УСТРОЙСТВО ГОРЕЛОЧНОЕ Российский патент 2005 года по МПК F23D14/20 

Изобретение относится к газовым горелками и может найти применение в газовой, химической, металлургической и других отраслях промышленности для сжигания топлива.

Известно горелочное устройство (Н.Л.Стаскевич "Газоснабжение городов", 1954 г., стр.79), служащее для сжигания газообразного топлива по диффузионному принципу, когда газ и воздух подаются к месту сгорания параллельными потоками в спутном направлении (в одном направлении), где и происходит их перемешивание за счет молекулярной и/или турбулентной диффузии. Однако ему присущи низкая эффективность смесеобразования (сжигания), вследствие недостаточной турбулизации газовых струй, и увеличенный размер факела (особенно при близких по величине выходных скоростях топлива и окислителя), работа с повышенным коэффициентом избытка воздуха, что приводит к неравномерности подачи воздуха к отдельным огневым каналам, затрудняет поддержание оптимального соотношения воздуха и топлива во всем диапазоне работы горелочного устройства, приводя к химическому недожогу, препятствуя эффективному использованию горелочного устройства при переменных режимах функционирования.

Существует горелочное устройство, в котором используется согласованная раздача топлива и окислителя (а.с. SU 1809244, F 23 D 14/20, опубл. 15.04.93, БИ №14). Недостатком указанной конструкции является необходимость проведения точного расчета геометрии многосопловых коллекторов и точного соблюдения технологии их изготовления, отсутствие возможности регулировать параметры факела, недостаточно эффективное смесеобразование и увеличенное тепловое напряжение топочного пространства (т.к. конструкция не позволяет регулировать скорость подачи и направление движения газов, не обеспечивает одинакового для каждого отверстия соотношения топлива и окислителя), что ухудшает эффективность работы аппарата.

Наиболее близкой по конструкции и технической сущности к предлагаемому горелочному устройству является многосопловая горелка с периферийной осесимметричной выдачей топливных газовых струй в прямоточный поток воздуха (Б.М.Кривоногов "Повышение эффективности сжигания газа и охрана окружающей среды", 1986 год, стр.18). Недостатком указанной конструкции является раздача газовых струй параллельно воздушному потоку и близкое расположение выходных отверстий сопел к металлическому корпусу горелки, что приводит к его перегреву. Кроме того, горелка не позволяет обеспечить регулирование скорости и направления движения газов без изменения конструкции и габаритов топочного пространства и горелки.

Задача изобретения - повышение эффективности (экономичности) работы горелочного устройства путем улучшения качества смешения и регулирования параметров факела, снижение теплового напряжения топочного пространства.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве горелочном подача топлива осуществляется через многоканальный (многосопловой) трубчатый коллектор с группой вертикальных отверстий, обладающий возможностью вертикального перемещения, воздуховод, размещенный под топливным коллектором. Окислитель подается в камеру сгорания через воздушный коллектор, расположенный под топливным коллектором симметрично относительно него и камеры сгорания. Конструкция воздушного коллектора подобна конструкции топливного коллектора, но в нем вместо сопел выполнены пазы, ориентированные вниз камеры сгорания, что позволяет, за счет дробления воздушного потока на отдельные струи и предложенной ориентации их выхода, во-первых, увеличить время пребывания воздуха в горячей зоне, осуществив его дополнительный подогрев, во-вторых, турбулизировать поток воздуха при развороте струй в камере сгорания, в-третьих, снизить тепловое напряжение топки. После выхода из коллектора поток воздушных струй разворачивается и устремляется к воздушной распределительной решетке, выполненной из прутков различного профиля, образуя с подвижным топливным коллектором воздухораспределительные каналы переменного проходного сечения, при этом минимальный размер проходного сечения меньше диаметра многоканальных трубок топливного коллектора, а вертикальные оси топливных отверстий (сопел) и воздухораспределительных каналов совмещены. Оптимизация смесеобразования достигается путем перемещения топливного коллектора относительно воздушной распределительной решетки, в результате чего происходит изменение проходного сечения воздушных каналов и, как следствие, скорости и направления движения воздушного потока относительно направления движения топлива из сопел. Все это позволяет улучшить качество смешения, повысить эффективность сжигания топлива (экономичность), снизить тепловое напряжение топки и регулировать параметры факела в тех случаях, когда заранее невозможно выставить требования к длине факела.

Существенность отличительных признаков заявленного устройства заключается в применении многофакельной диффузионной горелки в совокупности с воздушной распределительной решеткой и воздуховводом, снабженным разветвленным трубчатым коллектором, выполненным с пазами, ориентированными вниз камеры сгорания, и расположенным под топливным коллектором симметрично относительно него и камеры сгорания. Причем топливный коллектор устройства горелочного имеет возможность вертикального перемещения, образуя с воздушной распределительной решеткой воздухораспределительные каналы переменного проходного сечения, при этом размер проходного сечения каналов распределительной решетки в самом узком месте меньше диаметра многоканальных трубок топливного коллектора, а вертикальные оси топливных отверстий и воздухораспределительных каналов совмещены. Это позволяет регулировать направление и скорость подачи воздуха в зоне смешения. Благодаря предложенной организации процесса смесеобразования повышается эффективность работы устройства горелочного, за счет улучшения качества смешения и сгорания газовоздушной смеси, обеспечивается регулировка параметров факела и снижается тепловое напряжение топочного пространства. Изменение длины факела достигается регулировкой положения топливного коллектора относительно воздушной распределительной решетки и предложенным способом подачи воздуха в камеру сгорания, обеспечивающим турбулизацию и дополнительный подогрев воздушного потока.

Процесс горения и смешения при диффузионном горении развивается параллельно. Скорость и полнота сгорания смеси определяются полнотой и скоростью смешения газа и воздуха. В многофакельных горелках, для обеспечения высокого КПД сжигания смеси, особенно важно соблюсти равномерность распределения соответствующих потоков по каналам топлива и окислителя. Кроме того, в диффузионных горелках необходимо иметь большой объем топочной камеры, что отрицательно сказывается на равномерности подвода воздуха к каждому топливному каналу многофакельной горелки и, как следствие, приводит к повышенному избытку воздуха. Конструктивное исполнение предложенного устройства горелочного позволяет обеспечить организованную подачу воздуха непосредственно к корням факелов за счет эжектирующего эффекта топливных струй, что способствует хорошей подготовке газовоздушной смеси и поддержанию минимально необходимого избытка воздуха.

На фиг.1 изображены камера сгорания с предлагаемым устройством горелочным; на фиг.2 - вид А; на фиг.3, 4, 5, 6 - камера сгорания с устройством горелочным, продольный разрез.

Устройство горелочное представляет собой многоканальный топливный коллектор 1, выполненный из стальных трубок различного сечения, установленный внутри камеры сгорания 2. Подача окислителя в зону горения осуществляется принудительно через воздушный коллектор 3, размещенный ниже топливного коллектора, имеющего форму разветвленного трубчатого коллектора с пазами 4, ориентированными вниз камеры сгорания 2. Перемещение топливного коллектора 1 относительно воздушной распределительной решетки 5 осуществляется путем вращения резьбовой втулки 6. Воздушная распределительная решетка 5 предназначена для равномерного распределения и подачи воздуха к топливным отверстиям 8 многоканального топливного коллектора 1. Воспламенение газовоздушной смеси осуществляется от внешнего источника пламени (на чертежах не показан).

Устройство горелочное работает следующим образом. Топливо (CPU) в камеру сгорания 2 подается через выполненные вертикально отверстия 8 в многоканальном трубчатом коллекторе 1. Окислитель (воздух) подается через воздушный коллектор 3, размещенный ниже топливного коллектора 1. Оптимальное смесеобразование достигается предварительным распределением топлива и воздуха с их дополнительным подогревом внутри камеры сгорания 2, соблюдением соответствующего направления движения и соотношения потоков топлива и окислителя. При перемещении топливного коллектора 1 относительно воздушной распределительной решетки 5 меняется сечение и сопротивление проходных воздухораспределительных каналов 7, что позволяет добиться более эффективного смесеобразования и сократить (увеличить) высоту факелов многосоплового устройства горелочного. Такая возможность регулировки особенно важна, когда необходимо работать в широком диапазоне расходов топлива. Она позволяет организовать устойчивое горение во всем диапазоне регулирования, уменьшить вероятность химического недожога и токсичных выбросов, обеспечивает функционирование горелки с меньшим коэффициентом избытка воздуха, что повышает эффективность ее работы.

Изобретение используется в газовой, химической, металлургической и других отраслях промышленности для сжигания топлива. Устройство содержит многоканальный трубчатый топливный коллектор с группой вертикальных отверстий, размещенный под топливным коллектором воздуховвод. Топливный коллектор выполнен с возможностью вертикального перемещения. Воздуховвод снабжен разветвленным трубчатым коллектором, выполненным с пазами, ориентированными вниз камеры сгорания, и расположенным симметрично относительно нее и топливного коллектора. Устройство снабжено воздушной распределительной решеткой, выполненной из прутков различного профиля, образуя с топливным коллектором воздухораспределительные каналы переменного проходного сечения, при этом минимальный размер проходного сечения меньше диаметра многоканальных трубок топливного коллектора, а вертикальные оси топливных отверстий и воздухораспределительных каналов совмещены. Изобретение позволяет повысить эффективность работы горелочного устройства путем улучшения качества смешения и регулирования параметров факела, снижение теплового напряжения топочного пространства. 6 ил.

Устройство горелочное, содержащее многоканальный трубчатый топливный коллектор с группой вертикальных отверстий, размещенный под топливным коллектором воздуховвод, отличающееся тем, что топливный коллектор выполнен с возможностью вертикального перемещения, воздуховвод снабжен разветвленным трубчатым коллектором, выполненным с пазами, ориентированными вниз камеры сгорания, и расположенным симметрично относительно нее и топливного коллектора, устройство снабжено воздушной распределительной решеткой, выполненной из прутков различного профиля, образуя с топливным коллектором воздухораспределительные каналы переменного проходного сечения, при этом минимальный размер проходного сечения меньше диаметра многоканальных трубок топливного коллектора, а вертикальные оси топливных отверстий и воздухораспределительных каналов совмещены.