Горелочное устройство Советский патент 1992 года по МПК F23D14/66 F23N5/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкциям газовых горелок для сжигания газа, применяемых в различных тепловых агрегатах, в том числе в вагранках для плавки чугуна.

Известны газовые горелки с полным внутренним смешением газа и воздуха (применяются для сжигания газа в смеси с холодным воздухом) и горелки с внесшим смешением газа (применяются для сжигания газа в смеси с горячим воздухом c)tb

- 400-600°С). В горелках с полным внутренним смешением газа и воздуха образование газовоздушной смеси происходит в корпусе горелки и в основное сопло подается готовая газовоздушная смесь. В горелках с внешним смешением газа и воздуха образование смеси производится на выходе основного сопла в горелочный туннель. Это объясняется тем, что при подогреве воздуха полное внутреннее смешение газа и воздуха в корпусе горелки организовать нельзя,

так как при температуре смеси около 370- 430°С происходит самовоспламенение смеси от тепла воздуха.

Известна газовая горелка с полным внутренним смешением, которая состоит из корпуса, нескольких газовых сопел, установленных в корпусе, смесителя и основного сопла (головки).

Недостатком горелки является то, что она может применяться только для работы на холодном воздухе.

Известна газовая горелка с внешним смешением газа и воздуха с многоструйной подачей газа в поток воздуха конструкции, состоящая из смесителя, конического переходника, газовых патрубков для подачи i аза и воздуха в горелку. Газовая горелка может работать как на холодном, так и на горячем воздухе.

Недостатком горелки является то, что процесс смесеобразования в этой горелке несовершенен, что приводит к неоднородсо

с

VJ

О 00 Ю

(

ности образуемой газовоздушной смеси и, как следствие, снижению температуры сжигания газа до 1400-1600°С (при работе на холодном воздухе), что гораздо ниже теоретической. Неоднородность газовоздушной смеси обусловлена тем, что газ с воздухом смешивается в основном на выходе из сопла, а не во всем объеме горелки. Подача газа из большого количества газовых труб в поток воздуха незначительно улучшает однородность смеси. Подогрев воздуха улучшает процесс сжигания и увеличивает температуру горения на 100-200°С.

Известна газовая горелка ГНП, в которой однородность смеси повышена за счет организации смесеобразования в потоке закрученного воздуха. Горелка ГНП также относится к горелкам с внешним смешением газа и воздуха. Газовая горелка ГНП широко применяется в промышленности, однако ее конструкция не позволяет значительно повысить температуру сжигания газа при работе на холодном воздухе. Показатели горелки улучшаются при работе на горячем воздухе.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является горелочное устройство, которое состоит из корпуса с воздухоподающим патрубком, телескопической топливной трубы с выходным соплом, установленной с возможностью продольного перемещения. Внутри топливной трубы соосно смонтирован што,к, один конец которого жестко скреплен с выходным соплом, а свободный конец расположен за пределами корпуса.

Недостатком известной горелки является невозможность регулирования и изменения места ввода природного газа в поток воздуха, а также организации наиболее рационального сжигания газа с целью получения высокой температуры продуктов сгорания. Температура воздуха для сжигания газа в этой горелке не учитывается. Регулирование торелки осуществляется вручную. Все это сужает возможность широкого автоматического регулирования процесса горения в зависимости от температуры входящего в горелку окислителя. Горелка не может быть использована для таких тепловых агрегатов, как, например, газовые вагранки, применяемые в литейном производстве для плавки чугуна.

При работе газовых горелок газовой вагранки, оборудованной воздухоподогревателем или рекуператором, в начальный период плавки (в течение 2-3 ч работы) температура подогрева воздуха нестабильна и колеблется в пределах от 20 (начало плавки) до 500-600°С (в стабильном режиме). Это

связано с тем, что теплообменное устройство не может сразу нагреть воздух до нео.б- ходимой температуры. Сначала идет подогрев самой системы теплообмена, зэ- 5 тем - медленный набор температуры воздуха в течение 2-3 ч. В течение этого времени горелка газовой вагранки (горелки с внешним смешением газа и воздуха) работает при изменяющейся температуре воздуха. В

0 период, когда температура воздуха мала (хь 20-100°С), горелка, приспособленная для работы на горячем воздухе, работает на холодном воздухе, в связи с чем температура факела низка (1400-1600°С), горение не5 стабильно, производительность вагранки падает, температура чугуна низкая. Далее при tb 200-300°C процесс горения несколько улучшается, не незначительно. Только при tb 500-600°С (спустя 2-3 ч)

0 процесс горения становится оптимальным и процесс плавки стабилизируется.

Исходя из изложенного, целесообразно разработать такое горелочное устройство, которое позволило бы учитывать температу5 ру подогрева воздуха и организовать процесс горения, эффективный как на холодном, так и на горячем воздухе, т.е. разработать универсальную газовую горелку.

Целью изобретения является разработ0 ка универсального горелочного устройства и расширение диапазона регулирования его работы в зависимости от температуры подогрева воздуха.

На фиг. 1 изображено горелочное уст5 ройство, продольный разрез(при tb 500- 600°С); на фиг. 2 - положение топливной трубы и газового сопла при температуре воздуха tb 20°С; на фиг. 3 - то же, при tb 200-300°С; на фиг. 4 - то же, при tb

0 350-400°С.

Горелка состоит из корпуса 1, топливной трубы 2, выходного газового сопла 3 и основного сопла 4. Подача газа в горелку производится через трубу 5 и кран 6, подача

5 воздуха - через воздухоподводящий патрубок и воздушный шибер 8.

Топливная труба 2 выполнена телескопической, состоящей из нескольких патрубков, вдвигаемых один в другой вдоль оси

0 горелки Топливная труба снабжена штоком 9, передний конец которого жестко скреплен с газовым соплом 3. Другой конец штока выведен за пределы корпуса через уплотнение 10. Шток 9 связан с электродвигателем

5 11 исполнительного механизма (ИМ). Электродвигатель служит для перемещения штока, а соответственно, и газового сопла 3 газораспределительной трубки (посредством винтовой,реечной,зубчатой или другой передачи).

В воздухотдводящей трубе 7 смонтирована термопара (Т), например, хромель- алюмелевая. Сигнал от термопары подается на усилитель (У), а затем в исполнительный механизм и электродвигатель (ЭД).

Устройство работает следующим образом.

В горелку сначала подают воздух по патрубку 7, а затем подают газ по трубе 5. Газ поступает в топливную трубу 2, откуда попадает в газовое сопло 3. Через отверстия сопла 3 газ в виде струй поступает в корпус 1 горелки. В корпусе горелки происходит смешивание воздуха и газа и образование газовоздушной смеси, которая затем поступает в основное сопло 4. На выходе из сопла 4 смесь воспламеняется и сгорает в горелочном туннеле 12. Продукты горения направляются в вагранку.

При работе на холодном воздухе (хь 20°С) наиболее целесообразно организовать работу горелки при полном внутреннем смешении газа и воздуха. Топливная труба в этом случае находится в сжатом виде (фиг. 2). Сигнал, снимаемый с термопары, равен нулю, поэтому электродвигатель находится в неподвижном состоянии и не оказывает воздействия на шток. Горение газа происходит стабильно, без проскока пламени в горелку.

При работе на горячем воздухе при и 200-300°С термопара подает на усилитель сигнал, пропорциональныйтемпературе подогрева воздуха. В усилителе сигнал усиливается, затем поступает в исполнительный механизм, электродвигатель которого воздействует на шток 9 топливной трубы. Шток 9 вдвигается в корпус горелки и перемещает газовое сопло вперед в сторону основного сопла (фиг. 3). Перемещение штока пропорционально сигналу, поступившему с термо- пары. Перемещение газового сопла компенсирует приближение фронта горения пламени к основному соплу, возгорание смеси в районе сопла не происходит.

При работе на горячем воздухе при ь 350-400°С (фиг. 4) сигнал с термопары возрастает и, соответственно, шток топливной трубы вновь перемещается вместе с газовым соплом вперед ближе к основному соплу. Горелка в этом случае работает в режиме, близком к режиму внешнего смешения газа и воздуха. Самовоспламенение смеси в корпусе горелки не происходит.

При работе на горячем воздухе при (tb 500-600°С) перемещение штока и газового сопла продолжается и газовое сопло устанавливается в окончательное положение непосредственно на выходе отверстия в основном сопле 4 (фиг. 1). Газовая горелка

работает в режиме внешнего смешения газа и воздуха. Припонижении тьцействие горелки аналогично, только производится в обратном направлении.

Таким образом, в процессе работы агрегата газовая горелка трансформируется из горелки с полным внутренним смешением в горелку с внешним смешением газа и воздуха, и наоборот. Это значительно расширяет

0 диапазон регулирования и возможностей горелки, чем достигается универсальность работы горелки.

При использовании горелочного устройства предлагаемой конструкции дости5 гается универсальность работы горелки, т.е. одна и та же горелка может быть использована для сжигания газа как на холодном воздухе, так и на горячем. Это обеспечивается за счет телескопического выполнения

0 топливной трубы и возможности газового сопла изменять свое положение относительно основного сопла горелки. При этом расширяется диапазон регулирования работы горелки в зависимости от температуры

5 подогрева воздуха, что обеспечивается наличием термопары, усилителя и исполнительного механизма, обеспечивающих регулирование положения газового сопла. Конструкция горелки обеспечивает ста0 бильную работу при изменении и колебаниях температуры воздуха без самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Это также обеспечивается изменением положения газового сопла и изменением условий смесе5 образования. Причем обеспечивается автоматическое саморегулирование процесса работы горелки за счет вспомогательных устройств (Т, У, ИМ. ЭД), осуществляющих регулирование в зависи0 мости от температуры воздуха.

Горелка обеспечивает эффективное сжигание газа как на холодном, так и на горячем воздухе. Кроме того, эффективность процесса сжигания газа не снижается

5 в период подъема температуры воздуха от 30° до заданной. На холодном воздухе высокая температура продуктов сгорания (1700-1730°С) достигается за счет создания хороших условий смесеобразования и пол0 учения однородной газовоздушной смеси.

При температуре воздуха 20-370°С высокая температура (1730-1780°С) достигается за счет подогрева воздуха и оптимального положения газового сопла,

5 обеспечивающего хорошее смешение газа с воздухом без самовозгорания смеси в корпусе горелки и выхода из строя основного сопла.

На горячем воздухе (ь - 500-600°С) высокая температура (1800-1850°С) достигается за счет высокого подогрева воздуха и стабильной работы горелки без самовоспламенения смеси в корпусе.

По сравнению с известным предлагаемое горелочное устройство характеризуется универсальностью, увеличением диапазона регулирования, эффективным сжиганием газа с высокой температурой при любой температуре воздуха, устранением самовоспламенения смеси в корпусе горелки, стабильностью работы, высокой стойкостью основного сопла, автоматическим регулированием работы.

Формула изобретения Горелочное устройство, содержащее корпус с воздухоподающим патрубком и телескопическую топливную трубу с выходным соплом, установленную в корпусе с возможностью продольного перемещения, причем внутри трубы соосно расположен

шток, один конец которого жестко скреплен с выходным соплом, а свободный конец расположен за пределами корпуса, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования при различных

температурах подогрева воздуха, устройство дополнительно содержит исполнительный механизм с электродвигателем и усилитель, электрически связанный с термопарой, дополнительно установленной в воздухоподающем патрубке, а свободный конец штока кинематически связан с валом электродвигателя.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям горелоч- ныхустройств для сжигания газа, например, в вагранках для плавки чугуна. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования при различных температурах подогрева воздуха. Устройство дополнительно содержит исполнительный механизм с электродвигателем и усилитель, связанный с термопарой, дополнительно установленной в воздухоподающем патрубке, а свободный конец штока кинематически связан с валом электродвигателя. 4 ил.

И

эл

Фаг.1

-tg 3SO-4oo°{

Фиг А

Pu,.2

4 Я 1 -Зоо с глг1