ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2000 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, точнее к конструкциям газогорелочных устройств, предназначенных для сжигания природного газа в тепловых агрегатах, например металлургических печах (плавильных, нагревательных и т.д.).

Известны многоструйные вихревые газовые горелки Энергопроекта и Мосгазпроекта, которые состоят из корпуса, в который сбоку поступает воздух и при выходе из него получает вращательное движение в лопатках, и центрального газового коллектора, газ из которого попадает внутрь корпуса в виде многочисленных мелких струек под углом к воздушному потоку (А.В. Арсеев "Сжигание природного газа", Москва, "Металлургиздат", 1963).

В данных горелках примешивание газа с воздухом частично начинается внутри корпуса горелки, частично в потоке. Поэтому получить короткий факел в данных горелках затруднительно. Это затрудняет их применение в тепловых агрегатах со сравнительно небольшим объемом, например в газовых вагранках.

Также известна горелка, в которой перед сжиганием осуществляют подогрев газа в высокотемпературном омическом нагревателе (см. а. с. N 369449 "Высокотемпературный омический нагреватель газа" А.Л. Искра, Л.А. Малышев, В. Е. Попов и А.А. Соболев от 10.4.73, Б.И. N 10). Но этот нагреватель имеет свои недостатки - сложная конструкция.

Наиболее близкой по технической сущности является газовая горелка с изогнутыми щелевыми отверстиями сопел (см. С.А. Расулов, В.А. Грачев "Вторичная плавка: чугуна". Из-во "Фан" Узбекской ССР. Ташкент, 1975 г., с. 58-59). Здесь описана газовая горелка для создания высокотемпературного факела, снабженная соплом с каналом, выполненным в виде подковы, в центре которой имеется отверстие круглого сечения с диаметром не более 0,35 наружного диаметра кольцевого канала.

Конструкция горелки обеспечивает получение светящегося малоокислительного факела, однако существенным недостатком ее является невозможность регулирования расхода газа на подсветку и регулирование светимости и температуры факела.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что газораспределительный патрубок, проходящий внутри корпуса горелки, герметично соединен с соплом соосно с его центральным отверстием, а через патрубок введен винт с возможностью перемещения вдоль своей оси и имеющий на торце конусный наконечник, притертый к центральному отверстию сопла.

Сравнение технических решений с заявляемым показало, что существенными отличительными признаками предложенной газовой горелки является наличие нового конструкционного элемента. Новый конструкционный элемент - регулировочный винт с конусным наконечником, притертым к центральному отверстию сопла, проходящий внутри газораспределительного патрубка.

Технические решения со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружены, поэтому предлагаемое устройство обладает существенными отличиями.

Конструкция газовой горелки представлена на фигуре 1, где дан ее предельный разрез.

Газовая горелка состоит из смесителя 1, чугунного сопла 2, узла крепления горелки 3 к кожуху теплового агрегата, распределителя газа 4 с отверстиями 5 для подачи газа на смешение с воздухом. Смеситель сварной или литой конструкции содержит цилиндрическую камеру, сужающийся конус и цилиндрический, более узкого сечения патрубок, на конце которого приварен фланец 6, служащий для крепления смесителя к узлу 3. Чугунное сопло горелки закреплено на втулке 7, представляет собой отливку с двумя каналами, один из которых имеет вид изогнутого кольца 8 и служит для подачи в горелочный туннель газовоздушной смеси, а другой 9 располагается в центре кольцеобразного канала и служит для подачи в факел углеводородов с целью увеличивания светимости факела. Распределитель газа проходит через заднюю крышку смесителя и герметично соединяется с соплом с центральным отверстием. Внутри газораспределительного патрубка установлен винт 10 с конусным наконечником 11, плотно притертым к центральному отверстию 9 сопла. Винт перемещается вдоль своей оси с помощью рукоятки 12, а для установки требуемого расхода газа на подсветку на крышке смесителя укрепляется лимб 13. Горелка снабжена патрубками подвода газа 14 и воздуха 15, на которых смонтирована запорная арматура, служащая как для регулирования качества поступающих в горелку воздуха и газа, а также для включения и отключения горелки. Для наблюдения за процессом горения газа на смесителе смонтирована горелка 16.

Газовая горелка работает следующим образом. Газ, выходя из отверстий распределителя газа, попадает в потоко воздуха, в корпусе смесителя образуется однородная газовоздушная смесь, гомогенизация которой увеличивается по мере продвижения к основному соплу горелки, где происходит равномерное распределение смеси по сечению канала. Газовоздушная смесь, выходя в горелочный туннель, воспламеняется и сгорает с образованием короткого высокотемпературного факела. Часть природного газа в количестве до 10% от общего расхода газа поступает в центральный канал сопла, на выходе из которого разлагается на реакции CH₄ ---> C + 2H₂. Разложение природного газа или ремокрекинг происходит под действием высокой температуры в туннеле.

Образующиеся в результате разложения метана углерод и водород существенно изменяют характеристики факела и печной атмосфере. Углерод в виде частиц сажи, попадая в высокотемпературные продукты сгорания, начинает интенсивно светиться, увеличивая общую стоимость факела, в результате чего его теплообменные показатели улучшаются. Водород, поступая в печную атмосферу теплового агрегата, снижает ее кислотные свойства. Регулирование расхода газа на подсветку позволяет расширить ее теплотехнические возможности.

Розжиг горелки осуществляется обычным способом с помощью запальника или вспомогательного топлива, например дров, в соответствии с правилами. При пуске горелки с помощью вспомогательного топлива в топке сначала разжигаются дрова, затем в горелку подается воздух в количестве 10-20% от рабочего расхода и газ в той же пропорции. При стабильном зажигании газовоздушной смеси расход газа и воздуха увеличивается до рабочих.

Газовая горелка описанной конструкции обеспечивает высокотемпературное сжигание природного газа с получением короткого светящегося малоокислительного факела, что позволяет использовать ее в любых тепловых агрегатах, где требуется получение высоких температур и малоокислительных атмосфер, - в газовых вагранках, нагревательных и термических печах, печах безокислительного нагрева стали.

Конструкция описываемой горелки внедрена на газовых вагранках в литейном цехе Пензенского компрессорного завода.

Техническая характеристика горелки: тип газовой горелки: смесительная, среднего давления, с принудительной подачей воздуха, светящегося факела; назначение: сжигание природного газа в тепловых агрегатах (нагревательных печах, печах отжига, безокислительного нагрева, вагранках); номинальная производительность по расходу природного газа - 50 нм³/ч; расход газа на подсветку - 0-7 нм³/ч; номинальная тепловая нагрузка воздуха - 400-500 Мкал/ч; номинальный расход воздуха при коэффициенте расхода воздуха 1 - 500 нм³/ч; пределы регулирования горелки по расходу газа - 20-70 нм³/ч; допустимые пределы избыточного давления газа - 0,3-0,6 кгс/см²; минимальное избыточное давление воздуха на входе в горелку - 900 мм вод.ст.; температура продуктов сгорания - 1600-1730^oC; масса горелки - 65 кг.

Изобретение относится к газогорелочным устройствам. Газораспределительный патрубок, проходящий внутри корпуса горелки, герметично соединен с соплом соосно с его центральным отверстием, через патрубок введен винт с возможностью перемещения вдоль своей оси, имеющий на торце корпусный наконечник, притертый к центральному отверстию сопла, чем обеспечивается возможность регулирования расхода газа на подсветку светимости и температуры факела. 1 ил.

Газовая горелка, снабженная соплом с подковообразным каналом с отверстием в центре, отличающаяся тем, что газораспределительный патрубок, проходящий внутри корпуса горелки, герметично соединен с соплом соосно с его центральным отверстием, а через патрубок введен винт с возможностью перемещения вдоль своей оси и имеющий на торце конусный наконечник, притертый к центральному отверстию сопла.