Газовая горелка Советский патент 1993 года по МПК F23D14/22 

Щм.1

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в теплотехнике при сжигании газа, например, в различных теплогенераторах промышленного назначения, при дожигании Ефедных выбросов и подогреве газов при термокаталитическом их обезвреживании.

Известны газовые горелки, содержащие прямолинейный топливный коллектор со стабилизаторами в виде продольных перфорированных и наклонных относительно друг друга пластин .

Такие горелки надежно и эффективно работают при сжигании газа с линейной топливной нагрузкой не ниже 60...150 м3/чх хм (номинальный расход газа на единицу длины топливного коллектора).

Однако в отдельных случаях (например, в термокаталитических реакторах с кольцевой засыпкой катализатора бопьшого диаметра) требуется пониженная линейная топливная нагрузка (менее 20 м3/ч м). В этих случаях рамповую компоновку горелок реализовать не представляется возможным.

Указанный недостаток устраняется за счет разорванной компоновки в топочной части изолированных друг от друга горелоч- ных модулей,

В качестве прототипа такого горелочно- го модуля выбрана газовая горелка.

Эта горелка содержит цилиндрический прямолинейный топливный коллектор с расположенными п.о образующей соплами, две пластины стабилизатора с поперечными рядами воздушных отвер- стий. перпендикулярными коси коллектора и расположенными со смещением относительно сопл на расстоянии, равном половине шага между этими соплами. Причем угол между плоскостями расположения сопл составляет 60...90°, а пластины установлены параллельно относительно упомянутых плоскостей и снабжены поперечными рядами отверстий, расположенными с шагом, равным шагу между соплами, и со смещением относительно последних на половину этого шага. Такая конструкция газовой горелки определяет необходимость двух рядов сопл на цилиндрическом прямолинейном топливном коллекторе (по одному ряду сопл на каждую пластину стабилизатора). Это затрудняет получение низкой линейной топливной нагрузки (менее 20 м3/ч -м), а в случае разорванной компоновки усложняется запуск горелок, ухудшаются условия перемешивания и нагрева воздуха, а также повышается недожог топлива.

При этом добиться равномерности нагрева воздуха и снижения расхода топлива можно, лишь значительно увеличив путь

смешения (а следовательно, габариты реактора), или же с помощью специальных устройств, усложняющих конструкцию смесительной камеры и ухудшающих ее аэродинамические характеристики.

В этих условиях невозможно эффективно использовать существующую линейную горелку.

Цель изобретения - улучшение равнбмерности нагрева воздуха и снижение расхода топлива.

Указанная цель достигается тем, что в газовой горелке, содержащей цилиндриче - скийтопливный коллекторе расположенными по образующей соплами, две пластины стабилизатора с поперечными рядами воздушных отверстий, перпендикулярными к оси коллектора и расположенными со смещением относительно сопл на расстоянии,

равном половине шага между этими соплами, согласно изобретению, сопла топливного коллектора размещены в плоскости симметрии между пластинами стабилизатора, расположенными под углом 30-60° относительно друг друга, шаг поперечных рядов воздушных отверстий в пластинах стабилизатора равен удвоенному шагу между соплами, причем ряды в одной пластине стабилизатора смещены на величину шага

сопл относительно рядов в другой пластине стабилизатора.

Существенность предлагаемых признаков изобретения подтверждается тем, что из патентной литературы авторам не известно выполнение горелок с одним рядом газовых отверстий, расположенным в плоскости симметрии пластин стабилизатора.. Использование однорядной раздачи газа обуславливает уменьшение угла между

пластинами стабилизатора до уровня 30...60°, что также не известно из патентной и технической литературы.

Во всех известных авторам технических решениях пластины стабилизатора имеют

симметричную перфорацию по воздушным отверстиям и шаг между рядами воздушных отверстий равен шагу между соплами. Авторам не известно асимметрическое размещение перфорации пластин стабилизатора

(смещение на величину шага сопл относительно рядов в другой пластине стабилизатора), а также увеличение в два раза шага поперечных рядов воздушных отверстий по сравнению с шагом между соплами.

На основании изложенного можно считать все отличительные признаки существенными.

На фиг.1 изображена горелка; на фиг.2 показана взаимная ориентация воздушных

отве рстий и топливных сопл со стороны зоны горения. азовая горелка содержит цилиндриче- прямолинейный топливный коллектор

ски 1 с по с бразующей в один ряд вдоль коллектогазовыми соплами 2, расположенными

л стабилизатор в виде продольных на- ных одна относительно другой лин 3 и 4 под углом 30...60° с попереч- и рядами воздушных отверстий 5, пер-

ра, кло пла

HbIN

nei-дикулярными к оси коллектора и расположенными со смещением относительно сопл на расстоянии, равном половине шага между этими соплами. Газовые соппа 2 расположены в плоскости симметрии между пластинами стабилизатора 3 и 4. Пог еречные ряды воздушных отверстий 5 расположены на каждой пластине с шагом, равным удвоенному шагу между соплами, и смещены в одной пластине по отношению к другой на величину этого шага, а расстояние пог еречных рядов воздушных отверстий до bnv жнего топливного сопла равно половине

это

о шага.

Газовая горелка работает следующим образом.

Топливный газ подводят к топливному коллектору 1 и распределяют через сопловые отверстия 2 в плоскости симметрии мехду перфорированными пластинами стаби/

flON

изатора 3 и 4, расположенными под уг- 0(фиг.1).

Воздух подают в зону горения с тыль- части пластин стабилизаторов через поно(

перечные ряды воздушных отверстий 5. В рее ультате относительного смещения рядов воздушных отверстий между пластинами в огневой зоне имеет место взаимодействие встречно-смещенных струй б, которые в свс ю очередь генерируют множество вихре- вы:: зон 1 с осями вращения, совпадающими с о :я(ии газовых сопл (фиг.2).

Совокупность этих вихревых течений образует поле с высокими тепломассооб- менными свойствами. Интенсивность возникающих вихрей 7 зависит от угла между плг стинами. При больших углах раскрытия (бопее 60°) вихревое взаимодействие осла- 6ei ает (не достигается достаточное проникношение струй), а при малых углах (менее 30°) резко уменьшается объем локальных зон вихревого взаимодействия и они ста- но (ятся неустойчивыми. Кроме того, уста ювлено (Любчик Г.Н. Оптимизация характеристик недожога и токсичности про- ду| тов сгорания в горелках струйного типа. - Окислы азота в продуктах сгорания топ- лип. Киев: Наукова думка, 1981, с. 158), что при углах раскрытия ft 30° происходит

5

0

5

0

5

0

5 0

5

5

0

резкое возрастание концентрации оксидов азота в продуктах сгорания. Поэтому угол раскрытия пластин в диапазоне 30...60° следует считать оптимальным.

Важным является ориентация топливных сопл относительно пластин стабилизатора. При отклонении от предлагаемого развития в плоскости симметрии между пластинами стабилизатора гидродинамическая неустойчивость будет находиться в условиях равновесного воздействия на нее со стороны воздушных встречно-смещенных струй.Развитие топливной струи вдоль локальной вихревой зоны также способствует реализации принципа стадийности горения, что обуславливает снижение содержания токсичных оксидов азота в продуктах сгорания.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет осуществить растянутый по периметру любой формы процесс тепловыделения с высоким уровнем выгорания топлива и сниженным на 20...30% уровнем эмиссии оксидов азота при малых линейных топливных нагрузках (ниже 20 м3/ч-м).

Возможность непрерывной компоновки топливосжигающих модулей позволяет уменьшить габариты зоны смешения, повысить однородность поля подогретого воздуха перед каталитической засыпкой и обеспечивает работу всей системы от одного контрольно-защитного устройства (КЗУ).

Так при компоновке блочной горелки из струйных модулей в реакторе производительностью 50,0 тыс. м в час с кольцевой набивкой катализатора диаметр этой набивки должен составлять ,0 м при периметре П 12,5 м. При потреблении топливного газа в количестве 4 м на 1000 м промышленных газовых выбросов потребуется суммарный расход топлива м в час.

ЕСЛИ основываться на исходном топли- восжигающем модуле с линейной топливной нагрузкой У 60 м3/чм, то общая коллекторная длина будет равна Ц VT

v

«3,3 м, что значительно ниже требуемого периметра (12,5 м) размещения слоя катализатора. При этом можно разместить 16 исходных модулей с шагом 0,8 м, что значительно превышает коллекторную длину одного модуля (0,2 м). Этим и объясняется необходимость установки КЗУ на каждый модуль, таким образом, потребуется 16 комплектов контрольно-защитных устройств.

При использовании предлагаемых модулей с пониженной линейной топливной нагрузкой (менее 20 м3/м-м) возможна непрерывная компоновка горелочного устройства из предлагаемых модулей с общей коллекторной длиной 12,5 м. При этом топливная нагрузка будет составлять

м-Й-Щ16М3/Ч М

В последнем случае можно обойтись одним КЗУ на всю установку. Только за счет снижения потребного числа КЗУ с шестнадцати до одного - двух при цене КЗУ за один комплект 800 рублей экономия капитальных затрат составит

Э(16-2) -0,8-11,2 тыс.руб.

ного назначения, например, при дожигании вредных выбросов и подогреве газов при термокаталитическом их обезвреживании. Сущность изобретения; газовая горелка содержит цилиндрический прямолинейный топливный коллектор 1с газовыми соплами 2, расположенными в один ряд вдоль коллектора, и стабилизатор, выполненный в виде продольных наклонных пластин 3 и 4 под углом 30...60° с поперечными рядами воздушных отверстий, расположенными со смещением относи-, тельно сопл. Поперечные ряды отверстий 5 расположены на каждой пластине с шагом, равным удвоенному шагу между соплами. 2 ил.

Формула изобретения Газовая горелка, содержащая цилинд- рический прямолинейный топливный коллектор с расположенными по образующей соплами, две пластины стабилизатора с поперечными рядами воздушных, отверстий, перпендикулярными к оси коллектора и рас- положенными со смещением относительно сопл на расстоянии, равном половине шага между этими соплами, отличающаяся тем, что, с целью улучшения равномерности

JL

w VIN

,л, , ,-ф- -фи/-фi.s v-Xl/Kj/ L №/

нагрева воздуха и снижения расхода топлива, сопла топливного коллектора размещены в плоскости симметрии между пластинами стабилизатора, расположенными под углом 30-60° относительно друг друга, шаг поперечных рядов воздушных отверстий в пластинах стабилизатора равен удвоенному шагу между соплами, причем ряды в одной пластине стабилизатора смещены на величину шага сопл относительно рядов в другой пластине стабилизатора.