ГАЗОВАЯ ПЛОСКОПЛАМЕННАЯ ГОРЕЛКА Советский патент 1969 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к газовым плоскопламенным горелкам, предназначенным для равномерного стабильного нагрева значительных по величине тепловоспринимающих поверхностей при отсутствии направленных конвективных потоков от факела, что необходимо по технологическим условиям в печах и теплообменниках различного назначения в машиностроительной, металлургической, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Получившие широкое распространение беспламенные панельные горелки инфракрасного излучения имеют сравнительно низкий-температурный уровень излучения (до 900- ПОО°С), они сложны в изготовлении и, кроме того, при уменьшении производительности и длительной эксплуатации их наблюдаются проскоки пламени в распределительную коробку и смеситель горелки.

В последние годы созданы плоскопламенные турбулентные горелки, у которых факел с углом раскрытия 180° движется вдоль стены топки, создавая весьма равномерное и высокотемпературное поле излучения. Такие горелки содержат цилиндрический корпус с тангенциально расположенным патрубком для подвода воздуха, установленную по оси корпуса газоподводящую трубку, имеющую на конце насадок с радиальными выпускными отверстиями, и огнеупорный туннель с плавно расширяющейся амбразурой, на выходе которой установлено отклоняющее пламя отбойное кольцо специальной геометрии. При высоких температурах керамическое или металлическое кольцо быстро выходит из строя.

Предложенная горелка позволяет придать факелу плоскую форму без необходимости применения отбойного кольца или других отражателей, используя лишь особенности гидродинамики самого факела.

Сущность изобретения заключается в том,

что внутри корпуса на газоподводящей трубе помещена винтообразная вставка с убывающим шагом и углом подъема по нарул ному контуру в пределах 1-45°, насадок расположен в зоне примыкания корпуса к туннелю на

расстоянии от его выходного сечения, равном 3,5-4,0 диаметрам кратера туннеля, а амбразура имеет тороидальную форму с радиусом кривизны, равным 0,8-2,5 указанного диаметра.

Такое выполнение горелки обеспечивает высокоинтенсивное скоростное сжигание газа в тонком слое на поверхности горелочного камня, устойчивое горение в релхиме плоского пламени и расширяет температурный интерПредусмотрен н другой вариант конструкции горелки. К корпусу в рассечке между ним и туннелем присоединен конический участок с углом конусности до 120°, а угол подъема винтообразной вставки по наружному диаметру на всем ее протяжении устанавливается постоянным или близким к постоянному в указанных пределах. Переход цилиндрической части корпуса к туннелю через промежуточный конический участок позволяет увеличить центростремительную силу газовоздушного потока на выходе из туннеля при неизменном давлении воздуха перед горелкой при относительном уменьшении расхода энергии ia крутку. Кроме того, коннческий участок дает возможность при падающем шаге винта оставить ностояиным или близким к постоянному на всем протяжении угол подъема винтообразной вставки по наружному диаметру, что благоприятно сказывается на стабилизации крутки потока. На фиг. 1 в продольном разрезе показана описываемая горелка с цилиндрическим корпусом, непосредственно примыкающим к туннелю; на фиг. 2 - горелка с корпусом, примыкающим к туннелю через промежуточный конический участок. Горелка содержит цилиндрический корнус / с тангенциально расположенным патрубком 2 для подвода воздуха, установленнуЕО по оси корпуса газоподводящую трубу 3, имеющую на конце насадок 4 с радиальными выпускными отверстиями, и огнеупорный туннель 5 с плавно расширяющейся амбразурой 6. Внутри корпуса на газоподводящей трубе 3 помещена винтообразная вставка 7. Насадок расположен в зоне примыкания корпуса к туннелю на расстоянии /, равном 3,5-4,0 диаметрам t/KD кратера туннеля, а амбразура 6 имеет тороидальную форму с радиусом кривизны г, равным 0,8-2,5 d крВинтообразная вставка 7 выполнена но первому варианту (фиг. 1) с подающим шагом и соответственно уменьшающимся углом нодъема винта по наружному контуру, поскольку угол подъема определяется отношением шага к длине окружности вставки по наружной образующей. При этом для интенсивной крутки газовоздушного потока рекомендуется устанавливать угол подъема винта в пределах 1-45°. По второму варианту (фиг. 2) к корпусу в рассечке между ним и туннелем присоединен конический участок 8 с углом конусности до 120°. Винт имеет падающий шаг только на коническом участке, а его угол иодъема в указанных пределах (1-45°) устаиавливается иа всем протяжении вставки постоянным или близким к постоянному. Закон винта на коническом участке в этом случае имеет вид; х- f eXD - . ооразующеи винта а. - угол поворота перпендикулярной в плоскости, оси конуса; Dа -- диаметр основания конуса (диаметр цилиндрического участка); Р нар - yiOJi нодъема винта ю наружному контуру; X - текущее расстояние вдоль оси Увеличению скорости дв:- жения воздушного потока в 1-;оническом участке корпуса горелки сопутствует уменьшение эффективного радиуса движения воздушного слоя, что в совокупности способствует резкому возрастанию центростремительно силы, действующей на поток и цри/кимающей его к стенкам корпуса. Горючий газ, истекая через отверстия насадка 4, смешивается с поперечно иаправленным потоком воздуха. При таком взаимном направлении потоков происходит полное интенсивное их смешение. Для высококалорийных газов отношение воздух-газ больше пяти, иоэтому сообщенное воздушному потоку закручивающее усилие достаточно велико, чтобы траектория смешанного газовоздушного потока практически не отличалась от траектории движения воздуха. Смешанный газовоздушный поток попадает в туннель 5 и выходит из его амбразуры 6, на криволинейной поверхности которой начинается воспламенение смеси. При этом резко возрастают вязкие силы пограничного слоя, поэтому продукты горения движутся безотрывно относительно стенок амбразуры, пламя ложится на панель 9 горелочного камня, а угол раскрытия факела составляет 180°. Панель раскаляется и становится основным источником передачи тепла предмету нагрева. В результате отсутствия прямого удара факела и интенсивного иеремешивания потоков свежих продуктов горения и рециркулирующих из топочной камеры в туннель, температурное поле выравнивается уже на небольщом расстоянии от панели. Как иоказали исиытания опытного образца горелки, факел в поперечном сечении оказывается практически плоским, отношение его диаметра к толщине составляет 15 : 1 -20 : 1. Предмет изобретения 1. Газовая плоскопламенная горелка, содержащая цилиндрический корпус с таигенциальпо расположенным патрубком для подвода воздуха, установленную по оси корпуса газоподводящую трубу, имеющую на конце насадок с радиальными выпускными отверстиял1И, и огиеупориый туннель с плавно расширяющейся амбразурой, отличающаяся тем, что, с целью устойчивого горения в режиме плоского пламени и расширения температурного интервала работы, внутри корпуса на газоиодводящей трубе помещена виитообразная вставка с убывающим шагом и угло.м иодъема по иаружному коитуру в пределах 1--45°, насадок

расположен в зоне примыкания корпуса к туннелю на расстоянии от его выходного сечения, равном 3,5-4,0 диаметрам кратера туннеля, а амбразура имеет тороидальную форму с радиусом кривизны, равным 0,8-2,5 указанного диаметра.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения расхода энергии и стабилизации крутки газовоздушного потока, к корпусу в рассечке меладу последним и туннелем присоединен конический участок с углом конусности до 120°, а угол подъема винтообразной вставки по наружному контуру на всем ее протяжении устанавливается постоянным или близким к постоянному в указанных пределах.