ГОРЕЛКА Российский патент 2011 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания газа в топочных устройствах различного назначения.

Известна горелка, содержащая центральный и периферийный воздушные каналы, расположенные в корпусе, аксиальный завихритель, установленный в центральном канале, газовые трубки, расположенные вокруг завихрителя симметрично продольной оси горелки и имеющие на выходе распределители, предназначенные для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен параллельно продольной оси горелки, а другой - под углом к указанной оси в направлении по ходу движения потока, и форсунку, RU 2027101.

Недостатком этой горелки является невысокое снижение оксидов азота (NO_x).

Известна также горелка, содержащая трубчатый корпус, внутри которого находится воздушный канал, в котором соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент, в котором размещена топливная форсунка, по периферии трубчатого элемента расположены направляющие лопатки аксиального завихрителя, вокруг аксиального завихрителя в воздушном канале установлены трубки для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала, а другие под углом к указанной оси в направлении по ходу движения потока, RU 2137043.

Это техническое решение, принятое в качестве прототипа настоящего изобретения, позволяет несколько снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.

Однако недостатком этого устройства является неравномерность ввода воздушного потока в аксиальный завихритель, что приводит к неравномерному смешению топлива с воздухом и удлинению факела. В результате может произойти наброс факела на поверхности топочного устройства, их повреждение и выход из строя топочного устройства. Кроме того, вследствие удлинения факела происходит удлинение и его начального участка, что обусловливает повышенное образование так называемых «быстрых» оксидов азота ввиду увеличения времени пребывания их компонентов в зоне этого участка, где физико-химические реакции протекают наиболее интенсивно.

Задачей настоящего изобретения является повышение равномерности смешения топлива с воздухом, уменьшение за счет этого длины факела и предотвращение тем самым повреждения поверхностей топочного устройства; кроме того, решается задача уменьшения образования «быстрых» оксидов.

Согласно изобретению в горелке, содержащей трубчатый корпус, внутри которого находится воздушный канал, в котором соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент, на выходе из которого размещена топливная форсунка, по периферии центрального трубчатого элемента расположены направляющие лопатки аксиального завихрителя, вокруг аксиального завихрителя в воздушном канале установлены трубки для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала, а другие под углом к указанной оси, между центральным трубчатым элементом и трубками для подачи газа соосно продольной оси воздушного канала установлен трубчатый направляющий элемент, направляющие лопатки аксиального завихрителя установлены внутри трубчатого направляющего элемента на его выходе до выходных отверстий трубок для подачи газа, при этом отношение квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента D²/d² находится в пределах 1,65-10.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».

Благодаря реализации признаков настоящего изобретения объект приобретает важные новые свойства (технический результат).

Трубчатый направляющий элемент, установленный между центральным трубчатым элементом и трубками для подачи газа, практически, исключает перетечки воздуха из зоны непосредственно перед лопатками завихрителя в область воздушного канала 2. Тем самым значительно повышается равномерность ввода воздушного потока в аксиальный завихритель и, соответственно, обеспечивается более равномерное смешение топлива с воздухом и уменьшение длины факела. При этом отношение квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала 2 к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента D²/d² должно находиться в пределах 1,65-10. При D²/d²<1,65 увеличивается длина факела и, соответственно, длина его начального участка, что приводит к набросу факела на поверхности топки, возрастанию образования как «быстрых», так и «тепловых» оксидов азота, заметному сажеобразованию, снижению экономичности горелки. При D²/d²>10 происходит резкое увеличение образования «тепловых» оксидов азота.

Заявителем не выявлены источники информации, в которой содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - продольный разрез горелки (А-А на фиг.2);

на фиг.2 - вид Б на фиг.1;

на фиг.3 - вариант устройства с подачей газа тремя потоками (разрез Г-Г на фиг.4);

на фиг.4 - вид Г на фиг.3.

Горелка содержит трубчатый корпус 1, внутри которого находится воздушный канал 2. В воздушном канале 2 соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент 3, на выходе из которого размещена топливная форсунка 4. По периферии трубчатого элемента 3 расположены направляющие лопатки 5 аксиального завихрителя, вокруг которого в воздушном канале 2 установлены трубки 6 для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками.

В варианте на фиг.1, 2 один из потоков направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала 2, а другой - под углом к указанной оси (в направлении к продольной оси 7 канала 2 по ходу движения воздушного потока).

В варианте на фиг.3, 4 один из потоков направлен вдоль продольной оси 7 симметрии воздушного канала 2, второй - под углом к этой оси и в направлении к ней, а третий - под углом к продольной оси 7 канала 2 в направлении от этой оси. Между центральным трубчатым элементом 3 и трубками 6 для подачи газа соосно продольной оси 7 воздушного канала 2 установлен трубчатый направляющий элемент 8; направляющие лопатки 5 аксиального завихрителя установлены внутри трубчатого направляющего элемента 8 на его выходе до выходных отверстий трубок 6 при отношении квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала 3 к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента 8 в пределах 1,65-10. (Эквивалентный диаметр трубы - величина, равная отношению учетверенной площади поперечного сечения трубы (f) к периметру потока (Р)).

Устройство работает следующим образом. Воздух поступает в воздушный канал 2 трубчатого корпуса 1, в центральный трубчатый элемент 3 и в трубчатый направляющий элемент 8. В трубчатом направляющем элементе 8 поток воздуха на участке перед лопатками 5 аксиального завихрителя стабилизируется и выравнивается, а далее этот поток закручивается лопатками 5. Закрученный поток воздуха поступает в зону смесеобразования вместе с газом, который подается через трубки 6. В зону смесеобразования может также подаваться топливо через форсунку 4. Трубчатый направляющий элемент 8 препятствует перетечкам воздуха из зоны перед лопатками 5 завихрителя в воздушный канал 2. Благодаря этому существенно повышается равномерность ввода воздушного потока в аксиальный завихритель, в результате чего происходит более равномерное смешение топлива с воздухом и уменьшается длина факела. Вследствие этого предотвращается наброс факела на поверхности топочного устройства, их повреждение и выход топочного устройства из строя. Уменьшение длины факела в целом обусловливает и уменьшение длины его начального участка, благодаря чему существенно уменьшается образование «быстрых» оксидов.

Для изготовления устройства использованы известные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано для сжигания газа в топочных устройствах различного назначения и позволяет снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания с одновременным повышением качества сжигания газа и эксплуатационной надежности. Указанный технический результат достигается в горелке, содержащей трубчатый корпус 1, внутри которого находится воздушный канал 2, в котором соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент 3, на выходе из которого размещена топливная форсунка 4, по периферии центрального трубчатого элемента 3 расположены направляющие лопатки 5 аксиального завихрителя, вокруг аксиального завихрителя в воздушном канале 2 установлены трубки для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен вдоль продольной оси 7 симметрии воздушного канала 2, а другие - под углом к указанной оси 7, между центральным трубчатым элементом 3 и трубками для подачи газа соосно продольной оси 7 воздушного канала 2 установлен трубчатый направляющий элемент 8, направляющие лопатки 5 аксиального завихрителя установлены внутри трубчатого направляющего элемента 8 на его выходе до выходных отверстий трубок для подачи газа, при этом отношение квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента 8 D²/d² находится в пределах 1,65-10. 4 ил.

Горелка, содержащая трубчатый корпус, внутри которого находится воздушный канал, в котором соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент, на выходе из которого размещена топливная форсунка, по периферии центрального трубчатого элемента расположены направляющие лопатки аксиального завихрителя, вокруг аксиального завихрителя в воздушном канале установлены трубки для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала, а другие - под углом к указанной оси, отличающаяся тем, что между центральным трубчатым элементом и трубками для подачи газа соосно продольной оси воздушного канала установлен трубчатый направляющий элемент, направляющие лопатки аксиального завихрителя установлены внутри трубчатого направляющего элемента на его выходе до выходных отверстий трубок для подачи газа, при этом отношение квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента D²/d² находится в пределах 1,65-10.