МОДУЛЬ МНОГОФАКЕЛЬНОЙ ЭЖЕКЦИОННОЙ ГОРЕЛКИ Российский патент 2016 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для сжигания газообразного топлива в бытовых котлах и других тепловых агрегатах.

Известно множество горелок различных конструктивных исполнений:

1. Ионин Н.А. Газоснабжение. - М.: «Энергия», 1965. - С.307-369, 400-404.

2. ГОСТ 16569-86. Устройство газогорелочное УГОП-НП-16-II.

3. Газогорелочные устройства (ГГУ) САБК-1 - САБК-8-10: листок-каталог: разработчик и исполнитель ООО «ГАЗСТРОЙ». - Ульяновск, [2011]. - 3 л.

4. Пат. RU 2157485 C1, МПК⁶ F23D 14/04. Многофакельная инжекционная горелка / Киселев В.Н., Корышев Э.Т. - Опубл. 10.10.2000.

5. Горелка газовая бытовая (ГГБ): листок-каталог: разработчик и исполнитель ЗАО «СИБГАЗПРИБОР». - [Тюмень], [1995]. - 1 л.

В результате широкого применения горелок, аналогичных указанным в книге [1], и на основании приведенных автором методик расчетов выявлены следующие недостатки:

- в мощных устройствах сложно обеспечить полное выгорание горючего (газа) в связи с увеличенными при этом отклонениями параметров от расчетных (от номинала);

- при больших мощностях (40-100 кВт) очевидна целесообразность многофакельного построения горелки, а при этажном построении теплообменников топки котла (2-3 блока) из условий эффективности теплообмена при равномерном прогреве по высоте требуется менее напряженная горелка с высоким факелом диффузионного горения. Это способствует сбою коэффициента первичного воздуха (менее 0,45) и соответственно химической неполноте сгорания, повышенному содержанию окиси углерода и увеличению потерь тепла с уходящими газами. Сбой коэффициента первичного воздуха способствует проскоку газа в головку или отрыву пламени, что недопустимо по условиям эксплуатации;

- ограничено применение низкофакельных горелок для котлов повышенной мощности в связи с неравномерным прогревом теплообменника: перегрев нижних слоев теплоносителя приводит к нарушению эксплуатационных свойств устройства и системы отопления в целом (подтверждается опытом автора при разработке и внедрении комплексов «газогорелочное устройство - котел отопительный» [6. Пат. RU 2314462 С2, МПК6 F24H 1/30. Котел отопительный / А.Ф. Ивашин. - Опубл. 10.01.2008].

[2] - устройство содержит сопло, воздушные каналы (смесители), головку горелки и систему подачи - регулирования газовоздушной смеси. Горелка простая и надежная, но подобные горелки обладают очень низким КПД ввиду упрощенной системы авторегулирования при повышенном химическом недожоге, поэтому они могут быть применены в маломощных устройствах, например в бытовых отопительных печах, для чего и предназначены.

[3] - одно из упрощенных газогорелочных устройств. Головка (трубка с отверстиями) является продолжением воздушного канала (смесителя), куда потоком газа из сопла эжектируется воздух: коэффициент эжекции предварительно механически настраивается заслонкой, установленной по резьбе на внешнем диаметре конструкции сопла. Отсутствие смесителя, соответствующего по профилю законам газодинамики [1], не способствует равномерному смешению газа и воздуха, а следовательно, и полному выгоранию газа и снижению уровня вредных примесей в уходящих газах, учитывая еще и неизменное сечение головки при большом удлинении.

[4] - горелка содержит трубчатые насадки (головки) с отверстиями, куда напрямую из газораспределителя поступает газ. Устройство аналогично газогорелочным устройствам [2] и [3] и имеет те же недостатки.

[5] - горелка газовая бытовая с головками щелевыми низкофакельными, в основном пригодными только для маломощных тепловых устройств.

Ближайшим техническим устройством, выбранным в качестве прототипа, является модульная горелка УГТ-ТЕМП [7. Устройства газогорелочные. УГТ «ТЕМП»: листок-каталог: разработчик и исполнитель ОАО «Завод «Старорусприбор». - Новгородская обл., г. Старая Русса, [2002]. - 1 л.]. В устройстве газогорелочном положительно реализовано многофакельное модульное построение горелки с высоким факелом диффузионного горения, что востребовано в котлах повышенной мощности. В конструкции прототипа исключены многие недостатки аналогов, в частности по смесеобразованию: смеситель и головка в модуле газодинамически разнесены, но конструктивно совмещены в единый канал. Вместе с тем имеются следующие недостатки:

- технологическая сложность обеспечения расчетных параметров в совмещенной конструкции модуля смесителя и головки;

- затруднительно удержание горения высокого диффузионного факела устойчивым и обеспечение при этом полноты выгорания газа.

Целью изобретения является создание модуля эжекционного смесителя, совмещенного с головкой многофакельной горелки с высоким факелом диффузионного горения, обеспечивающего: - устойчивость факела, исключающего проскок газа в головку и отрыв пламени; - полноту выгорания газа со снижением уровня вредных примесей и потерь тепла с уходящими газами; - а также стабильные температурные условия для равномерного прогрева по высоте в устройстве применения.

Осуществление поставленной цели достигается установкой в амбразуре (выходном отверстии) головки модуля многофакельной эжекционной горелки рассекателя потока газа на глубину по потоку 2-3 величины щели (t) [10. Ивашин, А.Ф. Расчет горелки газовой атмосферной диффузионной: пример расчета микрофакела к модульным горелкам: рукопись. - Оренбург, 2015. - 8 с.: ил.]. Амбразура головки при этом должна быть смещена от оси горла смесителя на величину не менее 0,7 диаметра горла смесителя (d_г).

Указанные меры позволяют повысить коэффициент первичного воздуха предварительно приготовленной газовоздушной смеси ближе к максимальному, что улучшает полноту выгорания газа и устойчивость высокого факела при расположении его в огневом устройстве, а также приводит к снижению вредных примесей в уходящих газах.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1-3 представлен модуль многофакельной эжекционной горелки, содержащий эжекционный смеситель 1, совмещенный с головкой 2. Головка содержит амбразуру 3, где установлен рассекатель потока газа 4. Модули устанавливаются соосно диаметру (d_c) сопла 5 на коллектор 6 в количестве, вычисляемом по расчетным параметрам горелочного устройства необходимой мощности.

Модуль многофакельной эжекционной горелки работает следующим образом.

Горючий газ (пропан) через сопло 5 подают в полость эжекционного смесителя 1, воздух при атмосферном давлении за счет эжекции и температурного перепада давления поступает в смеситель 1 и, смешиваясь с горючим газом, поступает в амбразуру головки для сгорания. Смесь горючего газа и воздуха регулируется автоматикой подачи газа газогорелочного устройства (не показана) до стехиометрического соотношения продуктов горения. Далее стехиометрическое соотношение поддерживается в авторегулируемом режиме атмосферной диффузионной горелки. Рассекатель способствует устойчивому диффузионному горению.

Предлагаемый модуль в составе многофакельной эжекционной горелки обеспечивает устойчивость высокого факела при широком диапазоне параметров регулирования, исключая проскок и отрыв пламени, а также улучшает полноту выгорания газа. При этом исключаются недостатки аналогов и прототипа.

Таким образом, модуль при устойчивом высоком факеле и улучшенном соотношении первичного воздуха по условиям выгорания газа [1] приобретает расширенный диапазон применения в газогорелочных устройствах повышенной мощности.

Модуль может быть выполнен с использованием стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники, принятые во внимание

1. Ионин Н.А. Газоснабжение. - М.: «Энергия», 1965. - С. 307-369, 400-404.

2. ГОСТ 16569-86. Устройство газогорелочное УГОП-НП-16-П.

3. Газогорел очные устройства (ГГУ) САБК-1-САБК-8-10: листок-каталог: разработчик и исполнитель ООО «ГАЗСТРОИ». - Ульяновск [2011]. - 3 л.

4. Пат. RU 2157485 С1, МПК⁶ F23D 14/04. Многофакельная инжекционная горелка / Киселев В.Н., Корышев Э.Т. - Опубл. 10.10.2000.

5. Горелка газовая бытовая (ГТБ): листок-каталог: разработчик и исполнитель ЗАО «СИБГАЗПРИБОР». - Тюмень [1995]. - 1 л.

6. Пат. RU 2314462 С2, МПК⁶ F24H 1/30. Котел отопительный / А.Ф. Ивашин. - Опубл. 10.01.2008.

7. Устройства газогорел очные «ТЕМП»: листок-каталог: разработчик и исполнитель ОАО «Завод «Старорусприбор». - Новгородская обл., г. Старая Русса [2002]. - 1 л.

8. Комплект регулирования и автоматики безопасности с газогорелочным устройством КРАБ-1: листок-каталог: разработчик и исполнитель ПО «Стрела». - Оренбург [1991-1994]. - 1 л.

9. Устройство газогорелочное «Пламя»: листок-каталог: разработчик и исполнитель Кумертауское авиац. производств, предприятие (КумАПП). - Башкортостан, Кумертау [1993]. - 2 л.

10. Ивашин А.Ф. Расчет горелки газовой атмосферной диффузионной: пример расчета микрофакела к модульным горелкам: рукопись. - Оренбург, 2015. - 8 с.: ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для сжигания газообразного топлива в бытовых котлах и других тепловых агрегатах. Модуль многофакельной эжекционной горелки содержит эжекционный смеситель, совмещенный с головкой, содержащей амбразуру и сопло, на выходе амбразуры установлен рассекатель потока газа на глубину по потоку 2-3 величины щели. Амбразура смещена от оси горла смесителя на величину не менее 0,7 диаметра горла смесителя. Изобретение позволяет обеспечить устойчивость факела, исключающего проскок газа в головку и отрыв пламени, полноту выгорания газа со снижением уровня вредных примесей и потерь тепла с уходящими газами, равномерный прогрев по высоте в устройстве применения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Модуль многофакельной эжекционной горелки, содержащий эжекционный смеситель, совмещенный с головкой, содержащей амбразуру и сопло, отличающийся тем, что на выходе амбразуры установлен рассекатель потока газа на глубину по потоку 2-3 величины щели.

2. Модуль многофакельной эжекционной горелки по п. 1, отличающийся тем, что амбразура смещена от оси горла смесителя на величину не менее 0,7 диаметра горла смесителя.