Oblast techniky

Technické řešení se týká hořákové hlavy na primární plynové části hořáku, ve které budou spalovány plyny o různé výhřevnosti.

Dosavadní stav techniky

Pro spalování plynů se běžně používá plynových hlav a trysek různé konstrukce. Většinou jsou tyto trysky navrženy na konkrétní plynné ušlechtilé palivo. V takových plynových hlavách nelze spalovat plyny neušlechtilé, které jsou vedlejším produktem např. výroby v chemickém, zpracovatelském průmyslu a plyny pocházející z alternativních zdrojů (např. bioplyn, skládkový plyn apod.). Tyto plyny jsou často odpadním produktem s nízkou a proměnnou výhřevností. Běžné plynové hlavy nemohou dostatečně zajistit stabilitu hoření při větším přebytku spalovacího vzduchu v případě spalování chudých plynů. V případě častých změn ve spalovacích podmínkách, jako jsou např. změny tlakových poměrů ve spalovací komoře, dochází k zhášení plamene a tím k nebezpečným situacím. Typickým příkladem jsou vsázkové provozy, spalovny odpadů apod.

Cílem technického řešení je představit hořákovou hlavu pro dostatečné zajištění stability hoření při větším přebytku spalovacího vzduchu v případě spalování chudých plynů

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry hořáková hlava podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že je provedena jako válcovitý návarek, kdy spodní vnitřní obvod návárku je navařen na vnější hořákovou trubku a horní vnitřní obvod je navařen na vnitřní hořákovou trubku, přičemž hlava je v oblasti čelního sražení opatřená výkonovými tryskami, přičemž pod nimi jsou na válcové stěně pod úhlem uspořádány stabilizační trysky, a pod stabilizačními tryskami je uspořádán poutač plamene, který vystupuje jako prstenec od vnější stěny hlavy ve tvaru trojúhelníka s horním ramenem doléhajícím kolmo k vnější stěně hlavy, přičemž jeho spodní rameno coby přepona je orientováno směrem šikmo dolů.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude přiblíženo pomocí výkresu, na kterém obr. 1 představuje plynový hořák s vnitřní přívodní trubkou prvního stupně spalování, na jejímž konci je hořáková hlava podle vy30 nálezu a na obr. 2 je detail hořákové hlavy.

Příklad provedení technického řešení

Na obr. 1 je celkový pohled na plynový hořák s vnitřní přívodní trubkou prvního stupně spalování, na jejímž konci je hořáková hlava podle technického řešení. Je vidět, že plynový hořák J_ sestává z přívodního hrdla 8 plynu opatřeného na jedné straně přírubou 9, přičemž na druhé straně přívodního hrdla 8 plynu ústí toto hrdlo 8 do plynového rozdělovače 10. Odsud je plyn veden spojovací trubkou 17 od rozdělovače 10 a trubka 17 je přes Sroubení 14 napojena na vnější přívodní trubku 7 prvního stupně spalování, která je prodloužená v oblasti hoření o trubku 4 z žáropevného materiálu. Tato vnitřní přívodní trubka 4 je s vnější přívodní trubkou 7 prvního stupně spalování souosá. Na konci obou trubek 4, 7 je nasazena hořáková hlava 22 jako válcovitý dutý návarek, kdy spodní vnitřní obvod návarku je navařen na vnější hořákovou trubku 7 a horní vnitřní obvod je navařen na vnitřní hořákovou trubku 4.

Na konci spojovací trubky 17 je z obou stran Sroubení 15, které spojuje rozdělovač 10 s primárním plynem přes návarek 14, ve kterém je uspořádaná omezovači tryska 21 primárního plynu pro

-1 CZ 26534 Ul primární hořákovou hlavu 22. Dále jsou vidět přívodní trubky 12 druhého stupně spalování připojené k trubce od plynového rozdělovače 10 Sroubením 11. Rozdělovač 10 má tedy jeden přívod coby hrdlo 8 a jeden vývod prvního stupně plynu coby trubky 17 a tři vývody druhého stupně plynu coby trubky 12, ze kterých je na obr. 1 vidět pouze jedna.

Na přívodních trubkách 12 druhého stupně spalování jsou usazeny sekundární trysky 13, jejichž poloha je fixována pomocí neznázoměné kontramatice.

Plynový rozdělovač 10 je uchycen na vnitřní přívodní trubce 4 prvního stupně spalování. Plynový hořák 1 je celý navařen na víko 6, z kterého je na obr. 1 vidět pouze část. Víko 6 je připevněno ke vzduchové skříni pomocí neznázoměného šroubového spojení. Víko je opatřeno těsněním 18, držákem izolace 16, izolací 19 a žáropevným tmelem 20.

Jak je lépe vidět v detailu na obr. 2 je hořáková hlava 22 na primárním hořáku. Je to návarek na trubkách 4 a 7 a je opatřena výkonovými tryskami 3 na čele hlavy 22 provedenými na čelném sražení 25. Pod nimi na válcové stěně jsou uspořádány stabilizační trysky 5. Pod stabilizačními tryskami 5 je uspořádán poutač plamene 21, který vystupuje od vnější stěny hlavy 22 ve tvaru trojúhelníka s horním ramenem 24 doléhajícím kolmo k vnější stěně hlavy 22, přičemž jeho spodní rameno 23 coby přepona je orientováno šikmo směrem dolů.

Průměr hlavy 22 je 80 mm a průměr poutače plamene 21 je 100 mm. Tyto rozměry jsou důležité vzhledem k nutnosti zajistit dostatečně stabilní plamen v oblasti stabilizačních trysek 5. V této oblasti dochází k výraznému poklesu turbulentního proudění a ke zpětnému víření spalovacího vzduchu. Stabilizační trysky 5 jsou vhodně umístěné mezi poutačem plamene 21 a čelem hlavy 22 a jsou vrtány pod šikmým úhlem β. Umožňují tak dostatečné promíchání paliva se spalovacím vzduchem, okysličovadlem při procesu hoření. Takto připravená hořlavá směs má za těchto podmínek menší rychlost než je rychlost vlastního hoření, tedy plamen je v „závětří“. Plamen se tímto způsobem stabilizuje v této oblasti a zapaluje tak plyno-vzdušnou směs a tím dodává dostatečnou iniciační energii, a plyno-vzdušná směs je vytvářena promícháváním plynu vycházejícího z výkonových trysek 3 a spalovacího vzduchu proudícího kolem plynové hlavy. V případě, že by nebyl plamen upoután výše popsaným způsobem v oblasti poutače plamene 21, docházelo by k utržení plamene od hlavy 22.

Výše popsaný plynový hořák slouží k odstranění zmíněných provozních nespolehlivostí. Maximální stability hoření se dosáhne zejména pomocí konstrukce hlavy 22 primárního hořáku. Stabilita hoření je dána konstrukcí poutače plamene 21 integrovaného do této plynové hlavy 22, který vytváří turbulentní víření v oblasti stabilizačních trysek 5. Toto proudění je charakterizováno nižší rychlostí za poutačem plamene 21, vytváří zde mírnější turbulentní proudění a stabilizuje tak plamen. Toto uspořádání zajišťuje zapalování proudu plynu vystupujícího z výkonových trysek 3. Dodává dostatečnou energii k zapálení směsi a stabilizaci hoření výkonových trysek 3 hlavy 22. Plynová hořáková hlava 22 je prstencového tvaru, což umožňuje středem hlavy vést přídavný olejový hořák, popřípadě prvky měření a regulace. Plyn je do primární plynové hlavy přiveden prostorem mezi trubkami 7 a 4. Množství a tlak je redukován pomocí omezovači clony, která určuje poměr mezi primární a sekundární částí plynového hořáku. V primární části je tak tlak plynného paliva nižší než v sekundární, což významně ovlivňuje stabilitu primární části a umožňuje pracovat s vyššími tlaky a vyššími rychlostmi v sekundární části, což výrazně přispívá k intenzivnějšímu promíchávání spalovacího vzduchu se sekundárním palivem. Sekundární trysky mohou být 3 nebo 4 dle použití. Sekundární trysky jsou natočeny od osy tak, aby v radiálním směru byl výstup plynu tangenciální.