ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2000 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известна газовая горелка для сжигания топлива, разработанная Институтом Газа АН Украины. Горелка имеет инжектор, газовое сопло, регулирующий диск, выходной цилиндрический насадок, отражатель, горелочный камень, кожух. Топливовоздушная смесь в этой горелке готовится в двух камерах - основная часть в инжекторе, часть воздуха поступает в щель между инжектором и керамикой /Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. -М.:Химия, 1987, 63 с./.

Этой газовой горелке присущи недостатки всех инжекционных горелок - чрезмерная локальная концентрация излучения у сопла, перегрев и выход из строя материальной части горелок, особенно при малых производительностях (разогрев и пуск печи, выжиг кокса в сырьевых змеевиках и т.д.).

Указанные недостатки устранены в горелках, обеспечивающих настильное пламя на гладкую поверхность излучающих стен.

Наиболее близкой к заявляемой газовой горелке по достигаемому эффекту и технической сущности является центробежная горелка, содержащая корпус, смесительную камеру, тороидальную выходную амбразуру, дисковый отражатель, завихритель с газовыми каналами, диафрагму для подачи первичного воздуха, воздушную трубу и вторичную смесительную камеру /Шарихин В.В. и др. Патент N 2093750 "Способ сжигания топливного газа и устройство для сжигания газа"/.

Вращающийся поток топливного газа образует зону разрежения в центре смесительной камеры, что обеспечивает подсос части воздуха через диафрагму и дымовых газов из топки печи. При выходе из сопла смесь газов захватывает воздух, поступающий во вторичную смесительную камеру, и вместе с ним настилается на кладку печи. С помощью дискового отражателя можно менять соотношение воздух-дымовые газы в первичной смесительной камере.

Недостатком газовой горелки является низкая механическая надежность при сжигании газа с высоким содержанием водорода (80% об. и выше) и отсутствие соотношения размеров диафрагмы и первичной смесительной камеры и диаметра диска сопла к диаметру смесительной камеры для качественного сжигания водородсодержащего газа без проскока пламени в первичную смесительную камеру.

Задачей данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков при сжигании газа с высоким содержанием водорода (80 об.% и выше) и повышение надежности работы газовой горелки.

Данная задача достигается упрощением конструкции газовой горелки, установлением соотношения площадей отверстия диафрагмы к площади первичной смесительной камеры, равным 0,08 - 0,15, установлением отношения диаметра первичной смесительной камеры к диаметру выходной амбразуры горелки, равным 0,5 - 0,7.

Эти признаки заявляемой газовой горелки придают ей новые свойства, благодаря которым обеспечивается достижение положительных эффектов, а именно:
- повышение работоспособности и увеличение пробега газовой горелки;
- обеспечение работы горелки без проскоков пламени и перегревов материальной части на всех режимах эксплуатации.

На чертеже показан продольный разрез газовой горелки.

Заявляемая газовая горелка содержит корпус 1, внутри которого расположена первичная вихревая смесительная камера 2, заканчивающаяся выходной амбразурой 3, завихритель с газовыми каналами 4, диафрагму 5, вторичную смесительную камеру 6.

Газовая горелка работает следующим образом. Топливный газ поступает в газовые каналы завихрителя 4, а затем в смесительную камеру 2, где за счет вращения у пристенной области корпуса 7 создает разрежение по оси первично вихревой смесительной камеры. За счет этого разрежения в первично вихревую смесительную камеру через диафрагму 5 подсасывается первичный воздух из окружающей среды, а с противоположной стороны дымовые газы из топки; смесь топлива первичного воздуха и дымовых газов поступает на выходную амбразуру 3, за счет центробежной силы разворачивается в плоский диск и настилается на кладку печи; при выходе из выходной амбразуры 3 смесь газов захватывает вторичный воздух, необходимый для горения топлива, из вторичной смесительной камеры 6.

Известно, что использование водорода или углеводородов с высоким содержанием водорода (>80%) в качестве топлива в трубчатых печах представляет значительную сложность при его использовании. Это связано, прежде всего, с высокой скоростью горения, взрывоопасностью, малым количеством воздуха на 1 м³ водорода, что затрудняет регулирование процесса сжигания топливо-воздушной смеси. Инжекционные горелки, широко используемые в отечественной и зарубежной практике для узкокамерных печей с излучающими стенами, в этих условиях практически непригодны из-за быстрого выхода из строя материальной части горелок.

Заявляемые отношения геометрических размеров объясняются следующим образом.

При отношении площади отверстия диафрагмы 5 диаметром d к площади первичной вихревой смесительной камеры 2 диаметром D менее 0,08 в первичную вихревую смесительную камеру поступает недостаточное количество воздуха по сравнению с количеством дымовых газов из топки печи. Высокая температура дымовых газов (~ 1000 - 1200^oC) при контакте с малым объемом воздуха приводит к перегреву металла корпуса 7, образованию окалины на горелке и выходу ее из строя.

При отношении площадей более 0,15 резко возрастает эжекция воздуха в первичную вихревую смесительную камеру 2, что приводит к горению водородсодержащего газа или чистого водорода в первичной вихревой смесительной камере 2; металл горелки обгорает и последняя выходит из строя; наибольшая опасность возникает при работе горелок с малой производительностью - пуск печей, останов, выжиг кокса из сырьевых змеевиков и т.д. В этом случае наиболее близок порог воспламенения топлива в корпусе горелки.

При отношении диаметра первичной вихревой смесительной камеры 2 - D к диаметру выходной амбразуры 3 горелки d₁ менее 0,5 резко падает скорость топливовоздушной смеси у края диска выходной амбразуры 3, что приводит к обгоранию металла, нарушается тепловой режим в топке печи.

При отношении D/d более 0,7 топливо-воздушная смесь, выходящая из первичной вихревой смесительной камеры 2, не успевает сформироваться в плоский настилающийся на кладку печи диск из-за чрезмерно малой поверхности выходной амбразуры 3. У края выходной амбразуры 3 образуются вихри, горение переходит в объемное, нарушается равномерность теплопередачи сырьевым змеевикам печи, что приводит к быстрому выходу из строя элементов материальной части печи.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Повышение надежности работы газовой горелки достигается упрощением конструкции газовой горелки и установлением соотношения площадей отверстия диафрагмы к площади первичной смесительной камеры, равным 0,08 - 0,15, установлением отношения диаметра первичной смесительной камеры к диаметру выходной амбразуры горелки равным 0,5 - 0,7. 1 ил.

Газовая горелка, содержащая корпус, внутри которого расположена первичная вихревая смесительная камера, заканчивающаяся выходной амбразурой, завихритель с газовыми каналами, диафрагму, вторичную смесительную камеру, отличающаяся тем, что при сжигании водорода или топлива с содержанием водорода более 80%, отношение площади отверстия диафрагмы к площади первичной вихревой смесительной камеры равняется 0,8 - 0,15, а отношение диаметра первичной вихревой смесительной камеры к диаметру выходной амбразуры горелки равно 0,5 - 0,7.