является котел с инжекторными газовыми горелками, содержащий корпус с топкой, в котором расположены инжекторные горелки, оребренные трубы с теплоносителем и коллектор для подачи газа в инжекторные горелки (RU патент №2160871 С1, F 23 C 3/00, 20.12.2000).

Изменение давления в топочной камере влияет на перепад давления в горелке, но не устраняет его, а это приводит к изменению коэффициента инжекции горелки. При этом происходит снижение устойчивости работы горелки. Затруднен подвод вторичного воздуха в зону диффузного горения и вследствие этого увеличивается длина топочной камеры.

Техническим результатом при использовании изобретения является улучшение предварительного смешения топлива с первичным воздухом в самой горелке, смешение вторичного воздуха с горящим факелом подготовленной смеси и повышение эффективности поточных процессов.

Указанный технический результат достигается тем, что в инжекторной газовой горелке, содержащей канал подвода газа, смеситель, выполненный в виде трубки Вентури и диффузор, смеситель плавно сопряжен с диффузором, а боковые поверхности диффузора выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора отверстия в форме одной щели или не менее двух взаимно перпендикулярных щелей.

Указанный технический результат достигается тем, что в котле с ижекторными газовыми горелками, содержащем корпус с топкой, в котором расположены инжекторные горелки, оребренные трубы с теплоносителем и коллектор для подачи газа в инжекторные горелки, инжекторные горелки установлены вертикально и выполнены в виде снабженного каналом подвода газа смесителя в виде трубки Вентури, плавно сопряженного с диффузором, боковые поверхности которого выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора выходного отверстия в виде одной щели или не менее двух взаимно перпендикулярных щелей.

На фиг.1 изображен котел, общий вид;

на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 изображена горелка, общий вид;

на фиг.4 - то же, вид А на фиг.3;

на фиг.5 - то же, вид Б на фиг.3;

на фиг.6 изображена горелка, вариант выполнения;

на фиг.7 - то же, вид В на фиг.6.

Инжекторная газовая горелка содержит канал подвода газа 1, смеситель 2 и диффузор 3, при этом смеситель 2 выполнен в виде трубки Вентури, а боковые поверхности диффузора 3 выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора выходного отверстия в форме одной щели 4 или не менее двух взаимно перпендикулярных щелей 5. Выходное отверстие диффузора 3, выполненное в виде щели 4 или щелей 5, является одновременно огневым отверстием. Сплющенная форма диффузора 3 создает наилучшие условия подвода вторичного воздуха к горящему факелу.

Котел с инжекторными газовыми горелками 8 содержит корпус 6 с топкой, в верхней части которого установлен пучок оребренных труб 7 с теплоносителем, а в нижней части - вертикально расположены инжекторные горелки 8, коллектор 9 для подачи газа в горелки. Для уменьшения тепловых потерь котла в окружающую среду внутри корпуса установлен теплозащитный экран 10 из жаростойкого материала

Топливо, например природный газ, подается к горелкам 8 по коллектору 9 и вводится в горелку через форсунку 11, эжектируя первичный воздух 12 из окружающей среды. В процессе движения по горелкам 8 топливо смешивается с первичным воздухом и подготовленная смесь с коэффициентом избытка воздуха, равным, примерно, 0,6, вытекает из выходного отверстия 4 или 5 в топку и поджигается, например, искрой. К горящим факелам 13 подмешивается вторичный воздух 14 и далее в диффузионной части пламени топливо догорает.

Так как высота диффузионного участка пламени невелика вследствие почти полного сгорания хорошо подготовленной смеси в смесителе горелки, выполненной в виде трубки Вентури, вертикальное расположение инжекторных горелок не приводит к увеличению высоты топки. Этому способствуют хорошие условия подвода вторичного воздуха к корню факела, где текущий вертикально вверх параллельно подготовленной смеси поток вторичного воздуха разделяет от смеси только минимальная толщина стенок горелки на выходе из диффузора 3.

В огневых же насадках, например, цилиндрической формы, вторичный воздух подтекает к огневым отверстиям более сложным образом, под углом к направлению движения подготовленной смеси, особенно, в пространстве между отверстиями, что ухудшает смешение.

Поскольку вертикальное расположение горелок 8 подразумевает подачу газа в горелки снизу топки и равномерное распределение его по поперечному сечению топки, то этим обеспечиваются одинаковые условия первичного и вторичного воздуха на всех горелках и равномерная раздача подготовленной смеси по поперечному сечению топки. Для хорошего пробега пламени в процессе запуска теплогенератора горелки соприкасаются друг с другом краями щелей.

Смеситель 2 горелки 8 плавно переходит в диффузор 3, в котором за счет поджатия потока в одном направлении при формировании щелевого выходного отверстия достигается равномерное истечение смеси в топку. Создание условий для хорошего смешения топлива и первичного воздуха по тракту горелки обеспечивает в дальнейшем однородное горение по всей площади топки, что важно для надежной работы теплогенератора.

Использование диффузора 3 более сложной формы, имеющего выходное отверстие в форме двух или более взаимно перпендикулярных щелей, позволяет почти в два раза увеличить расход топлива через одну горелку при сохранении высоты горелки и, тем самым, увеличить теплонадежность топки.

Итак, перенос всего процесса подготовки смеси и его истечения в топку в смесеобразующее устройство в виде трубки Вентури позволяет упростить конструкцию горелки, так как исключается огневой насадок с множеством отверстий.

Сплющенная форма горелки позволяет создать теплонапряженную топку с большим количеством горелок 8, располагая их вертикально, но на достаточном расстоянии друг от друга. При этом обеспечиваются хорошие условия подвода вторичного воздуха к корню факелов, что предотвращает слияние факелов вблизи горелок. Кромка горелки 8 хорошо охлаждается набегающим потоком вторичного воздуха, поэтому горелку можно изготовить методом штамповки из двух продольных половин из тонкого листа.

Таким образом, предложенная группа изобретений позволяет улучшить предварительное смешение топлива с первичным воздухом в самой горелке, повысить эффективность смешения вторичного воздуха с горящим факелом подготовленной смеси и поточных процессов.

1. Инжекторная газовая горелка, содержащая канал подвода газа, смеситель, выполненный в виде трубки Вентури, и диффузор, отличающаяся тем, что смеситель плавно сопряжен с диффузором, а боковые поверхности диффузора выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора выходного отверстия в виде одной щели или не менее двух взаимно перпендикулярных щелей.

2. Котел с инжекторными газовыми горелками, содержащий корпус с топкой, в котором расположены инжекторные горелки, оребренные трубы с теплоносителем и коллектор для подачи газа в инжекторные горелки, отличающийся тем, что инжекторные горелки установлены вертикально и выполнены в виде снабженного каналом подвода газа смесителя в виде трубки Вентури, плавно сопряженного с диффузором, боковые поверхности которого выполнены плоскими и сплющены для образования в верхней части диффузора выходного отверстия в виде одной щели или не менее двух взаимно перпендикулярных щелей.