ЩЕЛЕВАЯ ПОДОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК F23D14/22 

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топках различных теплотехнических агрегатов при сжигании конденсатосодержащих газовых смесей, например коксодоменной смеси.

Известна подовая горелка с принудительной подачей воздуха, представляющая собой прямоугольную щель, выполненную из огнеупорного кирпича, в нижней части которой по оси щели размещается стальная труба, имеющая односторонний подвод газа и два ряда газовыпускных отверстий сверху, располагаемых под некоторым углом между собой. Принцип работы такой горелки заключается в подаче мелких струй газа под углом к входящему в огневую щель потоку воздуха [1]
Основным недостатком работы горелок такой конструкции является сильный нагрев стальной газораспределительной трубы по верхней образующей излучением из топки и от образующего газового факела, что приводит к короблению и коррозии ее. Вблизи горячей стенки внутри трубы происходит крекинг газа, что приводит к постоянному закоксовыванию газовых отверстий и уменьшению производительности горелки. Закоксовывание отверстий неравномерно по длине газораспределительной трубы, и это приводит к неравномерному истечению газа из отверстий, а следовательно, и избытка воздуха вдоль щели.

Газ, который движется вдоль газораспределительной трубы с постепенно уменьшающейся до нуля скоростью, нагревается от горячей стенки трубы, и температура его повышается к концу трубы. Количество газа, вытекающего из отверстия при определенном перепаде давления, примерно обратно пропорционально корню квадратному из абсолютной его температуры. Поэтому нагрев газа внутри газораспределительной трубы приводит к уменьшению расхода газа через газовыпускные отверстия в конце трубы. Повышение температуры газа в газораспределительной трубе горелки может быть значительным при больших диаметрах труб, а также при большой длине щели. Чтобы как-то снизить нагрев газа в газораспределительной трубе, скорость газа в начале ее устанавливают не менее 20-25 м/с. Однако во всех случаях в конце трубы скорость газа в такой горелке близка к нулю, и охлаждение газораспределительной трубы протекающим в ней газом оказывается недостаточным.

Известна L-образная подово-щелевая газовая горелка, разработанная Саратовским Гипрониигазом. В этой конструкции газораспределительная труба (d 40-60мм) устанавливается как бы в нише, что защищает ее от прямой радиации раскаленного свода и в значительной степени от излучения факела. Благодаря такому расположению горелки в L-образной щели температура поверхности ее газораспределительной трубы не достигает больших значений и распределяется по всей ее длине более или менее равномерно, что практически исключает явления коробления и закоксовывания газовыпускных отверстий [2]
В этой горелке газ выходит в щель через отверстия, расположенные на огневой части горелки под углом 90^o от вертикальной оси. В эту же щель подается дутьевой воздух. Струйки газа, выходящие из огневых отверстий газораспределительной трубы, попадают в воздушный поток, перемешиваются с воздухом и образуют газовоздушную смесь.

Воспламенение газовоздушной смеси происходит в щели. Однако, как показывает опыт эксплуатации подовых щелевых горелок L-образной формы, они не лишены недостатков, один из которых заключается в недостаточно полном перемешивании в нижней части щелевого канала, что приводит к явлению так называемого "холостого потока" воздуха, когда значительная часть воздуха проходит между струйками газа и смешивается с газом только в верхней части щелевого канала и в рабочем пространстве топки, что может привести к значительному удлинению факела.

Другим недостатком L-образных подовых горелок является необходимость тщательной наладки и регулировки, а также учета особенностей конструкции и технологического назначения топки.

Общим недостатком подовых горелок всех существующих до настоящего времени конструкций является значительный объем кладки из огнеупорного кирпича для создания огневых щелей, причем кладку следует производить особенно тщательно и не допускаются малейшие отклонения от расчетных конструктивных размеров.

Для ввода труб в топку для многих типов подовых щелевых горелок требуется пробивать специальные отверстия.

Известные подовые щелевые горелки предназначены для сжигания природного газа. Они хорошо зарекомендовали себя в топках отопительных котлов ДКВ и ДКВР. Получили они распространение и в некоторых сушильных агрегатах.

Однако работа таких горелок на содержащих водород топливах, например коксовом газе или его смесях с другими газами, газовоздушная смесь которых характеризуется высокими скоростями распространения пламени (в 10 раз более, чем в метановоздушных смесях), может приводить к проскоку пламени в глубь щелевого канала, перегреву газораспределительных труб. Чтобы избежать этого явление, вынуждены уменьшать пределы регулирования горелки по производительности.

Кроме того, наличие в коксовом газе или его смесях с другими газами влаги приводит к образованию конденсата в полости стальных газораспределительных труб, что вызовет их коррозию и, значит, уменьшит и срок службы, а наличие таких примесей, как пары нафталина, смолистых веществ, частиц пыли может привести к закупорке отверстий в газораспределительных трубах и значительному уменьшению проходных сечений и в самих газораспределительных трубах, имеющих незначительный диаметр (40-60 мм).

Цель изобретения повышение эксплуатационной надежности и расширение пределов регулирования горелки при сжигании водородосодержащего топлива, каким является коксовый газ или его смеси с другими, например, коксодоменная смесь.

Поставленная цель достигается тем, что в горелке, корпус которой представляет собой металлический короб конфузорообразной формы для подвода воздуха, переходящего в месте сужения с поворотом на 90^o в прямоугольное щелевидное сопло, в котором устанавливается газораспределительная труба, снабженная газовыпускными трубками, располагаемыми продольно по центральной оси и под углом 15^o вверх и вниз относительно ее в шахматном порядке между собой, причем к газораспределительной трубе в ее средней части перпендикулярно подключен газоподающий коллектор, располагаемый в одной горизонтальной плоскости с ней и оканчивающийся газоподводящим патрубков снаружи корпуса горелки.

Газораспределительная труба в щелевидном сопле располагается на всю его ширину с одинаковым зазором между нижней и верхней горизонтальными стенками и с некоторым зазором относительно торцевых стенок его, причем углубление газораспределительной трубы в сопле горелки по средам выходных концов газовыпускных трубок составляет не более 1/2 и не менее 1/3 длины сопла.

Снизу на всю длину к газораспределительной трубе приварен желоб, который служит для сбора конденсата и последующего его удаления по мере накопления через сливной патрубок с краном снаружи корпуса горелки. Для стока конденсата в желоб по нижней образующей газораспределительной трубы по всей ее длине просверлено несколько отверстий, сам желоб выполнен с некоторым уклоном в сторону слива газоконденсата.

Перед щелевидным соплом горелки на некотором расстоянии выкладывается на ребро ряд шамотных кирпичей с просветом между собой в один кирпич.

Задняя торцевая стенка корпуса горелки, которая является конфузорной образующей воздухоподводящего короба, выполнена съемной.

Предлагаемая подовая щелевая горелка проста в изготовлении благодаря сварной конструкции. Установка ее не требует больших трудозатрат. При необходимости замены газораспределительной трубы не требуется демонтировать всю горелку, достаточно снять заднюю торцевую стенку.

Автором не известны технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа.

На фиг. 1 изображена предлагаемая горелка в аксанометрии, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2.

Горелка содержит корпус, состоящий из конфузорного металлического короба 1 для подвода через патрубок 2 сверху. В нижней части под прямым углом к коробу 1 приварено прямоугольное щелевидное сопло 3. По ширине сопла 3 с углублением внутрь на величину 1/2-1/3 его длины размещается газораспределительная труба 4 с продольным рядом отверстий 5 по ее центральной оси, в которые вварены газовыпускные трубки 6, 7, направленные под углом 15^o вверх от горизонтальной оси (поз. 6) и под углом 15^o вниз от горизонтальной оси (поз. 7) и чередующиеся между собой в шахматном порядке.

Перпендикулярно в середине газораспределительной трубы подключен газоподводящий коллектор 8, который заканчивается газоподводящим патрубком 9 снаружи воздухоподводящего короба 1. Снизу к газораспределительной трубе 4 на всю ее длину с небольшим уклоном в один конец приварен желоб 10. По нижней образующей газораспределительной трубы 4 располагаются сквозные отверстия 11. Для сообщения с желобом 10 газораспределительная труба 4 по нижней образующей имеет ряд сквозных отверстий 11.

С помощью двух опор 12 и опоры 13 узел из газоподводящего коллектора 8 и газораспределительной трубы 4 с желобом 10 выставляется в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы центральная ось газораспределительной трубы 4 совпадала с осью щелевого сопла 3.

Для периодического удаления накапливающегося конденсата из желоба 10 в его концевой нижней точке предусмотрен сливной патрубок 14 и кран 15 снизу корпуса горелки.

Предлагаемая подовая горелка устанавливается в нижней части торцевой стенки топки в месте ее примыкания к поду (см. фиг. 2). Щелевое сопло 3 в нише кладки уплотняется асбестовым картоном 16 по всему периметру. На поду топки перед соплом 3 на всю его ширину выложен ряд шамотных кирпичей 17 на ребро с зазором в один кирпич между собой (См. фиг. 2,3).

Задняя стенка горелки, являющаяся конфузорообразной составляющей воздухоподводящего короба 1, выполнена в виде съемной крышки 18. Примыкание ее к корпусу горелки осуществляется приваренными по торцам конфузорного короба 1 уголками 19, соединяемых с помощью болтов (на фиг. 2 не показано), устанавливаемых в сквозные отверстия 20, просверленных в примыкающих полочках уголков 19 и отгибах крышки 18. Место соединения уплотняется паронитовыми прокладками 21.

Как было указано выше, предлагаемое изобретение может использоваться в топках различных тепловых агрегатов при сжигании газообразного топлива, содержащего конденсат. В этой связи и рассмотрим работу такой горелки, щелевидное сопло которой располагается в нише, образующей подом и кладкой торцевой и боковых стенок топки, а в качестве топлива используется, например, смесь коксового и доменного газов (КДГ).

Через патрубок 9 и газоподводящий коллектор 8 КДГ подается в газораспределительную трубу 4. Через патрубок 2 в конфузорообразный короб 1 сверху подается дутьевой воздух. Далее он поступает в горизонтально расположенное щелевое сопло 3 горелки. Из газораспределительной трубы 4 через газовыпускные трубки 6, 7, расположенные под углом 15^o к горизонтальной оси газораспределительной трубы 4 вверх и вниз в шахматном порядке и образующих между собой угол 30^o, КДГ истекает в щелевое сопло 3, где происходит его смешение с воздухом, поступающим через зазоры между наружной поверхностью газораспределительной трубы 4 и внутренней поверхностью стенок сопла 3. Образующаяся газовоздушная смесь воспламеняется на выходе из сопла 3 горелки.

В газораспределительной трубе 4 выделяющийся из КДГ конденсат оседает в ее нижней части, откуда через сквозные отверстия 11 по нижней образующей трубы он перетекает в наклонный желоб 10 снизу газораспределительной трубы. При его достаточном накоплении конденсат через сливной патрубок 14 периодически удаляется с помощью запорного крана 15.

Сопло горелки одновременно является и смесителем благодаря заглублению в него газораспределительной трубы. С учетом высова газовыпускных трубок зона смешения в щелевидном сопле определяется в пределах 1/2 1/3 длины сопла. Если зона смешения более 1/2 длины сопла, то увеличивается вероятность проскока пламени внутрь сопла горелки, что вызовет необходимость уменьшить диапазон регулирования. Если зона смешения менее 1/3 длины сопла, смешение газа с воздухом смещается за пределы выходного сечения сопла и при достаточном разрежении в топочной камере может произойти отрыв факела.

Поступающий на горение дутьевой воздух образует в зазорах между поверхностью газораспределительной трубы и стенками сопла горелки турбулизационные воздушные потоки с большими скоростями, в которые с углом раскрытия между собой 30^o врезаются газовые струи, истекаемые из газовыпускных трубок. Все это улучшает условия смешения воздуха и газа, интенсифицирует процесс смесеобразования.

Наличие стабилизирующего устройства из ряда шамотных кирпичей, выложенных на ребро с просветом между собой в один кирпич фронтально перед соплом горелки на всю его ширину, способствует устойчивому горению образующегося факела, обеспечивает надежность зажигания газовоздушной смеси в случае возможного отрыва факела от сопла горелки.

Благодаря тому, что задняя стенка горелки выполнена в виде съемной крышки, значительно облегчается и упрощается ремонт в случае необходимости замены газораспределительной трубы, так как не требуется демонтировать всю горелку.

Ниже приводятся основные конструктивные параметры и масса опытного образца щелевой подовой горелки (конкретный пример исполнения заявленной горелки).

диаметр газоподвода 137х4мм
диаметр воздухоподвода 325х5мм
диаметр газоподающего коллектора 137х4 мм
диаметр газораспределительной трубы 137х4 мм
длина газораспределительной трубы 2400 мм
диаметр и количество газовыпускных отверстий 19мм, 40 шт.

шаг между ними 60 мм
диаметр газовыпускных трубок 18х2,0 мм
количество газовыпускных трубок с углом 15^o вверх 20 шт.

количество газовыпускных трубок с углом 15 ^o вниз 20 шт.

длина газовыпускных трубок 50 мм
размеры сопла горелки в поперечном сечении 2500-200 мм
рабочая длина сопла (заделываемая в кладку) 350 мм
заглубление газораспределительной трубы в сопле горелки по средам газовыпускных трубок 150 мм
суммарная площадь выходных сечений для газа 60 см²
то же, для воздуха 1020 м²
площадь выходного сечения сопла горелки 4730 см
площадь сечения воздухоподвода 760 см²
то же, газоподвода 130 см²
габаритные размеры корпуса горелки 2600х900х800 мм
масса горелки 164 кгс

Использование: в области энергетики, в частности в топках различных теплотехнических агрегатов при сжигании конденсатосодержащих газовых смесей, например коксодоменной смеси. Сущность изобретения: в газовых отверстиях газораспределительной трубы установлены газовыпускные трубки, оси которых в чередующемся порядке направлены вверх и вниз под углом 15^o к горизонтальной оси газораспределительной трубы, газораспределительная труба заведена в щелевидное сопло на расстояние не более 1/2 и не менее 1/3 длины сопла, при этом газораспределительная труба расположена с зазором относительно боковых стенок щели. 3 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Щелевая подовая горелка, содержащая воздухоподводящий корпус с щелевидным соплом на выходе, патрубки подвода воздуха и газа, газораспределительную трубу с газовыми отверстиями, расположенными равномерно по образующей в один ряд вдоль указанной трубы, газораспределительная труба установлена в щелевидном сопле по всей его ширине, с одинаковыми зазорами между нижней и верхней горизонтальными стенками, отличающаяся тем, что в газовых отверстиях газораспределительной трубы установлены газовыпускные трубки, оси которых в чередующемся порядке направлены вверх и вниз под углом 15^o к горизонтальной оси газораспределительной трубы, газораспределительная труба заведена в щелевидное сопло на расстояние не более 1/2 и не менее 1/3 длины сопла, при этом газораспределительная труба расположена с зазорами относительно боковых стенок щели. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена желобом, установленным под газораспределительной трубой по всей ее длине с некоторым уклоном в сторону слива газоконденсата, при этом вдоль газораспределительной трубы, в нижней ее части, выполнено несколько сквозных отверстий, а желоб снабжен сливным патрубком с краном снаружи корпуса. 3. Горелка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена стабилизирующим устройством, расположенным перед щелевым соплом и представляющим собой ряд кирпичей, установленных на ребро между газовыпускными трубками. 4. Горелка по пп.1 3, отличающаяся тем, что задняя стенка корпуса выполнена скошенной и съемной.