ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F23D14/26 F23D14/02 F23Q9/00 

Изобретение относится к горелкам для сжигания жидкого и газообразного топлив и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известно горелочное устройство, содержащее внешнюю трубу для подачи воздуха, внутри которой по оси установлена газовая труба, имеющая на выходном конце стабилизатор пламени в виде плохообтекаемого тела, образующий кольцевой зазор с внутренней поверхностью воздушной трубы, а до стабилизатора газовыдающие отверстия [1]
Данная конструкция обладает недостаточными возможностями для форсировки процесса и не обеспечивает желательной широты рабочего диапазона соотношения воздух/топливо (обычно не шире 8,5 11,5). Это связано с тем, что с ростом нагрузки пропорционально последней возрастает скорость в кольцевом зазоре, а также с тем, что направление движения свежей смеси на входе в зону горения, совпадающее с направлением срыва пламени, способствует возможности срыва.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является горелочное устройство, содержащее воздушную трубу, внутри которой соосно установлена труба для подачи топлива, выходной конец которой размещен в одной плоскости с выходным торцом трубы для подачи воздуха, полый стабилизатор с центральным отверстием, установленный против выходных торцов труб и соосно им на водоподводящих и водоотводящих трубках, укрепленных на наружной поверхности трубы для подачи воздуха [2] В данной конструкции благодаря выносу стабилизатора за пределы горелочных труб и связанной с этим возможности расширения потока скорость подачи обтекающей стабилизатор смеси растет слабее, чем нагрузка. Это расширяет пределы стабилизации пламени по соотношению воздух/горючее примерно от 8,0 до 15.

Однако на практике часто требуется еще более надежная стабилизация пламени, чего данная горелка не обеспечивает. Кроме того, к недостаткам этой конструкции относится невозможность ее работы в инертной атмосфере (например азот, пар), что часто технологически необходимо.

Цель изобретения расширение возможного диапазона надежной работы, что выражается в достижении надежной стабилизации пламени при повышенных нагрузках и в более широком диапазоне соотношения воздух/топливо, а также в возможности работы горелочного устройства в инертной среде.

Для достижения указанной цели горелочное устройство, содержащее газовую трубу, размещенную внутри воздушной трубы, и стабилизатор пламени, дополнительно содержит выполненный в форме полого полутора обтекатель, прикрепленный к воздушной трубе с помощью диффузора, а стабилизатор выполнен в форме чаши с краями, заведенными в полость полутора, и прикреплен к выходному концу газовой трубы. На выходном конце газовой трубы могут быть выполнены газовыдающие отверстия. Стабилизатор может также быть прикреплен к выходному концу газовой трубы посредством распределительного устройства и при этом иметь по периферии своего дна газовыдающие отверстия, сообщенные с полостью газовой трубы. На распределительном устройстве соосно отверстиям в стабилизаторе могут быть отверстия меньшего диаметра, снабженные резьбой и схемными резьбовыми заглушками.

Между газовой и воздушной трубой может быть расположена дополнительная газовая труба, стабилизатор снабжен центральным отверстием, сообщенным с дополнительной центральной трубой, размещенной внутри газовой трубы и образующей с ней кольцевой газоподводящий канал, дно чаши стабилизатора футеровано огнеупорным материалом, а все устройство заключено в корпус, образующий с ним кольцевой проход для подачи вторичного воздуха.

На фиг.1 3 дано горелочное устройство, продольный разрез, различные варианты; на фиг.4 узел I на фиг.3.

Горелочное устройство согласно фиг.1 содержит газовую трубу 1, к выходному концу которой прикреплен выполненный в форме чаши стабилизатор 2. Газовая труба 1 размещена внутри воздушной трубы 3, на которой с помощью диффузора 4 укреплен обтекатель 5, выполненный в форме полого полутора. На выходном конце газовой трубы 1 выполнены отверстия 6 для выхода газа. Края чаши стабилизатора 2 заведены в полость полутора обтекателя 5.

Горелочное устройство согласно фиг.2 отличается тем, что внутри газовой трубы 1 размещена дополнительная центральная труба 7, сообщаемая с центральным отверстием 8 стабилизатора 2. Дно чаши стабилизатора футеровано огнеупорным материалом 9.

Горелочное устройство согласно фиг.3 отличается тем, что между газовой 1 и воздушной 3 трубами установлена дополнительная газовая труба 10. Стабилизатор 2 прикреплен к выходному концу газовой трубы 1 посредством распределительного устройства 11. По периферии дна стабилизатора 2 выполнены газовыдающие отверстия 12, сообщаемые с полостью газовой трубы. Кроме того, на распределительном устройстве 11 соосно отверстиям 12 в стабилизаторе 2 могут быть выполнены отверстия 13 меньшего диаметра, снабженные резьбой и съемными резьбовыми заглушками 14. Входящие в состав узла I заглушки 14 могут иметь различную длину, благодаря чему возможны варианты, когда открыты отверстия 12 и 13 (заглушки сняты), открыто только отверстие 12 (короткие заглушки, закрыты отверстия 12 и 13). Горелочное устройство может быть заключено в корпус 15, образующий с ним кольцевой проход для подачи вторичного воздуха.

Горелочное устройство работает следующим образом. В кольцевой зазор между трубами 1 и 3 (фиг.1 и 2) или между трубами 3 и 10 поступает первичный воздух. Далее включают систему зажигания, систему контроля пламени (не показаны) и подают природный газ.

В случае конструкции по фиг.1 газ подают по трубе 1, откуда он выходит через отверстия 6 и далее, перемешавшись с воздухом и обогнув кромку чаши стабилизатора 2, попадает в чашу, двигаясь сначала в направлении, противоположном основному движению. В случае наличия центральной трубы 7, как на фигуре 2, газ подают между трубами 7 и 1, далее он выходит через отверстия 6, перемешивается с воздухом и затем следует, как в конструкции на фиг.1.

В случае наличия дополнительной газовой трубы 10, как на фиг.3, газ могут подавать через кольцевой зазор между трубами 10 и 1, после чего газ смешивается с воздухом и уже описанным выше путем поступает в зону горения.

Во всех этих случаях происходит предварительное перемешивание газа с воздухом, что обеспечивает возможность большей нагрузки, однако, возможно лишь при настолько малых величинах выходного зазора между краем чаши стабилизатора 2 и обтекателя 5 или при настолько высоких скоростях вылета газовоздушной смеси из этого зазора, которые исключают возможность проскока пламени в этот зазор.

Устройство согласно фиг.3 предусматривает возможность подачи газа в зону горения без предварительного перемешивания. Газ подают по трубе 1 (или в кольцевой зазор между трубами 1 и 7), после чего он через полость, образуемую распределителем 11, и далее через отверстия 12 по периферии стабилизатора 2 и соответствующие им отверстия в футеровке 9 поступает в зону горения.

Конструкция по фиг.3 дает возможность подачи газа в зону горения различными способами, т.е. без предварительного смешения с таковым и комбинированно, а также возможность регулировки степени перемешивания газа с воздухом за счет изменения числа отверстий 13 в распределителе 11, перекрытых заглушками 14. Этот вид регулировки смешивания осуществляется в ходе предварительных стендовых испытаний. Заглушки ввинчиваются (вывинчиваются) в отверстия 13 распределителя через отверстия 12 в стабилизаторе 2. Если после подачи газа система контроля наличия пламени фиксирует загорание, то производят необходимые корректировки расходов газа и воздуха. При необходимости в кольцевой зазор между кожухом 15 и собственно горелочным устройством подают необходимое количество вторичного воздуха. При отсутствии загорания запуск горелки возобновляют, изменяя первоначальные расходы.

Принцип работы данного горелочного устройства состоит в следующем. Газовоздушная смесь (при отсутствии предварительного смешения воздух), направляемая внутренней полостью полутора обтекателя 5 через кольцевой зазор между этой полостью и входящими в нее краями чаши стабилизатора, с достаточно большой скоростью (например, 50 и более м/с) втекает в полость чаши в направлении, противоположном основному течению потоков. Далее газовоздушная смесь, направляемая формой стенок и днища чаши стабилизатора, совершает поворот в направлении основного движения потоков и, будучи подожжена в акте первоначального воспламенения, уже в виде раскаленных дымовых газов выходит из чаши реактора. Скоростной поток, вытекающий из обтекателя 5 в направлении, обратном движению дымовых газов, захватывает часть последних, что и обеспечивает поджигание.

Таким образом, в данном случае, как и при обычной стабилизации пламени плохообтекаемым телом, последняя обеспечивается наличием вихря, который, однако, организуется иначе и располагается не за стабилизатором, а внутри его.

Если при обычной стабилизации направление скорости свежей смеси в зоне воспламенения совпадает с основным направлением скорости раскаленных дымовых газов и поэтому сравнительно небольшое увеличение скорости свежей смеси приводит к отрыву пламени, то в рассматриваемой конструкции противоположность направления этих скоростей обеспечивает более надежную стабилизацию как при форсировке, так и при приближении к концентрационным пределам горения.

В ряде случаев технология требует работы горелочного устройства в атмосфере инертной или даже огнетушащей среды (азот, водяной пар, углекислый газ). Горелочное устройство с обычным стабилизатором, при котором в зону воспламенения (стабилизации) возможен подсос инертов, не обеспечивает стабилизации в таких условиях. Изобретение в силу того, что зона воспламенения погружена внутри чаши стабилизатора, обеспечивает устойчивую работу в атмосфере инертов.

Использование: в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: горелочное устройство содержит газовую трубу, размещенную внутри воздушной трубы, стабилизатор пламени, выполненный в форме полого полутора, обтекатель, прикрепленный к воздушной трубе с помощью диффузора. Стабилизатор выполнен в форме чаши с краями, заведенными в полость полутора, и прикреплен к выходному концу газовой трубы. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее газовую трубу, размещенную в воздушной трубе, и стабилизатор пламени, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит выполненный в форме полого полутора обтекатель, прикрепленный к воздушной трубе с помощью диффузора, а стабилизатор выполнен в форме чаши с краями, заведенными в полость полутора, и прикреплен к выходному концу газовой трубы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходном конце газовой трубы выполнены газовыдающие отверстия. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стабилизатор прикреплен к выходному концу газовой трубы посредством распределительного устройства, а по периферии дна стабилизатора выполнены газовыдающие отверстия, сообщаемые с полостью газовой трубы. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на распределительном устройстве соосно с отверстиями в стабилизаторе выполнены отверстия меньшего диаметра, снабженные резьбой и съемными резьбовыми заглушками. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что между газовой и воздушными трубами расположена дополнительная газовая труба. 6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что стабилизатор снабжен центральным отверстием, сообщенным с дополнительной центральной трубой, размещенной в газовой трубе и образующей с ней кольцевой газоподводящий канал. 7. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что оно заключено в корпус, образующий с ним кольцевой зазор для подачи вторичного воздуха.