ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОГО ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к теплотехнике и теплоэнергетике, точнее - к горелочным устройствам воздухоподогревателей, используемых для подогрева воздуха перед подачей его в горелки. Изобретение может быть использовано в других теплообменных аппаратах.

Известно горелочное устройство вертикально-водотрубного котла КРШ [1] , оборудованное инжекционными горелками. Устройство обеспечивает эффективную работу котла, однако резервы интенсификации теплообмена в этой конструкции еще не исчерпаны.

Известно горелочное устройство котлов ДКВ, КРШ, оборудованное щелевыми подовыми горелками с принудительной подачей воздуха [2] . КПД котлов при этом повышается до 83-89% . Эффективность работы горелочного устройства может быть повышена за счет предварительного подогрева воздуха, однако это усложняет конструкцию всего устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является горелочное устройство радиационно-конвективного воздухоподогревателя конструкции Пензенского компрессорного завода [3] .

Горелочное устройство воздухоподогревателя состоит из инжекционных горелок, закрепленных на неподвижном каркасе в нижней части конструкции или непосредственно на подовой плите.

Недостатком конструкции является то, что она не позволяет нагреть воздух до температуры выше 550^оС, что объясняется недостаточно высоким коэффициентом обмена воздухоподогревателя (К = 14-17 Вт˙м²˙^оС). Резервы горелочной системы воздухоподогревателя и всей конструкции еще далеко не исчерпаны и процесс теплообмена в ней можно интенсифицировать и, следовательно, увеличить коэффициент теплообмена и КПД при сохранении габаритов конструкции. Одним из путей интенсификации является изменение газодинамики продуктов сгорания в камере сжигания воздухоподогревателя (в радиационной части).

Целью изобретения является увеличение коэффициента теплообмена воздухоподогревателя путем изменения газодинамики продуктов сгорания.

Цель достигается тем, что в горелочном устройстве радиационно-конвективного воздухоподогревателя, состоящем из закрепленных на подовой плите газовых инжекционных горелок, трубопровода для подачи газа в горелки и горелочных туннелей для сжигания газа, газовые горелки выполнены с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной осям горелочных туннелей, при этом подовая плита выполнена подвижной и снабжена зубчатой или фрикционной передачей и приводом для ее вращения. Горелки смонтированы на упомянутой плите несоосно с осью вращения плиты, а трубопровод подачи газа в горелки снабжен шаровой полой пятой.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволило установить его отличительные признаки: газовые горелки выполнены с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной осям горелочных туннелей; подовая плита выполнена подвижной и снабжена приводом вращения; горелки смонтированы несоосно с осью вращения плиты; трубопровод подачи газа в горелки снабжен полой шаровой пятой.

Первый признак позволяет создать в воздухоподогревателе по всей его высоте вращающейся турбулентный поток продуктов сгорания, который под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам теплообменных поверхностей, в первую очередь - к стенкам радиационной части. Это позволяет увеличить в теплообмене долю конвективной теплопередачи. Создание в воздухоподогревателе турбулентного вращающегося потока газов и увеличение доли конвективной теплопередачи позволяют интенсифицировать теплообмен и увеличить коэффициент теплообмена.

Второй признак позволяет обеспечить вращение горелочного устройства.

Третий признак обеспечивает наиболее эффективное закручивание потока продуктов сгорания и наибольшее воздействие центробежных сил на поток газов, что позволяет в свою очередь наиболее плотно прижать газы к теплообменным поверхностям, что способствует интенсификации теплообмена.

Четвертый признак обеспечивает возможность подачи газа во вращающиеся горелки.

Технических решений со сходными отличительными признаками в технической и патентной литературе не обнаружено, что свидетельствует о существенной новизне предлагаемого устройства, заключающейся в новых конструктивных элементах, обеспечивающих положительный эффект.

Предлагаемое изобретение изображено на чертеже.

Горелочное устройство воздухоподогревателя состоит из инжекционных горелок 1, закрепленных на подовой плите 2, трубопровода 3 подачи газа и горелочных туннелей 4. Подовая плита 2 выполнена подвижной и может вращаться в плоскости, перпендикулярной осям горелочных туннелей 4. Вращение подовой плиты 2 осуществляется вместе с газовыми горелками 1 посредством шариковой опоры 5 с помощью фрикционной или зубчатой передачи 6 и привода, состоящего из двигателя 7, муфты 8 и редуктора 9.

Горелки 1 смонтированы на подовой плите 2 несоосно с осью вращения плиты 2 и установлены по периферии подовой плиты 2. Трубопровод 3 подачи газа снабжен шаровой полой пятой 10, которая обеспечивает возможность одновременного вращения горелок и подачи в них газа. Вращение подовой плиты 2 осуществляется в корпусе 11.

Горелочное устройство воздухоподогревателя работает следующим образом. Сначала газовые горелки 1 разжигают с помощью запальника, вставляемого в отверстие, выполненное в боковой стенке радиационной части (на чертеже не показано). Далее регулируют работу горелок 1 и после достижения их стабильной работы включают привод вращения подовой плиты 2 вместе с горелками 1. Скорость вращения выдерживают в пределах 15-30 об/мин. При вращении горелок 1 подача газа благодаря наличию шаровой полой пяты 10 не прекращается.

При вращении подовой плиты 2 и, соответственно, газовых горелок 1 наблюдается следующее. В результате вращения горелок 1 факела отклоняются от прямолинейного направления движения и перемещаются по винтовой линии. Факела горелок 1, перемещающиеся по винтовой линии, создают в радиационной части, а затем и в конвективной части вращающийся по винтовой линии (слева-вверх-направо или справа-вверх-налево) турбулентный, завихренный поток газов с температурой 1600-1700^оС. Наличие турбулентного, завихренного, вращающегося потока горячих газов способствует интенсификации теплообмена в воздухоподогревателе. Это соответствует законам теплопередачи.

Во вращающемся потоке продуктов сгорания возникают центробежные силы, которые обусловлены несоосным расположением газовых горелок 1 и оси подовой плиты 2. Центробежные силы, воздействуя на поток газов, отжимают их от оси вращения к тепловоспринимающим поверхностям. Горячие газы плотно прижимаются к стенкам воздухоподогревателя, нагревают их до более высокой температуры, чем в прототипе. Доля тепла, переданного от газов к стенкам путем более эффективного вида теплообмена - конвекцией, возрастает. Теплообмен интенсифицируется, коэффициент теплообмена возрастает, увеличивается температура подогрева воздуха.

Таким образом, благодаря организации вращения горелочной системы в воздухоподогревателе устанавливается более эффективный теплообмен без изменения габаритов теплообменника, т. е. без увеличения площади тепловоспринимающих поверхностей и без применения других средств интенсификации.

По сравнению с прототипом предлагаемое горелочное устройство обладает следующими технико-экономическими преимуществами: увеличивается общий коэффициент теплообмена (с 14-17 Вт˙м²˙^оС до 19-21 Вт˙м²˙^оС; уменьшается время нагрева воздуха. Так, например, время нагрева воздуха с 20 до 560^оС в воздухоподогревателе ПКЗ составляет 60 мин, в предлагаемом - 45-47 мин.

Увеличивается максимальная температура воздуха с 550^оС (в прототипе) до 600-650^оС в предлагаемом воздухоподогревателе (при тех же габаритах воздухоподогревателя и том же расходе газа).

Не требуется увеличения габаритов воздухоподогревателя с целью увеличения температуры воздуха.

По изобретению разработан эскизный проект. Проведены предварительные испытания на опытном воздухоподогревателе производительностью 500 м³/ч. Проверено влияние вращения горелок на интенсификацию теплообмена. Получены положительные результаты. Намечено использовать предлагаемое изобретение для вновь разрабатываемых конструкций воздухоподогревателей. Изобретение найдет применение в различных теплообменниках.

Использование: для подогрева воздуха. Сущность изобретения: горелки смонтированы на подвижной плите, установленной с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси горелок, несоосно с осью вращения плиты, а трубопровод подачи газа в горелки снабжен полой шаровой пятой. 1 ил.

ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОГО ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ, содержащее закрепленные на подовой плите газовые инжекционные горелки с трубопроводами для подачи газа и горелочными туннелями, отличающееся тем, что, с целью увеличения коэффициента теплообмена воздухоподогревателя путем изменения газодинамики продуктов сгорания, горелки выполнены с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной к осям их туннелей, подовая плита выполнена вращающейся и снабжена зубчатой или фрикционной передачей с приводом, а горелки закреплены на упомянутой плите несоосно с осью вращения последней, причем на трубопроводе подачи газа установлена шаровая полая пята.