SK1442004A3 - Spôsob regulácie hydraulického odporu horákov a zariadenie na jeho vykonanie - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa vzťahuje k technológii spaľovania plynu, a síce k systému prípravy homogénnej stechiometrickej zmesi plynu a vzduchu v horákových systémoch s úplným zmiešavaním do jej spaľovania, v komunálnej a priemyselnej tepelnej energetike a môže byť využitý v rôznych procesoch výmeny tepla, spojených s výrobou sekundárnych nositeľov energie.

Doterajší stav techniky

Známy je spôsob regulácie hydraulického odporu horákov s úplným zmiešavaním zmesí pred procesom horenia prostredníctvom ejekcie prúdu vzduchu na úkor energie plynu, prúdiaceho veľkou rýchlosťou z dýzy a disponujúceho veľkou zásobou kinetickej energie /A. A. Jonin: Zásobovanie plynom. Stojizdat. M., 1989, str. 318/.

Známy spôsob má ohraničenú zónu regulácie a sprevádzaný je narušením stability zóny horenia: odtrhnutie plameňa od krátera horáka alebo vťahovanie plameňa do zmiešavacej zóny horáka /Teplotechnika. Hlavný redaktor I.N. Suškin. „Metallurgia“., M., 1973., str. 235/. Z tohto dôvodu sa známe konštrukcie horákov, pracujúce známym spôsobom, dopĺňajú rôznymi stabilizátormi masívnej konštrukcie, majú obmedzený tepelný výkon, zvyčajne do 2 MW, vyznačujú sa značným šumom, zvlášť pri prevádzke v podmienkach zvýšeného tlaku.

Známy je plynový horák s úplným predbežným zmiešavaním zmesi, disponujúci vzduchovou komorou s konštantným priečnym prierezom, spojenou so sústavou prívodu vzduchu a prechodom do priestoru kotla za účelom prepustenia produktov horenia. Vzduchová komora má pevný vonkajší alebo vnútorný plynový kolektor, hermeticky spojený s radiálne inštalovanými trubkovými prvkami, opatrenými otvormi pre výstup plynu /UA P č. 56307.

Konštrukcia horákov takého typu zabezpečuje aerodynamické podmienky zmiešavania prúdov plynu a vzduchu s vytváraním homogénnej zmesi, avšak proces horenia zmesi so zvyšovaním efektivity prúdenia tepla na úkor zvýšenia sálavej zložky, je sprevádzaný zvyšovaním hydraulického odporu vzduchového traktu, čo na základe rovnice D. Bemoulliho pri analýze energetických strát pri prúdení zmesi v ohraničenom priestore s konštantným priečnym prierezom pri značnom zvýšení jej teploty /A.A. Skvorcov, A.D. Akimenko, M.J. Kuzelev. Ohrevné zariadenia. Vydavateľstvo „Vysšaja škola“. M., 1965, str.97/, vyžaduje konštrukčnú zmenu umiestnenia trúbkových prvkov vo vzduchovej komore, voľbu orientácie osí otvorov pre výstup plynu vo vzťahu k smeru prúdenia vzduchu a optimálny tvar otvoru horáka, zabezpečujúceho voľný vývoj plameňa v podmienkach zväčšujúceho sa objemu produktov horenia, a zodpovedajúco tomu, vedúceho k rozšíreniu sektora povrchu ohrevu výmenníkov tepla kotla, snímajúcich sálanie.

Skúšky 2 plynových horákov s jednotným tepelným výkonom do 6 MW, uskutočnené v podmienkach kotla KVGM-35/150 s využitím existujúcich vzduchových komôr s konštantným priečnym prierezom o priemere 345 mm, vybavených vonkajšími plynovými kolektormi doplnenými 2 radmi radiálne nainštalovaných trúbkových prvkov, opatrených otvormi pre výstup plynu, inštalovanými vo vnútri vzduchových komôr valcovitého tvaru vo vzdialenosti od vykurovacieho priestoru rovnajúcej sa priemeru vzduchovej komory, t.j. 345 mm, preukázali rast koeficientu tepelnej účinnosti o 7 až 10 % a viacnásobne sa zvýšil hydraulický odpor pri procese horenia homogénnej zmesi.

Ak v izotermických podmienkach hydraulický odpor činil 70 až 100 Pa, tak pri procese horenia od 400 do 670 Pa. Vysoká hodnota hydraulického odporu bola pri tom zaznamenaná u horáka s protiprúdnym procesom zmiešavania. Získaný výsledok je očividný a vysvetľovaný je tým, že podstatný vplyv na hydraulický odpor má intenzívnosť zmiešavania médií v procese horenia vo vzdialenosti 30 až 35 násobkov priemeru otvoru dýzy plynu, rovnajúcom sa 120 až 140 mm, s následným procesom horenia, zodpovedajúcemu kinetike chemických reakcií, s uvoľňovaním veľkého množstva tepla a s vyvinutím vysokých teplôt, ktoré vedú pri prúdení produktov horenia k výskytu „uzatváracieho“ aerodynamického efektu, skúmanie ktorého u horákov s úplným zmiešavaním zmesi pred horením nám nie je známe.

Uvedené súhrnné negatívne javy, vyskytujúce sa v procese spaľovania homogénnej zmesi v známych plynových horákoch, nedovoľujú optimalizovať procesy výmeny tepla a aerodynamiky pri spaľovaní plynu a dosiahnuť vysoké ekonomické ukazovatele výroby sekundárnych nositeľov energie.

Ako základ metódy zníženia hydraulického odporu známymi horákmi bola vytýčená úloha, konštrukčnými prvkami udržať alebo minimalizovať stratu energie pre prekonanie miestneho odporu, spojeného s procesom horenia a zmenou fyzikálneho stavu produktov horenia v porovnaní s izotermickými podmienkami, t.j., vylúčiť rast dynamického tlaku prúdu produktov horenia na ich výstupe z plynového horáka.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je spôsob regulácie hydraulického odporu horákov, zahŕňajúcich plynový horák s úplným zmiešaním zmesí pred horením, disponujúci vzduchovou komorou s konštantným priečnym prierezom, spojenou s prívodom vzduchu a difúzorom, vo vnútri ktorej je umiestnený vonkajší plynový kolektor s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami, opatrenými otvormi pre výstup plynu, s prúdením vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi, založený na procese zmiešavania v zóne spojenia vzduchovej komory 1.1 prostredníctvom difúzora 3 s prechodom do vykurovacieho priestoru kotla 4 a so zabezpečením voľného horenia zmesi v prechode do priestoru kotla pri stálosti dynamického tlaku prúdiaceho prúdu produktov horenia.

Podstatou vynálezu je tiež spôsob regulácie hydraulického odporu horákov, zahŕňajúcich plynový horák s úplným zmiešaním zmesí pred horením, disponujúci vzduchovou komorou s konštantným priečnym prierezom, spojenou s prívodom vzduchu a vykurovacím priestorom kotla, vo vnútri ktorej je axiálne umiestnený vnútorný plynový kolektor s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami, opatrenými otvormi pre výstup plynu, s prúdením vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi, pričom proces zmiešavania prebieha v zóne spojenia vzduchovej komory 1.1 s vykurovacím priestorom kotla 4 a so zabezpečením voľného horenia zmesi.

Podstatou vynálezu je zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov pozostávajúce zo vzduchovej časti I, zloženej zo vzduchovej komory 1.1 s konštantným priečnym prierezom, spojenej s prívodom vzduchu 1.2 a z plynovej časti 2 a difúzora 3, pričom vo vnútri vzduchovej komory 1.1 je umiestnený vonkajší plynový kolektor 2.1 s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami 2.1.1, opatrenými otvormi pre výstup plynu 2.1.2 s prívodom vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi. Plynová časť 2 je pohyblivo uložená a pozostáva z vonkajšieho plynového kolektora 2.1 , vyhotoveného v tvare valcovitého prstenca a z prívodu plynu 2.1.3.

Podstatou vynálezu je tiež zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov, pozostávajúce z plynovej časti , ktorá je pohyblivo uložená a a je opatrená vnútorným plynovým kolektorom 2.2, ktorý je vybavený trúbkovými prvkami 2.2.1 s otvormi pre výstup plynu 2.2.2 .

Obidve zariadenia na reguláciu hydraulického odporu horákov majú trúbkové prvky 2.1.1 a 2.2.1, ktoré majú valcovitý, stupňovitý alebo kužeľovitý tvar. Trúbkové prvky 2,1.1 a 2,2.1 musia zabezpečovať také rýchlosti prúdenia plynu v svojich kanáloch, pri ktorých nedochádza k ich prehriatiu a následnej deformácii a korózii.

Otvory pre výstup plynu 2.1.2 a 2.2.2 u trúbkových prvkov 2.1.1 a 2.2.1 majú priemer zaručujúci optimalizáciu procesu zmiešavania médií a ich osi sú orientované v smere prúdenia prúdu vzduchu.

Regulácia hydraulického odporu v navrhovaných plynových horákoch, disponujúcich vzduchovou časťou, vybavenou vzduchovou komorou a prívodom vzduchu, je riešená pohyblivo umiestnenou plynovou časťou, pozostávajúcou z vonkajšieho alebo vnútorného plynového kolektora s trúbkovými prvkami radiálno alebo radiálno-kruhového tvaru, opatrenými otvormi pre výstup plynu. Podľa vynálezu radiálny tvar trúbkových prvkov presúvajúceho sa plynového kolektora, je umiestnený v rovine spojenia vzduchovej komory a prechodu do priestoru kotla, s uhlom roztvorenia, zabezpečujúcim udržanie stálosti dynamického tlaku prúdiacich produktov horenia na úkor nárastu priečneho prierezu difúzora. Pokiaľ je riešený prechod do priestoru kotla difúzorom, alebo prechod je bez difúzora, otvory pre výtok plynu v trúbkových prvkoch sú orientované v smere prúdenia vzduchu.

Systém presúvania plynového kolektora umožňuje optimalizovať tepelný i aerodynamický režim procesu horenia homogénnej zmesi. Vonkajší plynový kolektor je vyhotovený v tvare valcovitého prstenca, k vnútornému plášťu ktorého sa hermeticky montujú trúbkové prvky s otvormi pre výstup plynu. Intenzita homogenizácie zmesi je zabezpečovaná minimalizovaním priemerov otvorov pre výstup plynu pri ich rovnomernom rozložení v priečnom priereze vzduchovej komory.

Pre odstránenie korózie a deformácie trúbkových prvkov je nevyhnutné zabrániť ich prehriatiu cez 500°C, čo je riešené rýchlosťou prúdenia plynu v plynových kanáloch.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr.l je znázornené zariadenie na reguláciu hydraulického odporu s vonkajším plynovým kolektorom, celkový pohľad; na obr. 2 je znázornené zariadenie na reguláciu hydraulického odporu s vnútorným plynovým kolektorom, celkový pohľad: obr. 3 - prierez AA, obr. 4 - prierez B-B, obr. 5 - prierez C-C.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu, znázornené na obr. 1, má vzduchovú časť 1, pozostávajúcu zo vzduchovej komory 1.1 a prívodu vzduchu L2, plynovú časť 2, umiestnenú vo vnútri vzduchovej komory 1.1, ktorá pozostáva z vonkajšieho plynového kolektora 2.1 a difuzor 3. Vonkajší plynový kolektor 2.1 je hermeticky spojený s trúbkovými prvkami 2.1.1, disponujúcimi otvormi pre výstup plynu 2.1.2 a prívodom plynu 2.1,3.

Zariadenie na spaľovanie plynu pracuje nasledovným spôsobom. Plyn z vonkajšieho plynového kolektora 2.1 cez otvory pre výstup plynu 2.1.2 trúbkových prvkov 2.1.1 postupuje do vzduchovej komory 1.1 a so vzduchom, privádzaným z prívodu vzduchu 1.2 vytvára homogénnu horľavú zmes, ktorá sa spaľuje v difuzore 3 .

Príklad 2

Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu, znázornené na obr. 2, má vzduchovú časť i , pozostávajúcu zo vzduchovej komory 1.1 a prívodu vzduchu L2, plynovú časť 2^ umiestnenú vo vnútri vzduchovej komory 1.1, ktorá pozostáva z vnútorného plynového kolektora 2.2, spájajúci sa s vykurovacím priestorom kotla 4. Vnútorný plynový kolektor 2.2 je hermeticky spojený s trúbkovými prvkami 2.2.1, disponujúcimi otvormi pre výstup plynu 2.2.2.

Zariadenie na spaľovanie plynu pracuje obdobným spôsobom ako v príklade 1. Plyn z pohyblivého vnútorného kolektora 2.2 cez otvory pre výstup plynu 2.2.2 trúbkových prvkov 2.2.1 postupuje do vzduchovej komory 1.1 a so vzduchom, privádzaným z prívodu vzduchu 1.2 vytvára homogénnu horľavú zmes, ktorá sa spaľuje vo vykurovacom priestore kotla 4.

Výber systému a konštrukčných parametrov premiestňovania plynových kolektorov 2A_ a 2.2, je určovaný podmienkami dosiahnutia cieľa - zníženia hydraulického odporu, závisí od geometrie plynových kolektorov 2.1 a 2.2 a vzduchových komôr 1.1, aerodynamických charakteristík tvarovaného prúdu zmesi a od existujúceho tlaku vzduchu. Rozmiestnenie trúbkových prvkov 2.1.1 a 2.2.1 v zóne spojenia vzduchovej komory s prechodom do priestoru kotla- priestorom horenia pri ostatných rovnakých podmienkach, určuje hodnotu hydraulických odporov aerodynamického „uzatváracieho“ efektu. Riadenie umiestnenia zóny zmiešavania vo vzduchovej komore umožňuje optimalizovať proces horenia a dodatočne zvýšiť vplyv sálavej zložky tepelnej energie na proces výmeny tepla.

Usmerňovanie prúdenia prúdov plynu, vystupujúcich z výstupných otvorov trúbkových prvkov v účinnosti s prúdom vzduchu umožňuje dodatočne využívať sily ejekcie prúdu plynu na zníženie energetických strát sústavy prívodu vzduchu. Otvory pre výstup plynu majú priemer, zaručujúci optimalizáciu zmiešavania médií. Tento priemer otvorov pre výstup plynu podľa vykonaných skúšok činí s výhodou 2,2 až 2,5 mm.

Konštrukčné parametre zariadenia, stanovené na základe výpočtov, tvar trúbkových prvkov, orientácia prúdov plynu pri zmiešavaní médií, ich rozmiestnenie vo vzduchovej komore, zabezpečujú jeho spoľahlivú prevádzku v širokom rozsahu aerodynamických charakteristík plynu a vzduchu pri spaľovaní homogénnej zmesi pri stechiometrickej rovnosti horľavej zmesi a zabezpečujú optimálne procesy výmeny tepla so zväčšením sektora povrchu ohrevu výmenníkov tepla kotla, snímajúcich sálanie.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob regulácie hydraulického odporu horákov, zahŕňajúci plynový horák s úplným zmiešaním zmesí pred horením, disponujúci vzduchovou komorou s konštantným priečnym prierezom, spojenou s prívodom vzduchu a difuzorom, vo vnútri ktorej je umiestnený vonkajší plynový kolektor s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami opatrenými otvormi pre výstup plynu, s prúdením vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi, vyznačujúci sa tým, že proces zmiešavania prebieha v zóne spojenia vzduchovej komory (1.1) prostredníctvom difuzora (3) s prechodom do vykurovacieho priestoru kotla (4) a so zabezpečením voľného horenia zmesi v prechode do priestoru kotla pri stálosti dynamického tlaku prúdiaceho prúdu produktov horenia.
2. 2. Spôsob regulácie hydraulického odporu horákov, zahŕňajúci plynový horák s úplným zmiešaním zmesí pred horením, disponujúci vzduchovou komorou s konštantným priečnym prierezom, spojenou s prívodom vzduchu a vykurovacím priestorom kotla, vo vnútri ktorej je axiálne umiestnený vnútorný plynový kolektor s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami, opatrenými otvormi pre výstup plynu, s prúdením vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi, vyznačujúci sa tým, že proces zmiešavania prebieha v zóne spojenia vzduchovej komory (1.1) s vykurovacím priestorom kotla (4) a so zabezpečením voľného horenia zmesi v prechode do priestoru kotla pri stálosti dynamického tlaku prúdiaceho prúdu produktov horenia.
3. 3. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa patentového nároku 1 pozostávajúce zo vzduchovej časti (1), zloženej zo vzduchovej komory (1.1) s konštantným priečnym prierezom, spojenej s prívodom vzduchu (1.2), z plynovej časti (2) a difuzora (3), vyznačujúce sa tým, že vo vnútri vzduchovej komory (1.1) je umiestnený vonkajší plynový kolektor (2.1) s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami (2.1.1), opatrenými otvormi pre výstup plynu (2.1.2), s prívodom vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi.
4. 4. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa patentového nároku 2 pozostávajúce zo vzduchovej časti (1), zloženej zo vzduchovej komory (1.1) s konštantným priečnym prierezom, spojenej s prívodom vzduchu (1.2) a z plynovej časti (2), vyznačujúce sa tým, že vo vnútri vzduchovej komory (1) je umiestnený vnútorný plynový kolektor (2.2) s radiálne nainštalovanými trúbkovými prvkami (2.2.1) , opatrenými otvormi pre výstup plynu (2.2.2), s prívodom vzduchu a plynu v stechiometrickej zhode s vytváraním homogénnej zmesi
5. 5. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 1 a 3, vyznačujúce sa tým, že plynová časť (2) je pohyblivo uložená a pozostáva z vonkajšieho plynového kolektora (2.1), vyhotoveného v tvare valcovitého prstenca a z prívodu plynu (2.1.3).
6. 6. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 2 a 4 vyznačujúce sa tým, že plynová časť (2) je pohyblivo uložená a pozostáva z vnútorného plynového kolektora (2.2), vybaveného trúbkovými prvkami (2.2.1) s otvormi pre výstup plynu (2.2.2).
7. 7. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 1 až 6 vyznačujúce sa tým ,že trúbkové prvky (2.1.1) a (2.2.1) majú valcovitý tvar.
8. 8. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým ,že trúbkové prvky (2.1.1) a (2.2.1) majú stupňovitý tvar.
9. 9. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým ,že trúbkové prvky (2.1.1) a (2.2.1) majú kužeľovitý tvar.
10. 10. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 3 až 9, vyznačujúce sa tým, že trúbkové prvky (2.1.1) a (2.2.1) musia zabezpečovať také rýchlosti prúdenia plynu v svojich kanáloch, pri ktorých nedochádza k ich prehriatiu a následnej deformácii a korózii.
11. 11. Zariadenie na reguláciu hydraulického odporu horákov podľa nárokov 3 až 10, vyznačujúce sa tým, že otvory pre výstup plynu (2.1.2) a (2.2.2) u trúbkových prvkov (2.1.1) a (2.2.1) majú priemer, zaručujúci optimalizáciu procesu zmiešavania médií, s výhodou od 2,2 do 2,5 mm a ich osi sú orientované v smere prúdenia prúdu vzduchu.