ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания в топках котлов и промышленных печах газообразного и пылевидного топлива.

Известна газовая горелка, содержащая воздухоподводящий корпус, внутри которого расположен газовый коллектор с подведенным к нему газоподводящим патрубком, и осевой вентилятор, расположенный на входе газового коллектора, перед которым установлен завихритель воздуха, а сам газовый коллектор выполнен в виде конуса с перфорированной боковой стенкой [1]
Недостатком данной горелки является плохое смешение топлива с окислителем из-за хаотичной неорганизованной подачи топлива в поток воздуха.

Известна горелка, содержащая корпус, примыкающий своим торцом к горелочному туннелю с цилиндрическим и диффузорным выходным участком, снабженный воздухоподводящим патрубком с шибером и разделенный обечайкой на периферийный и центральный каналы, в последнем из которых установлена форсунка с вентилем, охваченная трубой для подвода распылителя, размещенной в полости газоподводящего сопла, имеющего на входе заслонку, причем в кольцевом зазоре между выходными участками сопла и обечайки установлен завихритель, а вокруг газоподающего сопла дополнительно размещена газовая труба, заглушенная с выходного торца и снабженная на боковой поверхности сопловым аппаратом в виде тангенциальных щелевых отверстий, ориентированных в ту же сторону, что и лопатки завихрителя [2]
Недостатком известной горелки, а именно газовой, является невысокое качество смешения. Это обусловлено формой и расположением тангенциальных щелевых отверстий, ориентированных в ту же сторону, что и лопатки завихрителя, создающих недостаточно развитую поверхность взаимодействия распылителя (воздушного потока) с газовой струей, что приводит к плохому смешению газа с воздухом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение полноты сгорания топлива путем улучшения смесеобразования.

Технический результат предлагаемого изобретения: максимальное проникновение тонкой плоской протяженной газовой струи в поперечный поток воздуха. Поставленная задача достигается тем, что в горелке, содержащей воздухоподводящий корпус, по оси которого с образованием кольцевого канала установлен газоподводящий патрубок с заглушенным с выходного торца коллектором в виде тела вращения, снабженным на боковой поверхности сопловыми отверстиями, и размещенный в кольцевом канале завихритель с наклонными к оси корпуса лопатками, сопловые отверстия выполнены в виде равномерно распределенных по периметру коллектора прямоугольных в продольном сечении щелевых прорезей с наклонными к оси корпуса боковыми стенками большей площади, угол наклона каждой из которых отличен от угла наклона к оси корпуса выходного участка каждой из лопаток не более, чем на 10^o.

При этом щелевые прорези могут быть выполнены по нормали к поверхности коллектора и наклонными к нормали к поверхности коллектора под углом, не превышающим 30^o. Коллектор может быть выполнен цилиндрическим или в виде усеченного конуса.

От прототипа заявляемое изобретение отличается тем, что сопловые отверстия выполнены в виде равномерно распределенных по периметру коллектора прямоугольных в продольном сечении щелевых прорезей с наклонными к оси корпуса боковыми стенками большей площади, угол наклона каждой из которых отличен от угла наклона к оси корпуса выходного участка каждой из лопаток не более, чем на 10^o.

Каждый из этих признаков является существенным и в совокупности с признаками, общими с прототипом, решает поставленную задачу.

Выполнение щелевых прорезей по нормали к поверхности коллектора или наклонными к нормали к поверхности коллектора, а также выполнение последнего цилиндрическим или в виде усеченного конуса относится к частным признакам и к конкретным вариантам исполнения.

Выполнение сопловых отверстий в виде равномерно распределенных по периметру коллектора прямоугольных в продольном сечении щелевых прорезей с наклонными к оси корпуса боковыми стенками большой площади позволяет выполнить сопловые отверстия узкими и протяженными и приводит к формированию на выходе из выпускных отверстий тонких плоских протяженных струй газа с развитой поверхностью соприкосновения с воздушным потоком.

Различие боковых стенок большей площади щелевых прорезей и выходных участков лопаток завихрителя в углах наклона к оси горелки, не превышающее 10^o, обеспечивает распространение воздушного потока вдоль плоскостей, параллельных плоскостям распространения газовых струй. При этом сносящему и размывающему воздействию эффективно подвергается только узкая боковая кромка каждой газовой струи, обращенная к воздушному потоку. Удаленные от этой кромки участки газовой струи экранированы близлежащими участками от воздействия воздушного потока. Поэтому наиболее удаленные участки газовой струи почти не размываются воздушным потоком и проникают в него на значительное расстояние.

При таком расположении потоков даже очень тонкая плоская газовая струя, имеющая высокоразвитую поверхность соприкосновения с воздушным потоком, проникает на достаточную глубину в этот поток. То есть одновременно решаются две задачи: высококачественное смешение в каждой точке потока и однородность концентраций топливной смеси в различных точках потока.

На основании изложенного можно считать все отличительные признаки существенными и в совокупности способствующими более эффективному смещению и сжиганию топлива с окислителем.

Сущность заявляемого технического решения поясняется графическими материалами.

На чертеже показан общий вид газовой горелки с продольным разрезом воздухоподводящего корпуса.

Газовая горелка содержит воздухоподводящий корпус 1, внутрь которого введен газоподводящий патрубок 2. К нему присоединен газовый коллектор 3, заглушенный с выходного торца 4 и снабженный на боковой поверхности сопловыми отверстиями в виде щелевых прорезей 5, равномерно распределенных по периметру боковой поверхности коллектора 3. В кольцевом зазоре 6 между газоподводящим патрубком 2 и воздухоподводящим корпусом 1 установлен завихритель с лопатками 7. Различие в углах наклона боковых стенок большей площади прорезей 5 и выходных участков лопаток 7 завихрителя к оси горелки (α и b соответственно) не превышает 10^o. Лопатки 7 завихрителя формируют поток воздуха, а щелевые прорези газовые струи. Газовый коллектор 3 может быть выполнен в виде кругового цилиндра или усеченного конуса. Щелевые прорези могут быть выполнены по нормали к поверхности коллектора и наклонными к нормали к поверхности коллектора под углом, не превышающим 30^o.

Газовая горелка работает следующим образом. В патрубок 2 подают под давлением газ, который поступает в газовый коллектор 3. Целевые прорези 5 формируют газовые струи, распространяющиеся радиально от оси горелки к ее стенкам. Воздух подают в воздухоподводящий корпус 1, где лопатки завихрителя формируют из него закрученный поток. Угол наклона выходных участков лопаток 7 завихрителя к оси горелки, под которым воздух выходит из завихрителя, отличается не более чем на 10^o от угла наклона боковых стенок большей площади прорезей 5 к этой оси. По этой причине плоскость каждой газовой струи ориентирована вдоль воздушного потока, а струи распространяются перпендикулярно этому потоку и пронизывают его на всю толщину.

Предложенное устройство позволяет задать заранее и конструктивно обеспечить требуемое качество смешения путем соответствующего уменьшения ширины щелевых прорезей и увеличения их количества или протяженности для сохранения суммарной площади выходного сечения всех газовых струй. Уменьшение ширины струй приводит к повышению качества смешения путем увеличения общей поверхности их соприкосновения с воздухом.

Предложенное устройство позволяет задать заранее и конструктивно обеспечить необходимую глубину проникновения газовых струй в воздушный поток путем соответствующего увеличения протяженности прорезей, приводящей к увеличению протяженности газовых струй. Увеличение протяженности каждой струи усиливает эффект экранирования ее более удаленных участков близлежащими участками от сносящего и размывающего воздействия воздушного потока.

Такое выполнение сопловых отверстий в виде равномерно распределенных по периметру коллектора прямоугольных в продольном сечении щелевых прорезей с наклонными к оси корпуса боковыми стенками большей площади, причем различие в углах наклона к оси горелки боковых стенок большей площади этих прорезей и выходных участков лопаток завихрителя не превышает 10^o, приводит к высококачественному смешению в каждой точке потока и получению однородной концентрации топливной смеси в различных точках потока и обеспечивает качественное горение топливной смеси.

Источники информации:
1. Авт. св. СССР N 1749620, F 23 D 14/20, 1990.

2. Авт. св. СССР N 1191684, F 23 D 17/00, 1984.

Использование: для сжигания газообразного и пылевидного топлива. Сущность изобретения: в горелке, содержащей воздухоподводящий корпус, внутри которого расположен газоподводящий патрубок с коллектором, заглушенным с выходного торца и снабженным на боковой поверхности сопловым аппаратом в виде равномерно распределенных по периметру боковой поверхности коллектора щелевыми радиальными или близкими к радиальным узкими протяженными прорезями, и лопаточный завихритель, установленный в кольцевом зазоре между воздухоподводящим корпусом и газоподводящим патрубком, причем разница в углах наклона к оси горелки боковых стенок большей площади прорезей и выходных участков лопаток завихрителей не превышает 10^o. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Горелка, содержащая воздухоподводящий корпус, внутри которого расположен газоподводящий патрубок с коллектором, заглушенным с выходного торца и снабженным на боковой поверхности сопловым аппаратом в виде щелевых отверстий, и лопаточный завихритель воздуха, установленный в кольцевом зазоре между воздухоподводящим корпусом и газоподводящим патрубком, отличающаяся тем, что щелевые отверстия выполнены в виде равномерно распределенных по периметру боковой поверхности коллектора радиальных или близких к радиальным узких протяженных прорезей, причем различие в углах наклона к оси горелки боковых стенок большей площади этих прорезей и выходных участков лопаток завихрителя не превышает 10^o. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что отклонение от радиального положения прорезей, расположенных на боковой поверхности коллектора, не превышает 30^o. 3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор выполнен в виде цилиндра. 4. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор выполнен в виде усеченного конуса.