ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК F23D14/20 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам для сжигания газообразного топлива в печах.

Известна газовая горелка, содержащая камеру с соплом для подвода воздуха, наружный пустотелый наконечник с отверстиями в его боковой стенке для выхода газа, внутренний пустотелый наконечник, расположенный с зазором внутри наружного наконечника. (см. авторское свидетельство СССР N 672440, кл. F 23 D 14/02, 1979).

Эта газовая горелка не позволяет создавать высокотемпературное светящееся пламя при подаче холодного воздушного дутья.

Техническим решением является повышение эффективности сжигания, увеличение температуры в факеле и излучательной способности факела.

На основе исследований разработана и предлагается газовая горелка, содержащая камеру с соплом для подвода воздуха и размещенную в них трубку для подвода газа, на конце трубы для подвода газа жестко закреплены наружный пустотелый наконечник и входящий в него с зазором внутренний пустотелый наконечник, а в стенках внутреннего и наружного пустотелых наконечников выполнены отверстия. Газовая горелка отличается также тем, что отверстия в стенках внутреннего и наружного пустотелых наконечников выполнены так, что осевые линии отверстий в стенках внутреннего пустотелого наконечника не совпадают с осевыми линиями отверстий в стенках наружного пустотелого наконечника. Газовая горелка отличается тем, что ее внутренний и наружный пустотелые наконечники выполнены в виде стаканов. Газовая горелка отличается тем, что ее внутренний и наружный пустотелые наконечники выполнены так, что их стенки выступают за срез сопла наружу. Газовая горелка отличается и тем, что ее внутренний и наружный пустотелые наконечники выполнены так, что они имеют возможность перемещения по осевой линии. Газовая горелка отличается и тем, что комплексы из внутренних и наружных пустотелых наконечников смонтированы в камере так, что совместно с соплом образуют конструкцию в виде щетки.

На фиг. 1 изображена газовая горелка, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А; на фиг. 3 разрез Б-Б; на фиг. 4 разрез В-В; на фиг. 5 разрез Г-Г; на фиг. 6 и 7 варианты выполнения газовой горелки.

Газовая горелка (фиг. 1) содержит камеру 1 с соплом 2 для подвода воздуха. В них размещены труба 3 для подвода газа. На конце трубы 3 для подвода газа жестко закреплен штуцер 4, в котором жестко закреплены наружный пустотелый наконечник 5 и входящий в него с зазором внутренний пустотелый источник 6. В стенках внутреннего пустотелого наконечника 6 выполнены отверстия 7 для прохода газа, а в стенках наружного пустотелого наконечника 5 выполнены отверстия 8 для выхода газа. 0отверстия 7 и 8 в стенках внутреннего и наружного пустотелых наконечников 6 и 5 могут быть выполнены так, что осевые линии отверстий в стенках внутреннего пустотелого наконечника не совпадают с осевыми линиями отверстий в стенках наружного пустотелого наконечника, что способствует интенсификации нагрева газа. Внутренний и наружный пустотелые наконечники 6 и 5 могут быть выполнены в виде стаканов (фиг. 6), что рационально при больших диаметрах сопла 2 в выходном сечении. Внутренний и наружный пустотелые наконечники 6 и 5 могут быть выполнены так, что их стенки выступают за срез сопла 2 наружу (входят в горелочный туннель теплового агрегата). Это позволяет нагревать стенки наружного пустотелого наконечника 5 в горящем факеле и интенсифицировать нагрев газа между стенками пустотелых наконечников 6 и 5. Внутренний и наружный пустотелые наконечники 6 и 5 могут быть выполнены так, что они имеют возможность перемещения по осевой линии (или путем перемещения трубы 3 для подвода газа в камере 1, или путем перемещения пустотелых наконечников 6 и 5 в резьбовых соединениях). Такие перемещения позволяют регулировать длину факела и его светимость. Комплексы из внутренних и наружных пустотелых наконечников 6 и 5 могут быть смонтированы в камере 1 так, что совместно с соплом 2 образуют конструкцию в виде щетки (фиг.7). Это рационально в том случае, когда сопло 2 в выходном сечении имеет или очень большие размеры, или имеет некруглую форму (прямоугольную, овальную, подковообразную, зигзагообразную, лучеобразную и другую).

Газовая горелка работает следующим образом.

В камеру 1 газовой горелки подают воздух, который может быть холодным или горячим. Воздух выходит из газовой горелки через сопло 2. Через трубу 3 вводят газообразное топливо, которое проходит через отверстие в штуцере 4 и поступает во внутренний пустотелы наконечник 6, откуда выходит через отверстие 7, омывает внутреннюю поверхность наружного пустотелого наконечника 5, проходит по зазору между наконечника 5 и 6 и выходит через отверстие 8 наружного пустотелого наконечника 5, образуя струи газа. Струи газа проникают в воздушный поток и образуют горячую газовоздушную смесь, которую поджигают, что приводит к факельному горению. В связи с излучением горящего факела и газодинамическим (вихревого характера) процессом в факеле стенка наружного пустотелого наконечника 5 нагревается, что приводит к нагреву газа, проходящего по зазору между наконечниками 5 и 6. Горячий газ воспламеняется в воздушном потоке на коротком пути, что приводит к уменьшению длины факела и повышению в нем температуры. Путем перемещения по осевой линии трубы 3 для подвода газа в камере 1 или путем перемещения пустотелых наконечников 6 и 5 в резьбовом соединении можно регулировать длину факела и его светимость. Чем больше выступают пустотелые наконечники 5 и 6 за срез сопла 2 наружу (входят в горелочный туннель), тем больше тепла поступает от горящего факела к стенкам наружного пустотелого наконечника 5 и тем до более высокой температуры нагревается горячий газ и тем короче становится факел горения. Но при подогреве воздуха окислителя газа, путь горения газа сокращается, температура в факеле повышается, что приводит к перегреву стенок выступающего за срез сопла 2 наружного пустотелого наконечника 5. В этом случае необходимо наконечник 5 перемещать, частично размещать его в сопло 2, а частично он должен выступать за срез сопла 2. Выполнение внутреннего и наружного пустотелых наконечников 6 и 5 в виде стаканов (фиг. 6) для случая применения сопел 2 с большим диаметром в выходном сечении позволяет создавать более интенсивный газодинамический процесс у стенок наконечников, что приводит к уменьшению длины факела и повышению в нем температуры. Если сопло 2 в выходном сечении имеет большие размеры или имеет некруглую форму, то рационально размещать в сопле комплексы из внутренних и наружных пустотелых наконечников 6 и 5, у которых образуются локальные газодинамические зоны при работе газовой горелки, между стенками наконечников 5 и 6 нагревается горячий газ, что приводит к уменьшению пути горения газа, увеличению температуры в факеле, повышению излучательной способности факела.

Газовая горелка испытана применительно к газовой вагранке. Испытывались газовая горелка, показанная на фиг. 1, при расходе природного газа 50 м³/ч. газовая горелка, представленная на фиг. 6, при расходе природного газа 100 м³/ч. и газовая горелка, показанная на фиг. 7, при расходе природного газа 150 м³/ч. Расход природного газа при нормальных условиях. Коэффициент расхода воздуха был в пределах 0,9-1. Сначала испытания проводились, когда распределитель газа был выполнен так, как в газовой горелке-прототипе, а затем так, как это показано на фиг. 1-7. Применялась подача холодного воздуха (20^oC). Результаты испытаний следующие: газовые горелки предложенной новой конструкции позволили уменьшить длину горящего факела в 2-3 раза, увеличить температуру в факеле на 50-200 градусов, повысить светимость факела в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом. При подаче в газовые горелки (новые и прототип) воздуха, нагретого до температуры 250^oC, эти показатели соответственно были следующими: уменьшение длины факела в 1,5-2 раза, увеличение температуры в факеле на 50-100 градусов, повышение светимости факела в 2-3 раза по сравнению с прототипом.

Предложенную газовую горелку рационально применять в газовых вагранках литейного производства, в высокотемпературных нагревательных и термических печах кузнечно-прессового, литейного, металлургического производства, при производстве керамических изделий, обжиге огнеупоров, углеродсодержащих электродов. Оборудование предложенными газовыми горелками газовой вагранки позволило повысить производительность чугуноплавильного агрегата, увеличить температуру получаемого чугуна, уменьшить оплавление футеровки и расход огнеупорных изделий на ее ремонт, повысить термический коэффициент полезного действия газовой вагранки. Наибольшая эффективность, экономичность применения предложенной газовой горелки достигнута при подаче в горелку холодного воздуха и нагретого до температуры в пределах 150-350^oC. В связи с несложностью конструкции предложенной газовой горелки упрощается переоборудование существующих газовых горелок печей на новые, более эффективные.

Использование: в области энергетики и относится к устройствам для сжигания газообразного топлива в печах. Сущность: горелка снабжена трубой 3 для подвода газа, на конце которой закреплен штуцер 4, в котором жестко закреплены наружный и внутренний наконечники 5 и 6, установленные с зазором и возможностью продольного перемещения, при этом в боковой стенке внутреннего наконечника 6 выполнены отверстия 7 для выхода газа. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Газовая горелка, содержащая камеру с соплом для подвода воздуха, наружный пустотелый наконечник с отверстиями в его боковой стенке для выхода газа, внутренний пустотелый наконечник, расположенный с зазором внутри наружного наконечника, отличающаяся тем, что горелка снабжена трубой для подвода газа, на конце которой закреплен штуцер, в котором жестко закреплены наружный и внутренний наконечники, установленные с зазором и возможностью продольного перемещения, при этом в боковой стенке внутреннего наконечника выполнены отверстия для выхода газа. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в стенках внутреннего и наружного пустотелых наконечников выполнены так, что осевые линии отверстий в стенках внутреннего пустотелого наконечника не совпадают с осевыми линиями отверстий в стенках наружного пустотелого наконечника. 3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что ее внутренний и наружный пустотелые наконечники выполнены в виде стаканов. 4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что ее внутренний и наружный пустотелые наконечники выполнены так, что их стенки выступают за срез сопла наружу. 5. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что комплексы из внутренних и наружных пустотелых наконечников смонтированы в камере так, что совместно с соплами образуют конструкцию в виде щетки.