ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК F23D14/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, точнее к конструкциям газовых горелок для сжигания газа, применяемых в различных тепловых агрегатах, например в газовых вагранках для плавки чугуна.

Наиболее близеой по технической сущности к изобретению является газовая многосопловая горелка [1] .

Это устройство состоит из газовых горелок (30. . . 40 штук) с металлическими соплами/ огнеупорных горелочных туннелей/ отдельного смесителя газа с воздухом/ коллектора газовоздушной смеси/ трубопроводов для подачи газа и воздуха в смеситель и газовоздушной смеси в горелки. Температура продуктов сгорания в этой горелке повышается до 1750. . . 1780^оС за счет использования в горелках однородной/ хорошо перемешанной в смесителе газовоздушной смеси.

Однако горелка - прототип имеет крупный недостаток/ затрудняющий ее использование/ который заключается в том/ что при работе вагранки возможны (до 5. . . 7 раз за одну плавку) проскоки пламени в коллектор газовоздушной смеси/ что приводит к аварийной ситуации и нарушению безопасности работы агрегата. Анализ показал/ что 20. . . 30% аварийных срывов плавок возникает по вине взрывов смеси в коллекторе.

Это объясняется следующим. Во время плавки стекающий по стенкам шлак/ оплавленная футеровка могут закупоривать отдельные горелочные туннели и сопла. В результате этого резко увеличивается сопротивление закупоренной горелки и скорость продуктов сгорания на выходе из туннеля падает до тех значений/ при которых возможен проскок пламени в горелку (обычно 15. . . 25 м/с). При проскоке газовоздушная смесь воспламеняется не только в пределах корпуса горелки/ но и в коллекторе с газовоздушной смесью. Как правило/ в результате этого явления возникает взрыв газовоздушной смеси в коллекторе и смесителе.

Целью изобретения является повышение работоспособности и безопасности работы горелочного устройства путем устранения проскока пламени в коллектор и взрыва смеси.

Задача решена тем, что в горелочном устройстве, состоящем из газовых горелок с металлическими соплами, огнеупорных горелочных туннелей, смесителя газа с воздухом, трубопроводов для подачи газа и воздуха в смеситель и газовоздушной смеси в горелки, коллектора газовоздушной смеси и запорной арматуры, корпус горелки снабжен поворотной, шарнирно установленной, свободно подвешенной заслонкой, смонтированной на выходном торце корпуса и перекрывающей его канал, при этом выходной торец корпуса выполнен вертикальным как при горизонтальном, так и при наклонном расположении газовых горелок относительно теплового агрегата.

Отличительные признаки заявляемого изобретения по сравнению с прототипом:
корпус горелки снабжен поворотной, шарнирной заслонкой, смонтированной на выходном торце корпуса;
торец выходного конца корпуса выполнен вертикальным при любом расположении газовых горелок относительно теплового агрегата.

Первое позволяет при проскоке пламени в горелку перекрыть доступ пламени в корпус, трубопровод газовоздушной смеси и коллектор и предотвратить взрыв смеси. Перекрытие осуществляется заслонкой, которая при проскоке пламени поворачивается, прижимается к торцу корпуса и отсекает доступ пламени в коллектор.

Второе позволяет при падении давления в горелке (при минимальном расходе газовоздушной смеси) максимально перекрыть канал корпуса, оставив небольшую щель для выхода смеси. При проскоке факела эта щель мгновенно перекрывается заслонкой, так как воспламенившаяся в пределах сопла смесь воздействует на заслонку, которая и перекрывает канал.

Все это обеспечивают безопасную работу агрегата без взрывов смеси в коллекторе за счет отсечки магистрального трубопровода с помощью заслонки.

Технических решений со сходными отличительными признаками в научно-технической и патентной литературе не обнаружено, что свидетельствует об их существенной новизне, заключающейся в новых конструктивных элементах устройства и их функциональном взаимодействии.

На фиг. 1 показано горелочное устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 и 4 - расположение горелок.

Горелочное устройство состоит из газовых горелок 1, равномерно расположенных по периметру вагранки 2, металлических сопел 3, огнеупорных горелочных туннелей 4, смесителя 5 газа с воздухом, коллектора 6 газовоздушной смеси, трубопровода 7 подачи смеси в корпус 8 горелки, запорной арматуры 9, трубопроводов 10, 11 для подачи газа и воздуха в смеситель.

Корпус 8 горелки 1 приварен к кожуху вагранки 2. На корпус 8 со стороны футеровки агрегата надето сопло 3, на которое посажен огнеупорный туннель 4 для сжигания газовоздушной смеси.

Смеситель 5 горелочного устройства выполнен в виде трубы в трубе. На внутренней трубе выполнено большое количество отверстий, через которые газ подается в поток воздуха, в результате чего образуется газовоздушная смесь.

Корпус 8 горелки на выходном конце снабжен поворотной заслонкой 12. Заслонка свободно подвешена с помощью шарнира 13 к верхней части торца корпуса. Выходной торец корпуса выполнен вертикальным как при горизонтальном, так и при наклонном расположении горелок относительно плавильного агрегата.

Горелочное устройство работает следующим образом. При подаче газа и воздуха в смеситель 5 в нем образуется однородная газовоздушная смесь, которая затем поступает в коллектор 6. Из коллектора смесь по трубопроводу 7 поступает в корпус 8 горелки, а затем в сопло 3 и горелочный туннель 4, где сгорает с образованием высокотемпературных продуктов сгорания. При выходе смеси из корпуса 8 горелки поток смеси воздействует на поворотную заслонку 12, отклоняет ее, открывая тем самым канал для выхода смеси в сопло.

При закупоривании туннеля или сопла шлаком сопротивление горелки возрастает, давление внутри корпуса падает, расход смеси снижается и заслонка 12 под действием собственного веса опускается, прикрывая канал корпуса. При критическом для возникновения проскока расходе смеси и минимальной скорости смеси заслонка почти закрывает канал корпуса, оставляя при этом щель минимальной площади. Этому способствует также то, что торец корпуса выполнен вертикальным.

При критической скорости смеси происходит проскок пламени в горелку. В это время в результате того, что расход смеси через горелку равен нулю, заслонка закрывает канал корпуса и отсекает его от туннеля и сопла. При воспламенении и микровзрыве смеси внутри сопла давление возрастает, оно воздействует на заслонку и плотно ее прижимает к торцу корпуса, препятствуя проникновению факела в коллектор. В результате описанного воспламенения и взрыва смеси в коллекторе не происходит, чем обеспечивается работоспособность и безопасность работы горелочного устройства, а значит и плавильного агрегата.

В результате воспламенения и микровзрыва смеси в пределах сопла продукты взрыва воздействуют не только на заслонку, но и на шлаковую пробку в туннеле. В результате этого воздействия горелка самоочищается от шлаковых пробок, работоспособность горелки восстанавливается, процесс плавки идет без заметных отклонений.

По сравнению с прототипом предлагаемое горелочное устройство обладает следующими технико-экономическими преимуществами:
значительно увеличивается (в 2. . . 3 раза) работоспособность и безопасность работы горелочного устройства;
исключается возможность разгерметизации и вывода из строя газовоздушных трубопроводов, коллектора и смесителя за счет устранения взрывов в коллекторе;
снижается (на 20. . . 30% ) число аварийных ситуаций при плавке за счет устранения аварий из-за проскока пламени в коллектор;
сокращаются затраты на ремонт горелочного устройства, уменьшается число ремонтов.

Изобретение найдет применение в различных горелочных устройствах и обеспечит повышение их работоспособности и безопасности работы.

Использование: в теплоэнергетике, для сжигания в газовых вагранках при плавке чугуна. Сущность изобретения: корпус горелки снабжен поворотной заслонкой, смонтированной на выходном торце корпуса и перекрывающей его канал, при этом выходной торец корпуса выполнен вертикальным как при горизонтальном, так и при наклонном расположении газовых горелок относительно теплового агрегата. Горелочное устройство позволяет на 20 . . . 30% снизить число аварийных ситуаций и улучшить безопасность работы горелочной системы. 4 ил.

ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее газовые горелки, включающие каждая корпус с выпускным металлическим соплом и огнеупорным горелочным туннелем, и смеситель, подключенный на входе к трубопроводам подачи воздуха и газа, а на выходе - к корпусам горелок через общий коллектор газовоздушной смеси и соответствующие трубопроводы с запорной арматурой, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем устранения проскока пламени в коллектор, корпус горелки на торце выпускного сопла снабжен свободно подвешенной заслонкой, перекрывающей в крайнем положении его проходное сечение, причем выходные срезы указанных сопл расположены вертикально, как при наклонном, так и горизонтальном расположении корпусов горелок.