Скоростная горелка

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в системах отопления сушильных, нагревательных, термических печей и других нагревательных устройств. Скоростная горелка содержит цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа. Цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось, газовый канал выполнен кольцевым, на его стороне, обращенной к цилиндро-коническому насадку, имеются трубчатые радиальные отводы, соединенные с кольцевым трубчатым коллектором, на трубчатых радиальных отводах и кольцевом трубчатом коллекторе имеются сопловые отверстия для выхода топливного газа. Цилиндро-конический насадок своей цилиндрической частью одет на цилиндрический корпус с возможностью относительного перемещения и имеет радиальные проставки, соединяющие его со ступицей, закрепленной с помощью фиксатора на конце трубчатой консоли, расположенной внутри кольцевого газового канала соосно с ним. Технический результат - повышение единичной тепловой мощности скоростной горелки и обеспечение возможности перемещения факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в системах отопления сушильных, нагревательных, термических печей и других нагревательных устройств.

Известна скоростная горелка, содержащая перфорированную цилиндрическую камеру сгорания с установленными в центре торцевой стенки газоподводящим узлом с расходящимися под углом сопловыми отверстиями, оси которых пересекаются на оси горелки в одной точке, и стабилизатор горения, который выполнен с полусферической поверхностью, центр которой расположен в точке пересечения осей сопел (см. а.с. СССР №559069, М. кл. F23D 13/00 от 25.05.1977) [1].

Данная скоростная горелка позволяет получить скорость истечения продуктов сгорания газового топлива из огнеупорного сопла до 200 м/с, что способствует активизации движения греющей газовой среды и ее рециркуляции в рабочей камере нагревательного устройства. Недостатком устройства [1] является высокая температура поверхностей стенок камеры сгорания и огнеупорного сопла, соприкасающихся с продуктами сгорания газового топлива и, как следствие, его малая надежность и долговечность.

Такой же недостаток имеет и известная скоростная газовая горелка (см. патент РФ №2378573, М. кл. F23D 14/00 от 10.01.2010) [2], которая позволяет получать скорость истечения продуктов сгорания из огнеупорного сопла до 160 м/с. Общим недостатком известных устройств [1, 2] является и то, что они могут работать лишь при относительно малых расходах сжигаемого топлива. Так, номинальный расход топливного газа для скоростной газовой горелки [2] составляет 15 м3/ч, что ограничивает ее тепловую мощность.

Отмеченные недостатки известных устройств [1, 2] обусловлены тем, что горение топлива осуществляется внутри горелки, так как камера сгорания размещена в корпусе горелки. Данные особенности и недостатки присущи и другим известным высокоскоростным горелкам с полным предварительным смешением топливного газа и воздуха (см. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки, И.И. Перелетов, Л.А. Бровкин, Ю.И. Розенгард и др.; Под ред. А.Д. Ключникова. М.: Энергоатомиздат, 1989. с. 272, рис. 10.6) [3].

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является горелка для природного газа, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось (см. Иванов Ю.В. Газогорелочные устройства, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1972. с. 97, рис. 2.43,6) [4] - прототип.

В известном устройстве [4] осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси, а горение топлива осуществляется за срезом цилиндро-конического насадка в объеме рабочей камеры нагревательного устройства. Так как горение топлива вынесено за пределы внутреннего объема горелки, то температура ее элементов не высока, что положительно сказывается на надежности и долговечности горелки. Недостатком устройства [4] является низкая единичная тепловая мощность горелки, обусловленная малым номинальным расходом топливного газа, а также невозможность перемещать факел горения топлива в пространстве рабочей камеры нагревательного устройства. Перемещение факела горения топлива особенно важно для организации в той или иной мере внутренней рециркуляции продуктов сгорания топлива в рабочих камерах нагревательных устройств и регулирования распределения тепловой нагрузки по площади поверхности нагрева.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении единичной тепловой мощности скоростной горелки и в обеспечении возможности перемещения факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что скоростная горелка, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось, газовый канал выполнен кольцевым, на его стороне, обращенной к цилиндро-коническому насадку, имеются трубчатые радиальные отводы, соединенные с кольцевым трубчатым коллектором, на трубчатых радиальных отводах и кольцевом трубчатом коллекторе имеются сопловые отверстия для выхода топливного газа, цилиндро-конический насадок своей цилиндрической частью одет на цилиндрический корпус с возможностью относительного перемещения и имеет радиальные проставки, соединяющие его со ступицей, закрепленной с помощью фиксатора на конце трубчатой консоли, расположенной внутри кольцевого газового канала соосно с ним, внутри трубчатой консоли размещены электроды розжига и контроля пламени, на внутренней стенке газового кольцевого канала закреплены упоры, ограничивающие радиальные перемещения трубчатой консоли, со стороны расположения входных газового и воздушного патрубков установлены сальниковые уплотнения зазоров между внутренней стенкой кольцевого газового канала и трубчатой консолью, а также между трубчатой консолью и электродами розжига и контроля пламени.

В отличие от известного устройства [4], выполнение газового канала кольцевым, наличие на его стороне, обращенной к цилиндро-коническому насадку, трубчатых радиальных отводов, соединенных с кольцевым трубчатым коллектором, имеющиеся на трубчатых радиальных отводах и кольцевом трубчатом коллекторе сопловые отверстия для выхода топливного газа, а также то, что цилиндро-конический насадок своей цилиндрической частью одет на цилиндрический корпус с возможностью относительного перемещения и имеет радиальные проставки, соединяющие его со ступицей, закрепленной с помощью фиксатора на конце трубчатой консоли, расположенной внутри кольцевого газового канала соосно с ним, позволяют повысить единичную тепловую мощность скоростной горелки и обеспечить возможность перемещения факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства. Повышение единичной тепловой мощности скоростной горелки обусловлено большим количеством сопловых отверстий для выхода топливного газа, расположенных на торцевой стенке кольцевого газового канала, на трубчатых радиальных отводах и кольцевом трубчатом коллекторе, что дает возможность подавать в горелку большие расходы топливного газа. Рассредоточенность сопловых отверстий по всему поперечному сечению цилиндрического корпуса способствует интенсификации процесса смешения топливного газа с подаваемым на горение потоком воздуха. Активизирует смесеобразование при работе скоростной горелки и наличие вихревых зон с обратными токами и высокой турбулентностью, образующихся в потоке воздуха за плохообтекаемыми трубчатыми радиальными отводами и кольцевым трубчатым коллектором. В сечении выхода из конфузорной части цилиндро-конического насадка газовоздушный поток полностью подготовлен для зажигания. Перемещение факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства обеспечивается путем изменения положения цилиндро-конического насадка, связанного через радиальные проставки и ступицу, снабженную фиксатором, с трубчатой консолью. Перемещая в осевом направлении трубчатую консоль, можно соответственно регулировать вылет цилиндро-конической насадки, корня истекающей из нее газовоздушной струи и положение факела горения топлива.

Наличие закрепленных на внутренней стенке газового кольцевого канала упоров, ограничивающих радиальные перемещения трубчатой консоли, обеспечивает осевое центрирование трубчатой консоли и цилиндро-конической насадки при различных их положениях в осевом направлении. Размещение электродов розжига и контроля пламени внутри трубчатой консоли позволяет вывести рабочие органы электродов в центр истекающей из цилиндро-конической насадки газовоздушной струи, что повышает надежность их функционирования. Наличие сальниковых уплотнений зазоров между внутренней стенкой кольцевого газового канала и трубчатой консолью, а также между трубчатой консолью и электродами розжига и контроля пламени обеспечивает газоплотность скоростной горелки, исключает как подсосы воздуха в рабочую камеру нагревательного устройства, так и выбивание из рабочей камеры продуктов сгорания топлива. При этом сохраняется возможность относительного и независимого осевого перемещения трубчатой консоли с цилиндро-коническим насадком и электродов розжига и контроля пламени, что важно для регулировки и наладки рабочего режима скоростной горелки и нагревательного устройства, на котором она установлена.

Кроме того, наличие сальниковых уплотнений, а также съемной ступицы с фиксатором на конце трубчатой консоли упрощает технологии сборки и разборки скоростной горелки в процессах ее изготовления и ремонта.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом [4] показывает, что заявляемое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Известные технические решения [1, 2, 3] с камерой сгорания, расположенной внутри цилиндрического корпуса горелки, могут работать лишь при малых расходах топливного газа. Стенки камеры сгорания подвержены риску прогара. Отсутствует возможность перемещения в осевом направлении цилиндро-конического насадка, из конфузорной части которого вытекает расширяющаяся газовоздушная струя, а, следовательно, и возможность регулирования положения струи газов в рабочей камере нагревательного устройства.

На фиг. 1 приведен осевой разрез предлагаемой скоростной горелки; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

Скоростная горелка содержит цилиндрический корпус 1 с входным воздушным патрубком 2. Внутри цилиндрического корпуса 1 расположен кольцевой газовый канал 3, одной своей стороной соединенный с входным газовым патрубком 4, а с другой стороны имеет трубчатые радиальные отводы 5, которые соединены с кольцевым трубчатым коллектором 6. На торцевой стенке 7 кольцевого газового канала 3, трубчатых радиальных отводах 5 и кольцевом трубчатом коллекторе 6 имеются сопловые отверстия 8 для выхода топливного газа. На цилиндрический корпус 1 одет цилиндро-конический насадок 9, который посредством радиальных проставок 10 соединен со съемной ступицей 11. Ступица 11 с помощью фиксатора 12 закреплена на трубчатой консоли 13, расположенной внутри кольцевого газового канала 3. Внутри трубчатой консоли 13 размещены электроды розжига и контроля пламени 14. На внутренней стенке газового канала 3 закреплены упоры 15, ограничивающие радиальные перемещения трубчатой консоли 13. Со стороны расположения входных газового 4 и воздушного 2 патрубков в зазоре между внутренней стенкой кольцевого газового канала 3 и трубчатой консолью 13 установлено сальниковое уплотнение 16, а в зазоре между трубчатой консолью 13 и электродами розжига и контроля пламени 14 установлено сальниковое уплотнение 17.

Скоростная горелка закрепляется на стене рабочей камеры нагревательного устройства с помощью фланцевой плиты 18.

Скоростная горелка работает следующим образом.

Топливный газ через входной газовый патрубок 4 поступает в кольцевой газовый канал 3 и далее - в трубчатые радиальные отводы 5 и кольцевой трубчатый коллектор 6. Через сопловые отверстия 8 на торцевой стенке 7 кольцевого газового канала 3, на трубчатых радиальных отводах 5 и кольцевом трубчатом коллекторе 6 большим количеством малых струек топливный газ истекает в цилиндро-конический насадок 9. Туда же из входного воздушного патрубка 2 через цилиндрический корпус 1 кольцевым потоком, формируемым стенками корпуса 1 и газового канала 3, поступает воздух. За счет большой площади поверхности контакта множества газовых струек с воздухом, наличия вихревых зон за плохообтекаемыми трубчатыми радиальными отводами 5 и кольцевым трубчатым коллектором 6, высокой турбулентности потока воздуха, топливный газ и воздух в цилиндро-коническом насадке 9 хорошо перемешиваются. Подготовленная к горению газовоздушная смесь через конфузорную часть цилиндро-конического насадка 9 с высокой скоростью, существенно превышающую скорость распространения пламени, вытекает в рабочую камеру нагревательного устройства, где поджигается с помощью электродов розжига 14. Положение вытекающей газовоздушной струи, а, соответственно, и факела в рабочей камере нагревательного устройства устанавливается путем перемещения в осевом направлении трубчатой консоли 13, соединенной через съемную ступицу 11 с фиксатором 12 и радиальные проставки 10 с цилиндро-коническим насадком 9. Перемещение таким образом цилиндро-конического насадка 9 относительно цилиндрического корпуса 1 позволяет при наладке достичь необходимых условий и характеристик тепловой работы нагревательного устройства, на котором установлена скоростная горелка. Трубчатая консоль 13 и упоры 15 имеют минимальные зазоры между собой, достаточные для свободного осевого перемещения трубчатой консоли и исключающие радиальные ее перемещения выше допустимых. Возможность осевого независимого перемещения трубчатой консоли 13 и электродов розжига и контроля пламени 14 при наладке и одновременно герметизация внутреннего пространства скоростной горелки от внешней атмосферной среды обеспечивается наличием сальниковых уплотнений 16 и 17.

Скоростная горелка имеет хорошую доступность к ее элементам при необходимости проведения ремонтных работ. При замене, например, цилиндро-конического насадка 9, скоростная горелка с фланцевой плитой 18 извлекается из проема в стене рабочей камеры нагревательного устройства, фиксатор 12 приводится в положение позволяющее снять ступицу 11 с трубчатой консоли 13. Далее осуществляется операция снятия с трубчатой консоли 13 ступицы 11 вместе с жестко соединенными с ней радиальными проставками 10 и цилиндро-коническим насадком 9. Монтаж заменяющего цилиндро-конического насадка производится при выполнении названных действий в обратном порядке.

Примером предлагаемой скоростной горелки может служить ее исполнение, когда малый диаметр конфузорной части цилиндро-конического насадка равен 0,1 м, а скорость выхода газовоздушной смеси из насадка 110 м/с. Тепловая мощность такой горелки составляет 4 МВт.

Преимуществами предлагаемой скоростной горелки являются:

- широкий диапазон единичной тепловой мощности и возможность работы с большой единичной тепловой мощностью;

- возможность перемещать в осевом направлении цилиндро-конический насадок и тем самым управлять положением истекающей из горелки газовоздушной струи и факела пламени в рабочей камере нагревательного устройства в процессе наладки и эксплуатации;

- высокая ремонтопригодность;

- повышенная надежность работы.

1. Скоростная горелка, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось, отличающаяся тем, что газовый канал выполнен кольцевым, на его стороне, обращенной к цилиндро-коническому насадку, имеются трубчатые радиальные отводы, соединенные с кольцевым трубчатым коллектором, на трубчатых радиальных отводах и кольцевом трубчатом коллекторе имеются сопловые отверстия для выхода топливного газа, цилиндро-конический насадок своей цилиндрической частью одет на цилиндрический корпус с возможностью относительного перемещения и имеет радиальные проставки, соединяющие его со ступицей, закрепленной с помощью фиксатора на конце трубчатой консоли, расположенной внутри кольцевого газового канала соосно с ним.

2. Скоростная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри трубчатой консоли размещены электроды розжига и контроля пламени.

3. Скоростная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренней стенке газового кольцевого канала закреплены упоры, ограничивающие радиальные перемещения трубчатой консоли.

4. Скоростная горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что со стороны расположения входных газового и воздушного патрубков установлены сальниковые уплотнения зазоров между внутренней стенкой кольцевого газового канала и трубчатой консолью, а также между трубчатой консолью и электродами розжига и контроля пламени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. Горелка с низким выбросом NOx с перфорированной пластинчатой пламенной головкой содержит первичную трубу, установленную таким образом, что она выступает внутрь камеры сгорания с обеспечением направления воздуха в камеру сгорания, первичный подающий топливопровод, предназначенный для первичной подачи топлива и расположенный внутри первичной трубы.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх