RU205048U1

RU205048U1 - Скоростная газовая горелка

Info

Publication number: RU205048U1
Application number: RU2020141749U
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Печенегов
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности к устройствам для сжигания газообразного топлива, и может быть использована в системах отопления сушильных, нагревательных, термических печей и других нагревательных устройств. Техническая проблема, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в повышении единичной тепловой мощности скоростной газовой горелки и в обеспечении возможности перемещения факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства. Сущность полезной модели заключается в том, что скоростная газовая горелка, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось, выполнена с газовым каналом, который в поперечном сечении имеет кольцевую форму и оснащен глухими трубчатыми радиальными отводами с сопловыми отверстиями для выхода топливного газа, цилиндро-конический насадок своей частью свободно охватывает цилиндрический корпус и посредством связей жестко соединен с трубчатой траверсой, расположенной в центре скоростной газовой горелки с возможностью перемещения вдоль оси, в цилиндро-коническом насадке установлена турбулизирующая решетка, внутри трубчатой траверсы расположены электроды розжига и контроля пламени, имеющие возможность осевого перемещения, трубчатая траверса и электроды розжига и контроля пламени оснащены сальниковыми уплотнениями.

Description

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности к устройствам для сжигания газообразного топлива, и может быть использована в системах отопления сушильных, нагревательных, термических печей и других нагревательных устройств.

Известна скоростная газовая горелка, содержащая перфорированную цилиндрическую камеру сгорания с установленными в центре торцевой стенки газоподводящим узлом с расходящимися под углом сопловыми отверстиями, оси которых пересекаются на оси горелки в одной точке, и стабилизатор горения, который выполнен с полусферической поверхностью, центр которой расположен в точке пересечения осей сопел (Авторское свидетельство СССР № 559069, Мкл. F23D 13/00 от 25.05.1977) [1]. Данная горелка позволяет получить высокую скорость истечения продуктов сгорания газового топлива из огнеупорного сопла, что способствует активизации движения греющей газовой среды и ее рециркуляции в рабочей камере нагревательного устройства. Недостатком скоростной газовой горелки [1] является высокая температура поверхностей стенок камеры сгорания и огнеупорного сопла, соприкасающихся с продуктами сгорания топлива и, как следствие, его малая надежность и долговечность.

Данный недостаток свойственен и известной скоростной газовой горелке (Патент РФ № 2378573, Мкл. F23D 14/00 от 10.01.2010) [2], со скоростью истечения продуктов сгорания из огнеупорного сопла до 160 м/с. Общим недостатком известных устройств [1, 2] является также то, что они могут работать лишь при относительно малых расходах сжигаемого топлива.

Отмеченные недостатки известных устройств [1, 2] обусловлены тем, что горение топлива осуществляется внутри горелки, так как камера сгорания размещена в корпусе горелки. Данные конструктивные особенности и недостатки являются характерными также для известных скоростных горелок с полным предварительным смешением топливного газа и воздуха (Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки, И.И. Перелетов, Л.А. Бровкин, Ю.И. Розенгард и др.; Под ред. А.Д. Ключникова. М.: Энергоатомиздат, 1989. с. 272 (рис. 10.6) [3].

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности является скоростная газовая горелка, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось (Иванов Ю.В. Газогорелочные устройства. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1972. с. 97, рис. 2.43,б) [4] - прототип.

В известном устройстве [4] осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси, а горение топлива протекает за срезом цилиндро-конического насадка в объеме рабочей камеры нагревательного устройства. Так как горение топлива вынесено за пределы внутреннего объема горелки, то температура ее элементов не высока, что положительно сказывается на надежности и долговечности горелки. Недостатком устройства [4] является низкая единичная тепловая мощность горелки, обусловленная малым номинальным расходом топливного газа, а также невозможность перемещать факел горения топлива в пространстве рабочей камеры нагревательного устройства. Перемещение истекающей из горелки струи топливно-воздушной смеси и факела горения топлива особенно важно для организации внутренней рециркуляции продуктов сгорания топлива в рабочих камерах нагревательных устройств и регулирования распределения тепловой нагрузки по площади поверхности нагрева.

Техническая проблема, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в повышении единичной тепловой мощности скоростной газовой горелки и в обеспечении возможности перемещения факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства.

Сущность полезной модели заключается в том, что скоростная газовая горелка, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось, выполнена с газовым каналом, который в поперечном сечении имеет кольцевую форму и оснащен глухими трубчатыми радиальными отводами с сопловыми отверстиями для выхода топливного газа, цилиндро-конический насадок своей частью свободно охватывает цилиндрический корпус и посредством связей жестко соединен с трубчатой траверсой, расположенной в центре скоростной газовой горелки с возможностью перемещения вдоль оси, в цилиндро-коническом насадке установлена турбулизирующая решетка, внутри трубчатой траверсы расположены электроды розжига и контроля пламени, имеющие возможность осевого перемещения, трубчатая траверса и электроды розжига и контроля пламени оснащены сальниковыми уплотнениями.

В отличие от известного устройства [4], выполнение газового канала кольцевым, наличие на его стороне, обращенной к цилиндро-коническому насадку, глухих трубчатых радиальных отводов с сопловыми отверстиями для выхода топливного газа, а также то, что цилиндро-конический насадок своей частью свободно охватывает цилиндрический корпус и посредством связей жестко соединен с трубчатой траверсой, расположенной в центре скоростной газовой горелки с возможностью перемещения вдоль оси, а в цилиндро-коническом насадке установлена турбулизирующая решетка, позволяют повысить единичную тепловую мощность скоростной газовой горелки, обеспечить возможность перемещения факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства и полноту сгорания газового топлива.

Повышение единичной тепловой мощности скоростной горелки обусловлено большим количеством сопловых отверстий для выхода топливного газа, расположенных на торцевой стенке кольцевого газового канала, на глухих трубчатых радиальных отводах, что дает возможность подавать в горелку большие расходы топливного газа. Рассредоточенность сопловых отверстий по всему поперечному сечению цилиндрического корпуса способствует интенсификации процесса смешения топливного газа с подаваемым на горение потоком воздуха. Активизирует смесеобразования при работе скоростной горелки и наличие вихревых зон с обратными токами и высокой турбулентностью, образующихся в потоке воздуха за плохообтекаемыми глухими трубчатыми радиальными отводами. При течении через турбулизирующую решетку топливный газ и воздух дополнительно перемешиваются между собой. В сечении выхода из конфузорной части цилиндро-конического насадка газовоздушный поток полностью подготовлен для зажигания. Перемещение факела горения топлива в рабочей камере нагревательного устройства обеспечивается путем изменения положения цилиндро-конического насадка, который посредством связей жестко соединен с трубчатой траверсой, расположенной в центре скоростной газовой горелки с возможностью перемещения вдоль оси. Перемещая в осевом направлении трубчатую траверсу, можно соответственно регулировать вылет цилиндро-конический насадки, корня истекающей из нее газовоздушной струи и положение факела горения топлива.

Наличие внутри трубчатой траверсы электродов розжига и контроля пламени, которые имеют возможность осевого перемещения, и оснащение трубчатой траверсы и электродов розжига и контроля пламени сальниковыми уплотнениями, позволяет вывести рабочие органы электродов в центр истекающей из цилиндро-конической насадки газовоздушной струи, обеспечивает газоплотность скоростной газовой горелки, исключает как подсосы воздуха в рабочую камеру нагревательного устройства, так и выбивание из рабочей камеры продуктов сгорания топлива. При этом сохраняется возможность относительного и независимого осевого перемещения трубчатой траверсы с цилиндро-коническим насадком и электродов розжига и контроля пламени, что важно для регулировки и наладки рабочего режима скоростной газовой горелки и нагревательного устройства, на котором она установлена.

Кроме того, наличие сальниковых уплотнений упрощает технологии сборки и разборки скоростной газовой горелки в процессах ее изготовления и ремонта.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом [4] показывает, что заявляемое решение соответствует критерию «новизна».

Известные технические решения [1, 2, 3] с камерой сгорания, расположенной внутри цилиндрического корпуса горелки, могут работать лишь при малых расходах топливного газа. Стенки камеры сгорания подвержены риску прогара. Отсутствует возможность перемещения в осевом направлении цилиндро-конического насадка, из конфузорной части которого вытекает расширяющаяся газовоздушная струя, а, следовательно, и возможность регулирования положения струи газов в рабочей камере нагревательного устройства.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».

На фиг. 1 приведена схема предлагаемой скоростной газовой горелки; на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по В-В на фиг. 1.

Скоростная газовая горелка содержит цилиндрический корпус 1 с входным воздушным патрубком 2. Внутри цилиндрического корпуса 1 расположен газовый канал 3, имеющий кольцевую форму поперечного сечения, одной своей стороной соединенный с входным газовым патрубком 4, а с другой стороны имеет глухие трубчатые радиальные отводы 5. На торцевой стенке 6 газового канала 3 и глухих трубчатых радиальных отводах 5 имеются сопловые отверстия 7 для выхода топливного газа. На цилиндрический корпус 1 свободно одет своей частью цилиндро-конический насадок 8, который с помощью связей 9 жестко соединен с трубчатой траверсой 10 и имеет расположенную в поперечном сечении турбулизирующую решетку 11. В трубчатой траверсе 10 размещены электроды розжига и контроля пламени 12. В зазорах между внутренней стенкой газового канала 3 и трубчатой траверсой 10, а также между трубчатой траверсой 10 и электродами розжига и контроля пламени 12 имеются сальниковые уплотняющие элементы 13. В первом из названных зазоров, кроме того, размещены опорные элементы скольжения 14. На цилиндрическом корпусе 1 закреплена фланцевая плита 15, с помощью которой скоростная газовая горелка устанавливается на стене рабочей камеры нагревательного устройства.

Скоростная газовая горелка работает следующим образом.

Топливный газ через входной газовый патрубок 4 поступает в газовый канал 3 и далее - в глухие трубчатые радиальные отводы 5. Через сопловые отверстия 7 на торцевой стенке 6 газового канала 3 и на глухих трубчатых радиальных отводах 5 большим количеством малых струек топливный газ истекает в цилиндро-конический насадок 8. Туда же из входного воздушного патрубка 2 через цилиндрический корпус 1 кольцевым потоком, формируемым стенками корпуса 1 и газового канала 5, поступает воздух. За счет большой площади поверхности контакта множества газовых струек с воздухом, наличия вихревых зон за плохообтекаемыми глухими трубчатыми радиальными отводами 5, высокой турбулентности потока воздуха, топливный газ и воздух в цилиндро-коническом насадке 8 хорошо перемешиваются. Турбулизирующая решетка 11 на пути движения газовоздушного потока дополнительно способствует перемешиванию и выравнивает скорость потока смеси по сечению цилиндро-конического насадка 8. Подготовленная к горению газовоздушная смесь через Конфузорную часть цилиндро-конического насадка 8 с высокой скоростью, существенно превышающую скорость распространения пламени, вытекает в рабочую камеру нагревательного устройства, где поджигается с помощью электродов розжига 12. Положение вытекающей газовоздушной струи, а, соответственно, и факела в рабочей камере нагревательного устройства устанавливается путем перемещения в осевом направлении трубчатой траверсы 10, жестко соединенной связями 9 с цилиндро-коническим насадком 8. Перемещение таким образом цилиндро-конического насадка 9 относительно цилиндрического корпуса 1 позволяет при наладке достичь необходимых условий и характеристик тепловой работы нагревательного устройства, на котором установлена скоростная газовая горелка. Трубчатая траверса 10 и опорные элементы скольжения 14 имеют минимальные зазоры между собой, достаточные для свободного осевого перемещения трубчатой траверсы и исключающие радиальные ее перемещения выше допустимых. Возможность осевого независимого перемещения трубчатой траверсы 10 и электродов розжига и контроля пламени 12 при наладке и одновременно герметизация внутреннего пространства скоростной газовой горелки от внешней атмосферной среды обеспечивается наличием сальниковых уплотняющих элементов 13.

Скоростная газовая горелка имеет хорошую доступность к ее элементам при необходимости проведения ремонтных работ. Для этого скоростная газовая горелка с фланцевой плитой 15 извлекается из проема в стене рабочей камеры нагревательного устройства, на котором она установлена.

Примером предлагаемой скоростной газовой горелки может служить ее исполнение, когда малый диаметр конфузорной части цилиндро-конического насадка равен 0,1 м, а скорость выхода газовоздушной смеси из насадка 110 м/с. Тепловая мощность такой горелки составляет 4 МВт.

Преимуществами предлагаемой скоростной газовой горелки являются:

- широкий диапазон единичной тепловой мощности и возможность работы с большой единичной тепловой мощностью;

- возможность перемещать в осевом направлении цилиндро-конический насадок и тем самым управлять положением истекающей из горелки газовоздушной струи и факела пламени в рабочей камере нагревательного устройства в процессе наладки и эксплуатации;

- высокая ремонтопригодность;

- повышенная надежность работы.

Claims

1. Скоростная газовая горелка, содержащая цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала, обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа, причем цилиндрический корпус, цилиндро-конический насадок и газовый канал имеют одну общую ось, отличающаяся тем, что газовый канал в поперечном сечении имеет кольцевую форму и оснащен глухими трубчатыми радиальными отводами с сопловыми отверстиями для выхода топливного газа, цилиндро-конический насадок своей частью свободно охватывает цилиндрический корпус и посредством связей жестко соединен с трубчатой траверсой, расположенной в центре скоростной газовой горелки с возможностью перемещения вдоль оси, в цилиндро-коническом насадке установлена турбулизирующая решетка.

2. Скоростная газовая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри трубчатой траверсы расположены электроды розжига и контроля пламени, имеющие возможность осевого перемещения.

3. Скоростная газовая горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что трубчатая траверса и электроды розжига и контроля пламени оснащены сальниковыми уплотнениями.