ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2007 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей в нефтепереработке и нефтехимии.

Известна газовая горелка, предназначенная для сжигания отбросных газов с использованием центробежных пилотных горелок. Стабильность горения пилотной горелки обеспечивается качественным перемешиванием топливного газа с воздухом, выходящим на насадок из завихрителей, и наличием газовой трубки, обеспечивающей раннее зажигание горелки [1].

Недостатком газовых горелок по сравнению с пилотной горелкой [1] является возможность использования их только в низкотемпературных процессах. В широко распространенных высокотемпературных процессах, где температура дымовых газов и материальной части за счет высокой радиации достигает 1200-1400°С, происходит обгорание и выход из строя корпуса и насадка пилотной горелки.

Наиболее близкой к заявляемой газовой горелке по достигаемому эффекту и технологической сущности является горелка, содержащая вихревую смесительную камеру, выходной стабилизирующий насадок, завихритель с газовыми каналами, на выходе вихревой смесительной камеры установлена пилотная горелка, выполненная в виде корпуса, газовых каналов для топлива и газоподводящей трубы [2].

Недостатком газовой горелки с пилотной [2] является отсутствие воздуха, необходимого для горения топливного газа, поступающего в пилотную горелку. Работа пилотной горелки полностью зависит от подачи воздуха в основную горелку и в некоторых ситуациях, в частности при отключении основной горелки и закрытии воздушных жалюзей, приведет к потуханию пилотной. Кроме того, пилотная горелка более всего подвержена радиации, и отсутствие необходимого охлаждения воздухом приводит к коксованию углеводородов топлива в газовых каналах и выходу их из строя.

Техническим результатом данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и повышение надежности работы газовой горелки.

Технический результат достигается установкой газовой горелки, содержащей корпус, в котором установлен резонатор с газовыми каналами, первичную смесительную камеру, заканчивающуюся соплом с распределительным воротником, металлическую втулку, включающую вторичную смесительную камеру, а в кладке печи установлена гильза, в которую вмонтирован запальник - пилотная горелка - под углом к воротнику α=10-25°, отношение расстояния от торца кладки до места ввода запальника во вторичную смесительную камеру к диаметру этой камеры составляет h/D=0,15-0,25.

На чертеже показан продольный разрез газовой горелки. Заявляемая горелка содержит газовую трубу 1, кольцевую газовую камеру 2, резонатор 3 с газовыми каналами 4, корпус 5, первичную смесительную камеру 9, запальник - пилотную горелку 10, гильзу 11.

Газовая горелка работает следующим образом. Топливо подается в пилотную горелку 10, розжиг осуществляется с помощью запальника. В свою очередь пилотная горелка является запальником для основной горелки. Топливный газ поступает в газовую трубу 1, кольцевую газовую камеру 2 и в газовые каналы 4 резонатора 3, где получает вращательное движение и выходит в первичную смесительную камеру 6. Вращающийся поток топливного газа вызывает разрежение по оси первичной камеры 6 и сюда подсасывает из окружающей среды воздух через диафрагму 7. Топливовоздушная смесь из первичной смесительной камеры 6 выходит на воротник 8 и за счет центробежной силы при закрутке в газовых каналах 4 резонатора 3 разворачивается в плоский диск и настилается на кладку печи.

Эта смесь из первичной камеры 6 захватывает воздух из вторичной смесительной камеры 9, перемешивается с ним до необходимого соотношения топливо - воздух и качественного горения в топке печи.

Надежная работа горелки в период пуска, останова печи, выжига кокса при нестандартных малых нагрузках, внеплановых кратковременных остановках систем сжигания топлива обеспечивается запальником - пилотной горелкой 10. Предусматривается подача топливного газа в пилотную и основную горелки по самостоятельным газопроводам.

Заявляемые соотношения геометрических размеров газовой горелки объясняются следующим образом.

При угле наклона запальника - пилотной горелки - к воротнику α<10° из-за высокой радиации факела пилотной горелки происходит обгорание материальной части корпуса основной горелки, коксование углеводородов в первичной смесительной камере, нарушается режим плоскопламенного горения, ухудшается теплопередача сырьевым змеевикам.

При угле наклона запальника - пилотной горелки - более 25° возникает опасность непопадания факела пилотной горелки в струю топливного газа основной газовой горелки, например, при разогреве кладки печей, когда топливовоздушная смесь горит с факелением при малом расходе топлива, не разворачиваясь в плоский настильный диск.

При отношении расстояния от торца кладки до места ввода запальника - пилотной горелки - к диаметру вторичной смесительной камеры h/D менее 0,15 факел пилотной горелки приближается к углу, равному 70-90° к поверхности смесительной камеры. Поток воздуха, поступающий в аксиальном направлении, в разных условиях имеет переменную аэродинамику, как правило, скорость воздуха меняется от 5 до 25 м/с в зависимости от разрежения в печи. Поток воздуха нарушает геометрию факела пилотной горелки, необходимый контакт его с топливным газом может привести к отрыву пламени. При отношении расстояния от торца кладки до места ввода запальника - пилотной горелки - к диаметру вторичной смесительной камеры h/D более 0,25 из-за значительного углубления пилотной горелки в корпус вторичной смесительной камеры факел ее приводит к разогреву материальной части основной горелки - корпуса, болтов, прокладки. Нарушается герметичность, происходит проскок топлива в места уплотнения, обгорание корпуса, нарушается режим работы горелки.

Источники информации

1. А.с. 16031145 (СССР). Пилотная горелка. / ГосНИИ азотной промышленности и продуктов оргсинтеза и Ионавское ПО "Азот"; Авт. изобр. Э.А. Гудымов, В.И. Бродин, Р.Е. Мудренко, Л.И. Каминскас и В.К. Берсенас - Заявл. 23.05.88 №4441009/24-06; опубл. Б.И., 1990, №40, МКИ F23Q 9/00, УДК 662.951.2 (088.8).

2. Патент №2193730 "Газовая горелка" Б.И. №33, 2002. Шарихин В.В., Печников А.С., Степанчук В.В., Фафанов Г.П., Файзрахманов Н.Н., Шарихин А.В.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей в нефтепереработке и нефтехимии. Техническим результатом данного изобретения является устранение недостатков и повышение надежности работы газовой горелки. Повышение надежности горелки достигается установкой запальника - пилотной горелки - под углом к воротнику α=10-15°, а также отношением расстояния от торца кладки до места ввода запальника во вторичную смесительную камеру к диаметру этой камеры h/D=0,15-1,25. 1 ил.

Газовая горелка, содержащая корпус, в котором установлен резонатор с газовыми каналами, первичную смесительную камеру, заканчивающуюся соплом с распределительным воротником, металлическую втулку, включающую вторичную смесительную камеру, отличающаяся тем, что в кладке печи установлена гильза, в которую вмонтирован запальник - пилотная горелка - под углом к воротнику α=10-25°, а отношение расстояния от торца кладки до места ввода запальника во вторичную смесительную камеру к диаметру этой камеры составляет h/D=0,15-0,25.