Диффузионно-вихревая газовая горелка

Авторы патента:

F23D14/02 - горелки с заранее приготовленной газовой смесью, т.е. горелки в которых газообразное топливо смешивается с воздухом до зоны сгорания

Владельцы патента RU 2743106:

Ким Сергей Николаевич (UZ)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для сжигания топлива (газообразного, пылевидного, жидкого или их комбинации) в промышленных печах и в других тепловых агрегатах. Диффузионно-вихревая газовая горелка содержит коллекторы для подвода газа, короб с расположенными в нем горизонтальными или вертикальными разделительными перегородками, образующими щелевые воздушные каналы, разделительные перегородки выполнены полыми в виде обтекаемого тела в поперечном сечении, при этом полости разделительных перегородок соединены с коллекторами для подачи газа, торцевая сторона обтекаемого тела на выходе горелки расположена под углом 90°. Профилированные поверхности стенок разделительных перегородок сделаны ребристыми таким образом, что ребрами сформированы каналы для обдува воздухом газораздаточных отверстий, расположенных в выходных торцах этих ребер, газораздаточные отверстия выпускают газ спутными струями, причем на середине выходного торца обтекаемого тела разделительных перегородок сформирован аэродинамический выступ для формирования вихрей по обе стороны от выступа. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания топлива в потоке воздуха. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для сжигания углеводородного топлива (газообразного, пылевидного, жидкого или их комбинации) в промышленных печах и в других тепловых агрегатах.

Известны горелки типа «ГВ» для сжигания газообразного топлива, содержащие диффузор, газовый коллектор, регистр, корпус, воздушный завихритель, шибер и воздуховод. В этих горелках топливный газ через отверстия газового коллектора поступает в центральный поток воздуха закрученный после завихрителя и переферийные прямоточные воздушные потоки в которых происходит смешение и далее вся газовоздушная смесь воспламеняясь сгорает в амбразуре [Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности - М.: «Химия», 1987 г., стр. 50, рис. 11-6].

Недостатками известных горелок являются: повышенная тепловая нагрузка фронтовой стены топки, что ведет к разрушению амбразур и самих горелок; повышенное аэродинамическое сопротивление (больше чем в прямоточных газогорелочных устройствах), и соответственно повышенный расход энергии на собственные нужды; малые пределы регулирования тепловой мощности горелки, так как на всех режимах требуется повышенное давление воздуха из-за большого аэродинамического сопротивления завихрителя. Кроме того, вихревые горелки не обеспечивают полного сгорания топлива при пониженных нагрузках.

Известны прямоточные газогорелочные устройства. Например, в щелевой прямоточной горелке для сжигания природного газа, воздух через короб в котором установлены направляющие листы поступает в амбразуру выполненную в виде вертикальной щели, из вертикальных коллекторов для подвода газа через два ряда сопл газ мелкими струями вытекает в воздушный поток [Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства - М.: «Энергия», 1976 г., стр 203, рис. 11-9].

Известное газогорелочное устройство имеет следующие недостатки. Неравномерное распределение температур по поверхности нагрева из-за увеличенной длины факела, недостаточно полное сгорание газа из-за неравномерного распределения газа в потоке воздуха и их смешения, а также трудности в стабилизации факела, которая осуществляется за счет больших объемов зоны рециркуляции в топочном пространстве, а это связано с трудностью запуска огневого агрегата.

Наиболее близким аналогом (НБА) является ГАЗОГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО [3:Басалыгин М.Я., Крыжановский В.Н., Подгорецкий Е.В.. Патент России RU №2315909 опубл. 27.01.2008 Бюл. №3.] включающее прямоугольный короб с расположенными в нем горизонтальными разделительными перегородками, образующими щелевые воздушные каналы, и коллекторами для подводами газа, разделительные перегородки выполнены полыми в виде обтекаемого тела в поперечном сечении, одна из торцовых сторон которого расположена под углом 90° к горизонтальной стенке перегородки, при этом полости горизонтальных разделительных перегородок соединены с коллекторами для подачи газа, а в горизонтальных стенках разделительных перегородок выполнены газораздаточные отверстия.

Известное газогорелочное устройство (НБА) имеет следующие недостатки.

Увеличение мощности НБА связано с увеличением его линейных размеров т.к. имеются ограничения по мощности связанные с вводом газа через газораздаточные отверстия в горизонтальных стенках разделительных перегородок, связанные с взаимодействием встречных струй газа из расположенных друг напротив друга в разделительных перегородках газораздаточных отверстий. Попытки решить эту проблему путем установки плоской пластины-ограничителя дальнобойности топливных струй поперек струи газа [М.З. Абдулин, А.А. Серый «Исследование устойчивости горения в струйно-нишевой системе при ограничении дальнобойности топливных струй», ISSN 1813-5420 (Print). Енергетика: економiка, екологiя. 2014. №3.] не дали удовлетворительных результатов. Из-за этого в некоторых областях техники применение НБА является затруднительным.

Настоящее изобретение содержит средства подвода и впрыска для сжигания попутных струй топлива в потоке воздуха, сформированного профилированной поверхностью полых разделительных перегородок, профилированные щелевые воздушные каналы с параллельными ребрами, специальный аэродинамический выступ по середине торцов разделительных перегородок для стабилизации горения диффузионного факела вихрями по обе стороны от выступа.

Более обобщено, настоящее изобретение позволяет повысить удельную мощность, стабильность и качество процесса горения в широком интервале мощностей горения при низком и среднем давлении газа и небольшом аэродинамическом сопротивлении устройства.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что для повышения удельной мощности и улучшения качества горения углеводородного топлива его можно сжигать впрыскивая попутными струями в поток воздуха профилированных щелевых воздушных каналов, сформированных профилированной поверхностью параллельными ребрами полых разделительных перегородок таким образом, что образовавшиеся струи топливо-воздушной смеси будут прижаты основным воздушным потоком к торцам разделительных перегородок и далее топливо-воздушная смесь сгорает в диффузионном факеле, горение которого стабилизируется вихрями образующимися с двух сторон от центрального аэродинамического выступа, сформированного на торце разделительной перегородки.

Технический результат достигается тем, что диффузионно-вихревая газовая горелка, содержит коллекторы для подвода газа, короб с расположенными в нем горизонтальными или вертикальными разделительными перегородками, образующими щелевые воздушные каналы, разделительные перегородки выполнены полыми в виде обтекаемого тела в поперечном сечении, торцевая сторона обтекаемого тела на выходе горелки расположена под углом 90° к стенке перегородки, при этом полости разделительных перегородок соединены с коллекторами для подачи газа, профилированные поверхности стенок разделительных перегородок сделаны ребристыми таким образом, что ребрами сформированы каналы для обдува воздухом газораздаточных отверстий расположенных в выходных торцах этих ребер, газораздаточные отверстия выпускают газ спутными струями, причем на середине выходного торца обтекаемого тела сформирован аэродинамический выступ для формирования вихрей по обе стороны от выступа. В горелку в зависимости от потребностей при подаче газа для модифицирования его состава дополнительно ставятся форсунки для впрыска воды или водяного пара, а также дополнительно ставятся форсунки для впрыска твердого или жидкого топлива.

Техническим результатом устройства является повышение полноты сгорания газа во всем диапазоне нагрузок горелочного устройства, повышение надежности работы оборудования и соответственно улучшение технико-экономических показателей эффективности сжигания топлива в потоке воздуха, сформированного в профилированных щелевых воздушных каналах.

Возможность осуществления устройства, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации изобретения может быть подтверждена описанием варианта конструкции устройства, выполненного в соответствии с изобретением, сущность которого поясняется графическими материалами.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 показан вид диффузионно-вихревой газовой горелки в 2-х плоскостях.

Обозначение позиций на чертежах:

1 - короб горелки;

2 - коллекторы для подвода газа;

3 - полые разделительные перегородки выполненные в виде обтекаемого тела;

4 - профилированная поверхность стенки разделительных перегородок (ребра);

5 - попутные струи газа;

6 - торцевые стороны разделительных перегородок;

7 - аэродинамический выступ для формирования вихрей;

8 - форсунка;

9 - воздуховод.

Изобретение, охарактеризованное приведенной выше совокупностью признаков, осуществляется следующим образом. В коллекторы для подвода газа (2) поступает горючий газ низкого или среднего давления, одновременно через воздуховод (9) подают воздух в диффузионно-вихревую горелку. Горючий газ через отверстия в ребрах профилированной поверхности (4) стенок разделительных перегородок (3) попутными струями (5) вводится в воздушный поток для диффузионного смешивания, после инициирования горения газо-воздушной смеси с помощью внешнего поджига ее сгорание происходит за выходными торцевыми сторонами (6) разделительных перегородок, причем за счет применения аэродинамического выступа для формирования вихрей (7) по обе его (7) стороны образуются устойчивые вихри из раскаленных продуктов горения газа которые стабилизируют горение газовой горелки в широком диапазоне мощностей горелки. Для модифицирования состава газа или другого углеводородного топлива дополнительно ставятся форсунки (8) для впрыска воды или водяного пара, также для снижения затрат на топливо через форсунки может распыляться порошкообразное твердое или жидкое топливо.

При использовании диффузионно-вихревой газовой горелки аэродинамически стабилизированный вихрями диффузионный факел горения газа диффузионно-вихревой газовой горелки обеспечивает широкий диапазон автоматического управления процессом сжигания с сохранением высоких технико-экономических и экологических показателей во всем объеме регулирования.

1. Диффузионно-вихревая газовая горелка, включающая коллекторы для подвода газа, короб с расположенными в нем горизонтальными или вертикальными разделительными перегородками, образующими щелевые воздушные каналы, разделительные перегородки выполнены полыми в виде обтекаемого тела в поперечном сечении, при этом полости разделительных перегородок соединены с коллекторами для подачи газа, торцевая сторона обтекаемого тела на выходе горелки расположена под углом 90°, отличающаяся тем, что профилированные поверхности стенок разделительных перегородок сделаны ребристыми таким образом, что ребрами сформированы каналы для обдува воздухом газораздаточных отверстий, расположенных в выходных торцах этих ребер, газораздаточные отверстия выпускают газ спутными струями, причем на середине выходного торца обтекаемого тела разделительных перегородок сформирован аэродинамический выступ для формирования вихрей по обе стороны от выступа.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что при подаче газа для модифицирования его состава дополнительно ставятся форсунки для впрыска воды или водяного пара.

3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что при подаче газа для модифицирования состава топлива дополнительно ставятся форсунки для впрыска твердого или жидкого топлива.

Похожие патенты:

Котел с дымогарными трубками // 2737576

Изобретение относится к котлу с дымогарными трубами. Котел содержит смесительную камеру, расположенную на камере сгорания и имеющую пространство для смешивания, в котором смешиваются газ сгорания и воздух, и горелку плоскофакельного типа.

Горелка для газовой турбины // 2733568

Изобретение относится к горелочным устройствам газовых турбин и может быть применено в любой области народного хозяйства, где требуется обеспечить сжигание углеводородных топлив с высоким качеством, низким уровнем эмиссии вредных веществ, дыма и высокой полнотой сгорания.

Шумоподавление в горелках // 2728307

Изобретение относится к области энергетики. Горелка содержит камеру, имеющую продольно противоположные первый и второй концы, и отверстие для пламени, проходящее через первый конец; перегородку в камере, имеющую внешний край, смежный с внутренней поверхностью камеры, при этом перегородка имеет первую поверхность, обращенную к первому концу камеры, и имеет вторую поверхность, обращенную ко второму концу камеры, и причем перегородка расположена в камере таким образом, что вторая поверхность перегородки находится на расстоянии от 5 до 10 дюймов от внутренней поверхности второго конца камеры; патрубок, который проходит от впускного отверстия патрубка, находящегося за пределами камеры, в камеру и заканчивается на выпускном отверстии патрубка в секции камеры, расположенной между первой поверхностью перегородки и отверстием для пламени, причем выпускное отверстие патрубка открывается к отверстию для пламени; канал, который проходит от впускного отверстия канала, находящегося за пределами камеры, и заканчивается на выпускном отверстии канала в секции камеры, расположенной между первой поверхностью перегородки и отверстием для пламени; перегородка содержит металлическую пластину, имеющую первую поверхность пластины, обращенную к отверстию для пламени, и вторую поверхность пластины, обращенную ко второму концу камеры, и слой металлических волокон, находящихся в контакте со второй поверхностью пластины, металлическая пластина имеет толщину от одной восьмой до половины дюйма, и множество отверстий диаметром от одной восьмой до половины дюйма проходят через металлическую пластину между первой и второй поверхностями пластины в достаточном количестве отверстий таким образом, что общая площадь открытых частей всех отверстий в каждой поверхности пластины составляет от 30% до 50% площади поверхности металлической пластины, и слой металлических волокон имеет толщину по меньшей мере 0,25 дюйма, имеет плотность до 0,5 унции на кубический дюйм и состоит из волокон толщиной до 0,005 дюйма.

Двухдиапазонная модуляционная газовая горелка полного предварительного смешивания // 2727117

Изобретение относится к области энергетики. Газовая модуляционная горелка полного предварительного смешивания состоит из цилиндрической головки, заглушенной с одной стороны и прикрепленной к фланцу корпуса горелки другой стороной.

Горелка с предварительным смешением газа и воздуха для газовых турбин и конвекторов (варианты) // 2716775

Изобретение относится к области энергетики. Горелка с предварительным смешением горючего газа и воздуха содержит на основании полый цилиндрический корпус с каналами для подачи воздуха, внутри которого в осевом направлении установлен цилиндрический газовый коллектор и вихреобразователь.

Топливовоздушная горелка и форсуночный модуль топливовоздушной горелки // 2698621

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, в частности к конструкциям камер сгорания газотурбинных двигателей, наземных газотурбинных двигателей, применяемых в качестве привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата или электрогенератора.

Улучшенная вихревая горелка с впрыском топлива до и после завихрителя // 2693534

Изобретение относится к области энергетики. Узел вихревой горелки включает: полый продольно вытянутый корпус, проходящий вдоль центральной оси и имеющий первый конец и второй конец, концевую стенку на первом конце, стенку горелки, расположенную между первым концом и вторым концом и образующую первый объем от первого конца до стенки горелки и второй объем от стенки горелки до второго конца, впуск окислителя в первый объем, по меньшей мере один полый продольно вытянутый блок горелки, имеющий первый конец блока горелки, проходящий снаружи отверстия в концевой стенке от первого объема, причем блок горелки проходит через отверстие в стенке горелки от первого объема ко второму объему ко второму концу блока горелки и образует внутренний объем блока горелки, и включает в себя: вихревой смеситель с осевым завихрением, размещенный внутри блока горелки и расположенный между первым концом блока горелки и вторым концом блока горелки, причем вихревой смеситель включает в себя множество лопаток, имеющих внутренний диаметр и наружный диаметр, первую сторону, направленную и открытую в первый объем, и вторую сторону, направленную и открытую во второй объем, первый впуск топлива в первый объем, причем первый впуск топлива расположен радиально внутри наружного диаметра множества лопаток, и второй впуск топлива во второй объем, ближний ко второму концу блока горелки, расположенный радиально внутри наружного диаметра множества лопаток, причем каждый по меньшей мере один блок горелки образует первую точку, которая является точкой вдоль центральной оси, наиближайшей к первому концу, где плоскость, перпендикулярная центральной оси в упомянутой точке, пересекает множество лопаток вихревого смесителя блока горелки; образует вторую точку, которая является точкой вдоль центральной оси, самой дальней от первого конца, где плоскость, перпендикулярная центральной оси в упомянутой точке, пересекает множество лопаток вихревого смесителя блока горелки; и образует геометрическую среднюю точку вдоль центральной оси, равноудаленную от первой точки и второй точки, при этом каждый первый впуск топлива расположен в точке в осевом направлении относительно центральной оси между впуском окислителя и вихревым смесителем, которая пересекается с плоскостью, перпендикулярной центральной оси и пересекающейся с точкой вдоль центральной оси между 1 и 2 эквивалентными диаметрами окружностей проходного сечения первого впуска топлива из первой точки, и каждый второй впуск топлива расположен в точке между первым впуском топлива и вторым концом, которая пересекается с плоскостью, перпендикулярной центральной оси и пересекающейся с точкой вдоль центральной оси, равной или менее, чем внутренний диаметр множества лопаток из геометрической средней точки.

Малоэмиссионная вихревая горелка // 2693117

Изобретение относится к области энергетики. Малоэмиссионная вихревая горелка содержит полый цилиндрический корпус с воздушными каналами и проточкой, установленный на основании, внутри которого в осевом направлении установлен газовый коллектор с форсункой, в которой радиально и порядно расположены отверстия для струйного истечения газа и вихреобразователь, на форсунку, имеющую радиально расположенные и порядно смещенные на заданный угол наклонные отверстия в форме конических сопел для распыления газа, установлен плоский вихреобразователь с тангенциально отогнутыми вокруг своей оси направляющими лопатками, находящийся в холодной зоне, а корпус горелки состоит из холодной части со сквозными воздухоприемными окнами, сочленяемой через посадочную проточку с жаровой частью, имеющей в оконечной части внутри корпуса форму сопла Лаваля, а снаружи радиальную проточку, в которой тангенциально и с шагом выполнены сквозные эжекционные отверстия, причем на внешней поверхности жаровой части цилиндрического корпуса от этой радиальной проточки до посадочной проточки выполнены продольные или поперечные бороздки или проточки с заданной глубиной, профилем и шагом.

Топливовоздушная форсунка // 2692443

Предлагаемое изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, в частности к конструкциям камер сгорания газотурбинных двигателей, наземных газотурбинных двигателей, применяемых в качестве привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата или электрогенератора.

Горелка // 2691870

Изобретение относится к области энергетики. Газовая инжекционная горелка содержит стабилизирующий пламя туннель, девять цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной цилиндрической газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям, кожух, приваренный к цилиндрической газораспределительной камере, в который набивается огнеупорная набивная масса, при этом набивка кожуха огнеупорной набивной массой может производиться вне теплового или плавильного агрегата, литой стабилизирующий пламя туннель, который надевается снизу на кожух и приваривается к нему по периметру.