ГОРЕЛКА Российский патент 2017 года по МПК F23D14/02 F23D14/64 

Изобретение относится к газовым горелкам и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей, в особенности средних и больших ванных печах отражательного типа.

Известно устройство газовой инжекционной горелки (патент РФ №2243447), являющейся аналогом изобретения.

Также как и изобретение аналог содержит трубу для подачи газа, сопла, через которые газ под давлением проходит через них, инжектируя из атмосферы воздух, необходимый для горения, далее газ и воздух поступают в камеру предварительного смешения, где происходит смешение газа и засасываемого воздуха.

Анализ конструкции горелки, описанной в патенте РФ №2243447, позволяет выявить следующие недостатки:

1. При горении газовоздушной смеси не получается короткого, среднего и длинного факела, который имеет предлагаемая горелка.

2. Предполагаю, что горелка, описанная в патенте РФ №2243447, не имеет большого срока службы из-за наличия трех лопаточных завихрителей, работающих при высоких температурах.

3. Горелка достаточно сложная, а, как правило, сложные конструкции часто ломаются и имеют сравнительно небольшой срок службы.

4. Кроме того, имеются трудности в наладке и регулировке (размеры и количество дополнительных каналов и подачи воздуха, их расположения относительно друг друга, геометрии завихрителей окончательно определяются для каждого типа размера горелочного устройства индивидуально в ходе натурных огневых испытаний).

5. Тепловая мощность горелки явно ниже, чем предлагаемой инжекционной горелки.

Перечисленные выше недостатки препятствуют получению технического результата, который обеспечивается изобретением.

Известно также устройство газовой инжекционной горелки (патент РФ №2358198), являющейся аналогом изобретения.

Описанная в патенте инжекционная горелка содержит, как и предлагаемая, размещенные в общей сварной газораспределительной камере смесители в виде труб с каналом для подсоса атмосферного воздуха и газовыми соплами.

Анализ конструкции горелки, описанной в патенте РФ №2358198, позволяет выявить следующие недостатки:

1. При горении газовоздушной смеси не получается короткого, среднего и длинного факела, который имеет предлагаемая горелка.

2. Устанавливать такие горелки в тепловые и плавильные агрегаты средней и большой мощности нецелесообразно.

3. В конструкции горелки не предусмотрено устройство для регулирования подачи воздуха.

4. Тепловая мощность горелки в несколько раз ниже, чем предлагаемой инжекционной горелки.

Ввиду наличия указанных выше недостатков горелка не может решить поставленную техническую задачу.

Наиболее близким к изобретению аналогом (прототипом) является газовая инжекционная трехрядная горелка БИГ-3-24, содержащая: 24 единичных цилиндрических смесителя, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям, огнеупорную набивную массу (см. Винтовкин А.А. и др. Горелочные устройства промышленных печей и топок, Справочник, Интермет инжиниринг. - М., 1999, с. 305-307, р. 7.44).

Горелка среднего давления полного предварительного смешения предназначена для работы на природном газе по ГОСТ 5542-87. Она устанавливается в камерах горения котлов и других теплоиспользующих агрегатах, работающих под разряжением. В больших котлах и больших плавильных печах использование таких горелок вызывает трудности, связанные с тем, что горелка обеспечивает полное сгорание газа на длине факела около 1 м (справка приведена на с. 307. А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, В.Л. Гусовский, Т.В. Калинова. Горелочные устройства промышленных печей и топок, Справочник, «Интермет Инжиниринг» - М., 1999. - 560 с.). Это мало при больших ваннах, допустим, газовых ванных плавильных печей отражательного типа. Кроме того, если использовать такие горелки в роторных печах, то длины факела явно недостаточно. В короткороторных печах необходимо, чтобы факел непосредственно обогревал цилиндрическую стенку печи, такой возможности у горелки нет.

Смесители горелки изготавливаются из углеродистой стали, поэтому горелки имеют небольшой срок службы (из опыта эксплуатации в ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», «Промышленное литье» г. Пенза и ООО «УЗТС-Станколит» г. Ульяновск). Кроме того, при набивке огнеупорной массы в пространство между смесителями происходит ее осыпание, так как положение горелки при набивке и обмуровке горизонтальное или немного наклонное. Расстояние между стенками смесителей составляет всего 20 мм, что сильно затрудняет процесс набивки огнеупорной массы в пространство между смесителями. Далее, в горелке отсутствует устройство для регулирования расхода воздуха. По приведенным выше причинам, а также указанным ниже недостаткам получение технического результата, который обеспечивается изобретением, невозможно.

Недостатками горелки, взятой за прототип, также являются:

- малый срок службы горелок из-за выгорания огнеупорной набивки, ее обсыпки и, как следствие, оплавление концов смесителей горелки;

- малая толщина смесителей горелки (3 мм), что приводит к их быстрому оплавлению;

- трудности в процессе набивки огнеупорной набивной массой пространства между смесителями горелок из-за малого расстояния между смесителями.

Задачей изобретения является разработка трехрядной 30-смесительной инжекционной горелки, у которой при горении получается длинный факел от смесителей верхнего ряда, средний от смесителей среднего ряда, короткий от смесителей нижнего ряда, при этом бы происходило смешение всех трех факелов, которые бы обогревали большую площадь наклонной площадки, подины печи, кроме того, горелка должна иметь большую мощность, большой срок службы, лучшие условия процесса набивки и обмуровки ее в тепловом или плавильном агрегате и возможность регулирования расхода воздуха.

Технический результат - разработанная 30-смесительная горелка при горении газовоздушной смеси имеет длинный факела от смесителей верхнего ряда, средний от смесителей среднего ряда, короткий от смесителей нижнего ряда, при этом происходит смешение всех трех факелов, которые обогревают большую площадь наклонной площадки, подины печи, кроме того, горелка имеет большую мощность, большой срок службы, лучшие условия процесса набивки и обмуровки ее в тепловом или плавильном агрегате, а также возможность регулирования расхода воздуха.

Это достигается тем, что устройство «Горелка», содержащее стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, 30 цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям, согласно изобретению содержит кожух, приваренный к газораспределительной камере, в который набивается огнеупорная набивная масса, литой стабилизирующий пламя туннель, который надевается снизу на газораспределительную камеру и кожух и приваривается по периметру к газораспределительной камере, содержит устройство для регулирования расхода воздуха, кроме того, в газораспределительной камере размещены: в верхнем ряду 10 смесителей с насадками, имеющими на внутренней поверхности 16 литых ребер, в центральном ряду 10 смесителей без насадок, а в нижнем ряду размещены 10 смесителей с насадками, имеющими устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси.

При этом смесители, насадки к смесителям, литой стабилизирующий пламя туннель, все детали насадок смесителей нижнего ряда изготавливают из жаростойкого чугуна ЖЧХ30. Жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей, насадок к смесителям, литого стабилизирующего пламя туннеля, всех деталей насадок смесителей нижнего ряда, позволяет увеличить срок службы горелки.

Следует отметить, что литой стабилизирующий пламя туннель в нижней части разделен двумя перегородками толщиной 3 мм, которые делят его на три ряда, в верхнем ряду выполнены 12 ребер толщиной 2,5 мм, которые со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 35° и выступают от стенки в торце туннеля на 20 мм, а также 20 ребер толщиной 2,5 мм, которые со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 35° и выступают от стенки в торце туннеля на 12 мм. Введение в состав горелки стабилизирующего туннеля увеличивает срок службы горелки, стабилизирует горение факела, улучшает процесс обмуровки горелок в тепловом или плавильном агрегате, время обмуровки горелки значительно сокращается, а отлитые ребра на нем позволяют увеличить длину факела верхнего ряда до 3,6 м.

Следует отметить, что каждый смеситель верхнего ряда является отливкой и представляет собой трубу диаметром 60×10 мм длиной 305 мм с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, при этом в каждом смесителе имеется насадка длиной 80 мм с наружным диаметром 64 мм, на внутренней поверхности которой диаметром 40 мм имеются 16 литых ребер, литые ребра со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 30°, высота ребер 4,5 мм, длина резьбы составляет 15 мм, кроме того, в нижней части насадки выфрезерованы две лыски для удобства ее навинчивания на смеситель и свинчивания с него. Смесители верхнего ряда с насадками и ребрами литого стабилизирующего пламя туннеля позволяют увеличить длину факела верхнего ряда до 3,6 м.

Более того, каждый смеситель центрального ряда является отливкой и представляет собой трубу с наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 40 мм длиной 370 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°. Смесители центрального ряда позволяют получить длину факела до 1,5 м.

Следует отметить, что каждый смеситель нижнего ряда является отливкой и представляет собой в верхней части трубу диаметром 32×5 мм, переходящей в нижней части в трубу диаметром 60×10 мм длиной 285 мм с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, при этом в каждом смесителе имеется насадка длиной 100 мм с наружным диаметром 64 мм и внутренней резьбой длиной 15 мм, причем насадка имеет устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси, в проточку насадки заваривается диск толщиной 10 мм с наружным диаметром 43 мм, имеющий пазы шириной 2,5 мм, а с торца навинчивается диск с лысками и наружным диаметром 64 мм, имеющий одно центральное диаметром 5 мм и восемь отверстий диаметром 2,5 мм, просверленых по диаметру 20 мм, а двенадцать отверстий диаметром 1,6 мм, просверленых под углом 25° к оси насадки. Конструкция насадки позволяет получить факел длиной 700 мм. Насадки к смесителям в случае их обгорания, оплавления при длительной эксплуатации, заменяются на новые, что, в конечном итоге, увеличивает срок службы горелки.

Вместе с тем, введенный в конструкцию горелки кожух коробчатой формы сварен из листовой стали марки Сталь 10 толщиной 3 мм, позволяет набивать огнеупорную набивную массу в пространство между смесителями до установки горелки в тепловой или плавильный агрегат, а также дает возможность просушивать и прокаливать горелку вне теплового или плавильного агрегата, кожух предотвращает процесс осыпания огнеупорной набивной массы в процессе ее набивки. Благодаря кожуху и увеличенному расстоянию между смесителями до 36 мм, улучшается процесс набивки горелки огнеупорной набивной массой.

Более того, экспериментально разработана и проверена на газовых плавильных печах следующая огнеупорная набивная масса для обмуровки горелки и набивки пространства между смесителями, вес.%:

Мертель шамотный МШ 39 ТУ 14-199-119-200 40 Лигносульфанат технический ТУ 13-0281036-89 14 Порошок молотой глины ПГНУ ТУ 1522-051-05802299-2005 22 Фоскон 430 ТУ 2149-200-10964029-2003 4 Кварцевый песок марки Т ГОСТ 22551-77 8 Вод 12

Приведенная огнеупорная набивная масса после прокалки обладает высокой твердостью, высокой огнеупорностью, значительной стойкостью против осыпания при температурах до 1660°С, естественно, срок службы горелки значительно увеличивается.

Наконец, в горелку введено устройство для регулирования расхода воздуха, состоящее из двух стальных направляющих, приваренных к газораспределительной камере, двух шпилек, регулятора, двух гаек-барашек и двух пружинных шайб. Устройство для регулирования расхода воздуха позволяет регулировать инжектируемый в горелку воздух, а также позволяет использовать в горелке природные газы различных месторождений России, стран СНГ и мира. Введение в конструкцию горелки выше перечисленного позволяет успешно решить поставленную задачу.

На фиг. 1 показана фронтальная проекции горелки.

На фиг. 2 показана горизонтальная проекция горелки.

На фиг. 3 изображен разрез А-А предлагаемой горелки.

На фиг. 4 изображена фронтальная проекция смесителя с насадкой верхнего ряда.

На фиг. 5 показана профильная проекция смесителя с насадкой верхнего ряда.

На фиг. 6 изображен вид Б смесителя с насадкой верхнего ряда.

На фиг. 7 показана фронтальная проекция смесителя центрального ряда без насадки.

На фиг. 8 показана профильная проекция смесителя центрального ряда без насадки.

На фиг. 9 изображена фронтальная проекция смесителя нижнего ряда с насадкой.

На фиг. 10 изображена профильная проекция смесителя нижнего ряда с насадкой.

На фиг. 11 изображен вид Д смесителя нижнего ряда с насадкой.

На фиг. 12 показана горизонтальная проекция литого стабилизирующего пламя туннеля.

На фиг. 13 изображен разрез Г-Г литого стабилизирующего пламя туннеля.

На фиг. 14 показана в разрезе плавильная ванная печь отражательного типа с установленной в ней инжекционной горелкой.

На фиг. 15 показан контур образующегося при горении факела.

Изобретение «Горелка» состоит из 30 смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой 1, к которой также как и в прототипе приварен штуцер 2, по которому подается природный газ (фиг. 1). Газораспределительная камера 1, имеющая прямоугольную форму сварена из листовой стали толщиной 3 мм, в верху по краям к ней приварены две стальные направляющие 3 толщиной 3 мм и две шпильки 4. В газораспределительной камере 1 просверлено два ряда отверстий диаметром 52 мм, в которые вставлены и герметично заварены 20 смесителей, причем 10 смесителей 5, расположенных в верхнем ряду по установке горелки в печи имеют насадки 6, а 10 смесителей 7 в центральном ряду выполнены без насадок (фиг. 3). Кроме того, в нижнем ряду размещены 10 смесителей 8 с насадками 9.

Каждый смеситель 5 с насадкой 6 является отливкой и представляет собой трубу диаметром 60×10 мм длиной 305 мм с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла 10 под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90° (фиг. 3, 4). Диаметр сопел и диаметр смесителя 5 выбираются исходя из условий обеспечения расчетного расхода газа одним смесителем. Верхняя часть смесителя обтачивается до диаметра 51,5 мм, на нижнюю часть нарезается резьба, на которую навинчивается насадка 6. В каждом смесителе 5 с насадкой 6 длиной 80 мм и с наружным диаметром 64 мм имеется на внутренней поверхности диаметром 40 мм 16 литых ребер 11, при этом литые ребра 11 со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 30°, высота ребер 4,5 мм, длина резьбы составляет 15 мм, кроме того, в нижней части насадки выфрезерованы две лыски 12 под ключ для удобства ее навинчивания на смеситель 5 и свинчивания с него (фиг. 5, 6). Смесители 5 верхнего ряда с насадками 6 и ребрами верхнего ряда литого стабилизирующего пламя туннеля 13 позволяют увеличить длину факела первой верхней секции до 3,6 м. Каждый смеситель 5 с насадкой 6 получается литьем по выплавляемым моделям из жаростойкого чугуна марки ЖЧХ30 (Cr 28÷32%, С 1,6-3,0%, Ni 1,0%, Si 1,5-2,0%, Mn 0,7%).

Каждый из десяти смесителей 7 центрального ряда выполнен без насадок, является отливкой и представляет собой трубу с наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 40 мм длиной 370 мм, в котором по периферии просверлены четыре сопла 10 под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90° (фиг. 7, 8). Смесители центрального ряда позволяют получить длину факела до 1,5 м. Диаметр сопел 10 и диаметр смесителя 7 выбираются исходя из условий обеспечения расчетного расхода газа одним смесителем. Метод получения и материал смесителя без насадки такой же, как и у смесителя 5 с насадкой 6.

Далее, каждый из десяти смесителей 8 с насадкой 9 в нижнем ряду является отливкой и представляет собой в верхней части трубу диаметром 32×5 мм, переходящую в нижней части в трубу диаметром 60×10 мм длиной 285 мм с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла 10 под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90° (фиг. 9-11). Диаметр сопел 10 и диаметр смесителя 8 выбираются исходя из условий обеспечения расчетного расхода газа одним смесителем. При этом в каждом смесителе 8 с насадкой 9 длиной 100 мм и с наружным диаметром 64 мм имеется проточка, в которую вкладывается и заваривается диск 14 толщиной 10 мм с наружным диаметром 43 мм, имеющий пазы шириной 2,5 мм, а с торца навинчивается диск 15 с наружным диаметром 64 мм, имеющий одно центральное 16 диаметром 5 мм и 20 отверстий, которые расположены по периферии. Следует отметить, что восемь отверстий 17 диаметром 2,5 мм просверлены по кондуктору на диаметре 20 мм, а двенадцать отверстий 18 диаметром 1,6 мм просверлены по кондуктору под углом 25° к оси насадки 9. В нижней части диска 15 выфрезерованы две лыски 19 под ключ для удобства ее навинчивания на насадку 9 и свинчивания с нее. Насадки 9 имеют устройства для окончательного перемешивания газовоздушной смеси и, кроме того, позволяют получить факел длиной 700 мм. Жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей, насадок к смесителям, литого стабилизирующего пламя туннеля 13, всех деталей насадок смесителей нижнего ряда, позволяет увеличить срок службы горелки. Насадки к смесителям верхнего и нижнего ряда в случае их обгорания, оплавления при длительной эксплуатации, заменяются на новые, что в конечном итоге увеличивает срок службы горелки.

К газораспределительной камере 1 приварен по периметру кожух 20 из листовой стали марки Сталь 10 толщиной 3 мм, в который набивается огнеупорная набивная масса 21 (фиг. 1, 3). При набивке огнеупорной набивной массой 21 пространства между смесителями она не осыпается благодаря стенкам кожуха 20. В прототипе горелки имеются трудности при набивке огнеупорной набивной массой 21 пространства между смесителями, так как расстояние между смесителями всего 20 мм, а длина их большая. Хорошие условия для набивки огнеупорной набивной массой 21 пространства между смесителями в предлагаемой горелке созданы благодаря увеличению расстояния между смесителями до 36 мм. Обмуровка горелки и набивка пространства между смесителями производится огнеупорной набивной массой 21, которую экспериментально разработал автор и проверил на действующих газовых ванных плавильных печах. Огнеупорная набивная масса 21 для обмуровки горелки и набивки пространства между смесителями имеет следующий состав, вес.%:

Мертель шамотный МШ 39 ТУ 14-199-119-200 40 Лигносульфанат технический ТУ 13-0281036-89 14 Порошок молотой глины ПГНУ ТУ 1522-051-05802299-2005 22 Фоскон 430 ТУ 2149-200-10964029-2003 4 Кварцевый песок марки Т ГОСТ 22551-77 8 Вода 12

Приведенная огнеупорная набивная масса 21 после прокалки обладает высокой твердостью, высокой огнеупорностью, значительной стойкостью против осыпания при температурах до 1650°С. Срок службы горелки значительно увеличивается.

Процесс приготовления огнеупорной набивной массы 21 следующий: замачивают порошок молотой глины в течение суток, далее добавляют порциями мертеля шамотного и кварцевого песка, вся масса постоянно тщательно перемешивается, добавляется лигносульфанат технический и также все тщательно перемешивается. В заключении при перемешивании выливается в смесь фоскон и вода. Все еще тщательно перемешивается. После набивки огнеупорной набивной массой пространства между смесителями горелка прокаливается при температуре 600-700°С в течение 2 ч. Следует отметить, что перед прокалкой излишки набитой огнеупорной массы 21 срезаются линейкой. Рекомендуется производить набивку горелки огнеупорной набивной массой вне теплового или плавильного агрегата. Набитая огнеупорной набивной массой 21 горелка может просушиваться и прокаливаться отдельно до установки ее в тепловой или плавильный агрегат. На газораспределительную камеру 1 и кожух 20 надевается снизу отлитый из жаростойкого чугуна ЖЧХ30 стабилизирующий туннель 13 и приваривается по периметру к газораспределительной камере 1 (фиг. 3, 12, 13). Литой стабилизирующий пламя туннель 13 в нижней части разделен двумя перегородками 22 толщиной 3 мм, которые делят его на три ряда, в верхнем ряду литого стабилизирующего пламя туннеля 13 выполнены 12 ребер 23 толщиной 2,5 мм, которые со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 35° и выступают от стенки в торце туннеля на 20 мм, а также 20 ребер 24 толщиной 2,5 мм, которые со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 35° и выступают от стенки в торце туннеля на 12 мм. Следует отметить, что в верхнем и центральном ряду пунктирными линиями на горизонтальной проекции условно, для наглядности, показаны смесители. Введение в состав горелки стабилизирующего туннеля увеличивает срок службы горелки, стабилизирует горение факела, улучшает процесс обмуровки горелок в тепловом или плавильном агрегате, время обмуровки горелки значительно сокращается, а отлитые ребра на нем позволяют увеличить длину факела верхнего ряда до 3,6 м. Конструкция стабилизирующего туннеля 9 позволяет устанавливать горелку в тепловой или плавильный агрегат с любой толщиной стенки. В подготовленную нишу в горелочной стене ставится горелка и щели замазываются огнеупорной набивной массой, т.е. процесс обмуровки улучшается, становится простым, менее трудоемким. В прототипе при горении газовоздушной смеси номинальная длина факела составляет 1000 мм, а в предлагаемой горелке три факела смешиваются, а его форма, для примера, показана на разрезе газовой ванной плавильной печи (фиг. 14). На фиг. 14 поз. 25 - горелка; поз. 26 - факел горелки; поз. 27 - шихта; поз. 28 - наклонная площадка; поз. 29 - подина. 30 цилиндрических смесителей является экспериментально установленным оптимальным числом, получено на испытательном стенде для инжекционных горелок в ООО «Пензаплав» г. Пенза, где работает главным инженером автор заявки. На стенде можно экспериментально определить, как влияют на форму факела и на его длину конструктивные элементы горелки: форма и размеры смесителей, их расположение в горелке, их количество, форма и размеры насадок к смесителям, количество ребер и угол заострения на насадках, а также количество ребер, их размеры, размеры литого стабилизирующего пламя туннеля и т.д. Количество экспериментов, проводимых над предлагаемой горелкой было девять. Сверлили 5 или 6 сопел в каждом смесителе под углами 24 и 26° - технический результат не достигался, а достигался под углом 25°. Существенно отметить следующее: при меньшем 16 количестве литых ребер на внутренней поверхности насадки 14-15 и при большем 17-18, а также, если литые ребра 11 со стороны движения газовоздушной смеси имели заходную часть «заострение» длиной менее или более 6 мм, угол «заострения» составлял менее или более 30°, высота ребер отличалась от 4,5 мм, технический результат не достигался. Важно отметить, что происходило завихрение факела и резко уменьшалась его длина. Испытывали насадки с 18-ю, 20-ю ребрами, длина факела также уменьшалась, очевидно, ввиду большого сопротивления потоку газовоздушной смеси, так как уменьшался просвет, вернее сказать площадь, через которую проходит поток газовоздушной смеси. Более того, изменялось количество ребер в верхнем ряду литого стабилизирующего пламя туннеля 13 - выполнялись 10 и 14 ребер вместо 12, менялась толщина ребер, длина их заходной части и угол заострения, однако технический результат не достигался, а достигался при указанных выше значениях. Каждый из десяти смесителей 7 центрального ряда выполнен без насадок, что приводит к среднему факелу и проплавлению шихты на расстоянии 1,5 м от горелки. Подобные эксперименты проводились с десятью смесителями 8 с насадками 9 в нижнем ряду. Кроме того, изменялась ширина пазов на диске 14, количество и диаметр отверстий на диске 15, но технический результат был достигнут только при указанных выше параметрах смесителей и насадок, расположенных в нижнем ряду.

Существенно отметить, что очень сильно на длину и форму факела кроме указанных выше факторов влияет давление газа, подаваемого в горелку. Итак, полученные в предлагаемой горелке факелы позволяют равномерно проплавлять шихту 27 как на наклонной площадке 28, так и поддерживать температуру в ванне печи 29 и проплавлять шихту, загружаемую в ванну печи 29. Зон на наклонной площадке и на подине печи, где бы не проплавлялась шихта, нет! На испытательном стенде в ООО «Пензаплав» экспериментальный вариант предлагаемой горелки показал факел, изображенный на фиг. 15. Это обстоятельство позволяет использовать горелку в больших котлах, в средних и больших газовых ваннах отражательного типа плавильных печах, а также в роторных печах с наклонной или горизонтальной осью вращения, а также в больших котлах. Наконец, в горелку введено устройство для регулирования расхода воздуха, состоящее из: двух стальных направляющих 3, приваренных к газораспределительной камере 1, двух шпилек 4, регулятора 30, двух гаек-барашек 31 и двух пружинных шайб 32 (фиг. 3). Устройство для регулирования расхода воздуха позволяет регулировать инжектируемый в горелку воздух, а также позволяет использовать в горелке природные газы различных месторождений России, стран СНГ и мира. Две стальные направляющие толщиной 3 мм приварены по краям к цилиндрической газораспределительной камере 1 «заподлицо» с верхней плоскостью смесителей, по ним как по «направляющим» скользит регулятор 30, который регулирует расход воздуха, инжектируемый в горелку при подаче в нее газа, причем регулятор 30 по краям имеет отбортовки, которые предотвращают боковое смещение. В регуляторе 30 имеются два паза 33, в которые входят две шпильки 4. Справа от пазов 33 нанесены краской деления 34 с цифрами, которые необходимы для удобства регулировки расхода воздуха, инжектируемого в горелку при подаче в нее газа. Регулятор 30 изготовлен методом штамповки из стального листа толщиной 5 мм, в регуляторе 30 просверлено 30 отверстий, которые соосны с отверстиями смесителей деления с цифрами для удобства проведения регулировки (фиг. 2, 3). Допустим, для конкретного состава природного газа обеспечивается полное сгорание газа на делении, к примеру, пятом, следовательно, это оптимальный расход горелкой природного газа при данном давлении, и фиксируют двумя гайками-барашками 4 и двумя пружинными шайбами 32 регулятор 30 относительно отверстий смесителей. Гайки-барашки 4 периодически раз в полгода рекомендуется подтягивать.

Горелка работает следующим образом. Газ под давлением подается через канал штуцера 2 в газораспределительную камеру 1. Вытекающие из газовых сопел 10 струи газа инжектируют из атмосферы воздух, необходимый для горения, который по каналу 20 попадает в камеру 35 предварительного смешения, где происходит предварительное смешение газа и засасываемого воздуха (фиг. 4-8). В десяти смесителях 8 с насадками 9 в камерах 35 газовоздушная смесь расширяется, давление падает, происходит предварительное смешение газовоздушной смеси. Далее, проходя через пазы диска 14, газовоздушная смесь сжимается, а в камере 36 расширяется, давление падает, при этом, проходя отверстия в диске 15, снова сжимается, таким образом, обеспечивается окончательное перемешивание газовоздушной смеси (фиг. 9-11). Сгорание основной части газовоздушной смеси происходит в огнеупорном стабилизирующем туннеле 13, остальной части - в камере горения котла или печи. Пройдя стабилизирующий туннель 13, факелы смесителей трех рядов смешиваются и получается факел, имеющий форму, изображенную на фиг. 14, 15.

Регулировка расхода воздуха обычно производится при опытных, экспериментальных плавках на печи, а также при изменении давления или состава, подаваемого в горелки газа, а также использования другого газа. Необходимым условием нормальной работы горелки является наличие разрежения в камере горения в пределах 5÷20 даПа (мм вод. ст.). Номинальное давление газа перед горелкой 0,09 МПа. Тепловая мощность горелки - 3350 кВт. Горелку можно легко зафутеровать, перекрыть огнеупорным блоком и установить одну или для равномерного нагрева несколько штук в плавильном или другом тепловом агрегате. Благодаря наличию стабилизирующего туннеля горелка может быть быстро установлена и обмурована в тепловом или плавильном агрегате с любой толщиной стенки. Итак, технический результат достигнут - разработанная 30-смесительная горелка при горении газовоздушной смеси имеет длинный факела от смесителей верхнего ряда, средний от смесителей центрального ряда, короткий от смесителей нижнего ряда, при этом происходит смешение всех трех факелов, которые обогревают большую площадь наклонной площадки, подины печи, кроме того, горелка имеет большую мощность, большой срок службы, лучшие условия процесса набивки и обмуровки ее в тепловом или плавильном агрегате, а также возможность регулирования расхода воздуха.

Изобретение может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках котлов и промышленных печей в особенности средних и больших ванных печах отражательного типа. Газовая инжекционная горелка содержит стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, 30 цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям. Горелка содержит кожух, приваренный к газораспределительной камере, в который набивается огнеупорная набивная масса, литой стабилизирующий пламя туннель, который надевается снизу на газораспределительную камеру и кожух, и приваривается по периметру к газораспределительной камере, содержит устройство для регулирования расхода воздуха, кроме того, в газораспределительной камере размещены: в верхнем ряду расположены 10 смесителей с насадками, имеющими на внутренней поверхности 16 литых ребер, в центральном ряду 10 смесителей без насадок, а в нижнем ряду размещены 10 смесителей с насадками, имеющие устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси. Изобретение позволяет увеличить срок службы горелки, улучшить процесс перемешивания газовоздушной смеси. 8 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Газовая инжекционная горелка, содержащая стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, 30 цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 25° к их осям, отличающаяся тем, что содержит кожух, приваренный к газораспределительной камере, в который набивается огнеупорная набивная масса, литой стабилизирующий пламя туннель, который надевается снизу на газораспределительную камеру и кожух и приваривается по периметру к газораспределительной камере, содержит устройство для регулирования расхода воздуха, кроме того, в газораспределительной камере размещены: в верхнем ряду расположены 10 смесителей с насадками, имеющими на внутренней поверхности 16 литых ребер, в центральном ряду 10 смесителей без насадок, а в нижнем ряду размещены 10 смесителей с насадками, имеющих устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что смесители, насадки к смесителям, литой стабилизирующий пламя туннель, все детали насадок смесителей нижнего ряда изготавливают из жаростойкого чугуна ЖЧХ30.

3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что литой стабилизирующий пламя туннель в нижней части разделен двумя перегородками толщиной 3 мм, которые делят его на три ряда, в верхнем ряду выполнены 12 ребер толщиной 2,5 мм, которые со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 35° и выступают от стенки в торце туннеля на 20 мм, а также 20 ребер толщиной 2,5 мм, которые со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 35° и выступают от стенки в торце туннеля на 12 мм.

4. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый смеситель верхнего ряда является отливкой и представляет собой трубу диаметром 60×10 мм длиной 305 мм с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, при этом в каждом смесителе имеется насадка длиной 80 мм с наружным диаметром 64 мм, на внутренней поверхности которой диаметром 40 мм имеются 16 литых ребер, литые ребра со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 6 мм, угол «заострения» составляет 30°, высота ребер 4,5 мм, длина внутренней резьбы составляет 15 мм, кроме того, в нижней части насадки выфрезерованы две лыски для удобства ее навинчивания на смеситель и свинчивания с него.

5. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый смеситель центрального ряда является отливкой и представляет собой трубу с наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 40 мм длиной 370 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°.

6. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый смеситель нижнего ряда является отливкой и представляет собой в верхней части трубу диаметром 32×5 мм, переходящей в нижней части в трубу диаметром 60×10 мм длиной 285 мм с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, при этом в каждом смесителе имеется насадка длиной 100 мм с наружным диаметром 64 мм и внутренней резьбой длиной 15 мм, причем в проточку насадки заваривается диск толщиной 10 мм с наружным диаметром 43 мм, имеющий пазы шириной 2,5 мм, а с торца навинчивается диск с лысками и наружным диаметром 64 мм, имеющий одно центральное отверстие диаметром 5 мм и восемь отверстий диаметром 2,5 мм, просверленных по диаметру 20 мм, а двенадцать отверстий диаметром 1,6 мм просверленых под углом 25° к оси насадки.

7. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что кожух коробчатой формы сварен из листовой стали марки Сталь 10 толщиной 3 мм.

8. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что огнеупорная набивная масса для обмуровки горелки и набивки пространства между смесителями имеет следующий состав, вес.%:

Мертель шамотный МШ 39 ТУ 14-199-119-200 40 Лигносульфанат технический ТУ 13-0281036-89 14 Порошок молотой глины ПГНУ ТУ 1522-051-05802299-2005 22 Фоскон 430 ТУ 2149-200-10964029-2003 4 Кварцевый песок марки Т ГОСТ 22551-77 8 Вода 12

9. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для регулирования расхода воздуха состоит из двух стальных направляющих, приваренных к газораспределительной камере, двух шпилек, регулятора, двух гаек-барашек и двух пружинных шайб.