Пальниковий пристрій

Корисна модель відноситься до пристроїв для підготовки і спалювання багатокомпонентного газоподібного палива і може бути використана для опалювання промислових нагрівальних і термічних печей. Відомий двопровідний пальник для природного газу низького тиску типу ГНП [Гусовский В.Л., Лифшиц А.Е., Тымчак В.М. Сожигательные устройства нагревательных и термических печей. - М.: Металлургиздат, 1981. 272с.], який включає повітропідвідний корпус і коаксіально розташовану в ньому центральну газову трубу з наконечником, що містить завихрювач з боку потоку повітря і отвори для проходу газу. Відомий пальниковий пристрій не можна застосовувати для спалювання газоподібного палива з теплотою згорання нижче 16МДж/м3, а також він характеризується низькими межами регулювання теплової потужності і коефіцієнта витрати повітря, що складають відповідно 1:8 і 1,05-1,15. Вказані межі регулювання суттєво обмежують діапазон використання пальників. Зміну теплової потужності необхідно здійснювати поволі, щоб із-за інерційності системи автоматичного регулювання паливо-повітря пальниковий пристрій не вийшов з робочого режиму. Для підтримки низькотемпературного режиму печей зменшують витрату палива або відключають частину пальників. Крім того, параметри факела пальникового пристрою визначаються конструкцією наконечника, що не дозволяє управляти довжиною факела в процесі експлуатації печі. Найбільш близьким за сукупністю ознак до пристрою, що заявляється, є пальниковий пристрій [А.с. СССР №870856, МКИ F23D15/00. Опубл.07.10.81, Бюл.№ 37], який включає повітропідвідний корпус, завихрювачі, центральну газову трубу з наконечником, що містить радіальні отвори і розміщену перед останніми по ходу газу поперечну перегородку з отворами, розсікачі, установлені навпроти отворів в перегородці, сумарний прохідний перетин яких в 2-10 разів перевищує сумарний прохідний перетин радіальних отворів. У відомому пальнику паливо подається через центральну газову трубу. У наконечнику суцільний потік проходить через отвори в поперечній перегородці і розбивається на окремі струмені. На ділянці розкриття струменів виникає зона розрідження. Наявність розрідження забезпечує надходження в наконечник через радіальні отвори частини повітря з повітряного каналу пальника. Подача палива окремими струменями і наявність розсікачів на виході з наконечника забезпечують якісне змішування газу з первинним повітрям. Горіння частково підготовленої в наконечнику суміші здійснюється поза пальником в закрученому за допомогою завихрювачів потоці вторинного повітря. Двохстадійне змішування газу і повітря істотно розширює межі регулювання теплової потужності і коефіцієнта витрати повітря пальникового пристрою. Пальник стійко працює на коксовому і природному газах, а також їх сумішах з доменним газом незалежно від температурного стану печі. Діапазон регулювання теплової потужності складає 1:25, а коефіцієнта витрати повітря - 1:5. В той же час, пальниковий пристрій не забезпечує можливості управління довжиною факела, що приводить до виникнення нерівномірного температурного поля в робочому просторі печі і зниженню якості нагріву. В основу корисної моделі поставлено завдання розробки пальникового пристрою, в якому за рахунок введення нових конструктивних елементів, їх взаємного розташування і співвідношення геометричних розмірів забезпечується регулювання довжини факела. Для вирішення поставленого завдання в пальниковому пристрої, який включає повітропідвідний корпус, завихрювачі, центральну газову трубу з наконечником, в якому виконані радіальні отвори, на вході встановлена поперечна перфорована перегородка і на виході - розсікачі, відповідно до корисної моделі, поперечна перегородка має один осьовий отвір і встановлена з спроможністю подовжнього переміщення від радіальних отворів до вхідного перетину наконечника на відстань не більше 2,6 його внутрішнього діаметру. Крім того, співвідношення діаметру вихідного перетину осьового отвору поперечної перегородки і внутрішнього діаметру наконечника може складати 0,2-0,5. Крім того, перехід від вхідного перетину до вихідного перетину осьового отвору поперечної перегородки може бути виконаний у вигляді конфузора із закругленою по ходу газу поверхнею. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється малюнком, де на фіг. 1 представлений подовжній розріз пальникового пристрою. Пальниковий пристрій містить повітропідвідний корпус 1, завихрювачі 2 і центральну газову трубу 3, забезпечену наконечником 4, в якому виконані радіальні отвори 5 і встановлена поперечна перегородка 6 з одним осьовим отвором 7. Поперечна перегородка 6 встановлена в наконечнику 4 з спроможністю подовжнього переміщення від радіальних отворів 5 до вхідного перетину наконечника 4 на відстань не більше 2,6 його внутрішнього діаметру. Переміщення поперечної перегородки 6 здійснюється за допомогою штока 8. Пальник обладнаний розсікачами 9, встановленими на виході наконечника 4. Крім того, співвідношення діаметру вихідного перетину осьового отвору 7 поперечної перегородки 6 і внутрішнього діаметру наконечника 4 може складати 0,20,5. Крім того, перехід 10 від вхідного перетину до вихідного перетину осьового отвору 7 поперечної перегородки 6 може бути виконаний у вигляді конфузора із закругленою по ходу газу поверхнею. Пальниковий пристрій, що заявляється, працює таким чином. Газоподібне паливо через центральну газову трубу 3 подається в наконечник 4. За допомогою осьового отвору 7 в поперечній перегородці 6 суцільний газовий потік перетворюється в осьовий струмінь, на ділянці розкриття якого формується зона розрідження. З повітряного каналу, утвореного повітропідвідним корпусом 1 і наконечником 4, частина повітря через радіальні отвори 5, що знаходяться в зоні розрідження, надходить всередину наконечника 4, де перемішується з паливом. Розсікачі 9, об які ударяється потік палива і первинного повітря, інтенсифікують їх перемішування на виході з наконечника 4. Завихрювачі 2, встановлені у вихідній ділянці повітропідвідного корпусу 1, закручують потік вторинного повітря і інтенсифікують його перемішування із заздалегідь підготовленою сумішшю палива і первинного повітря. При зміні вимог до характеристик факела поперечна перегородка 6 за допомогою штока 8 переміщується уздовж осі наконечника 4. При цьому змінюються величина розрідження в місці розташування радіальних отворів 5 і кількість первинного повітря, що надходить в наконечник 4, чим забезпечується зміна довжини факела. Ефективне регулювання параметрів факела досягається при переміщенні поперечної перегородки 6 щодо радіальних отворів у напрямку до вхідного перетину наконечника на відстань не більше 2,6 його внутрішнього діаметру. Крім того, співвідношення діаметру вихідного перетину осьового отвору 7 поперечної перегородки 6 і внутрішнього діаметру наконечника 4, яке може складати 0,2-0,5, забезпечує стійку і стабільну роботу пальникового пристрою у всьому діапазоні зміни довжини факела. Крім того, перехід 10 від вхідного перетину до вихідного перетину осьового отвору 7 поперечної перегородки 6, який може бути виконаний у вигляді конфузора із закругленою по ходу газу поверхнею, створює умови для практично повної відсутності втрат енергії газового потоку при формуванні осьового струменя і досягнення максимально можливих значень розрідження в зоні розташування радіальних отворів 5 і витрати первинного повітря, що у свою чергу розширює діапазон регулювання довжини факела. Якщо потік газу надходить в наконечник з центральної газової труби через отвори в поперечній перфорованій перегородці, то він перетворюється останньою у сукупність дрібних струменів. Вони розкриваються в напрямі, перпендикулярному їх рухові, зливаються і, надалі, розповсюджуються суцільним потоком, обмеженим стінками наконечника. При розкритті окремого струменя утворюється область розрідження, параметри якої (розрідження, геометричні розміри) залежать від величини кінетичної енергії струменя. За інших рівних умов, збільшення початкового діаметру струменя за рахунок злиття окремих дрібних струменів в один загальний збільшує його кінетичну енергію і, відповідно, параметри області розрідження. Об'єднання дрібних газових струменів в один загальний осьовий струмінь утворюється за рахунок злиття окремих отворів поперечної перфорованої перегородки в один загальний осьовий отвір і перетворення її, тим самим, в сопло. Величина розрідження має максимальне значення на початковій ділянці струменя в безпосередній близькості від вихідного перетину сопла і поступово зменшується по ступеню його розкриття. Виконання переходу від вхідного перетину до вихідного перетину осьового отвору поперечної перегородки у вигляді конфузора із закругленою по ходу газу поверхнею забезпечує відсутність втрат енергії газового потоку при формуванні осьового струменя і досягнення, за інших рівних умов, максимально можливого розрідження. Кількість первинного повітря, що підсмоктується в наконечник з повітряного каналу пальника, визначається величиною розрідження в місці розташування радіальних отворів. Подовжнє переміщення поперечної перегородки щодо радіальних отворів у напрямку до вхідного перетину наконечника змінює розрідження в місці їх розташування, дозволяє управляти величиною витрати первинного повітря і, кінець кінцем, довжиною факела. У заявленому пальниковому пристрої граничне переміщення поперечної перегородки складає не більше 2,6 від внутрішнього діаметру наконечника. Заявлена величина переміщення визначена експериментально і є оптимальною, оскільки при цьому забезпечується підсмоктування первинного повітря з повітряного каналу пальникового пристрою і зміна параметрів факела. Збільшення цієї відстані понад заявленої межі приводить до виникнення в місці розташування радіальних отворів позитивного тиску, перетіканню газоподібного палива у повітропідвідний канал і виходу пальникового пристрою з робочого режиму. У заявленому пальниковому пристрої співвідношення діаметру вихідного перетину осьового отвору поперечної перегородки і внутрішнього діаметру наконечника може складати 0,2-0,5. Заявлене співвідношення визначене експериментально і є оптимальним, оскільки забезпечує стійку роботу пальникового пристрою у всьому діапазоні зміни довжини факела. При співвідношеннях вказаних діаметрів, що виходять за заявлені межі, погіршуються умови сумішоутворення, що приводить до зниження стабільності горіння і виходу пальникового пристрою з робочого режиму. Так, при співвідношенні вказаних діаметрів менше 0,2 спостерігається значне збільшення гідравлічного опору поперечної перегородки і порушення інжектуючого режиму витікання газового струменя, що приводить до істотного зменшення підсмоктуваного з повітряного каналу первинного повітря. Погіршення якості попереднього сумішоутворення в цьому випадку може привести до відриву факела і виходу пальникового пристрою з робочого режиму. При співвідношенні вказаних діаметрів більше 0,5 і малій тепловій потужності спостерігається значне зменшення швидкості газового струменя, що приводить до порушення інжектуючого режиму його витікання і утворення в місці розташування радіальних отворів позитивного тиску. Наявність позитивного тиску сприяє перетіканню газоподібного палива у повітропідвідний канал і виходу пальникового пристрою з робочого режиму. Таким чином, виконання пальникового пристрою, що заявляється, забезпечує створення оптимальних умов для зміни подачі первинного повітря і регулювання, тим самим, довжини факела.