Пальний пристрій

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в черной и цветной металлургии для отопления нагревательных и термических печей. Известна газовая горелка [Авт.св. СССР №1599620, кл. F 23 D 14/70,1988], содержащая воздухоподающий корпус, установленную на оси корпуса заглушённую с выходного торца газовую тр убу с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности и коаксиально размещенный насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения и который на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной своим большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры, а меньшим - плотно скрепленный с боковой стенкой газовой трубы, причем камера подключена к полости корпуса при помощи отверстий, выполненных в обечайке, оси которых наклонены к оси камеры. Признаки, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения: воздухоподающий корпус, установленная на оси корпуса газовая труба с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности, насадок (наконечник), в полости которого выполнена камера предварительного смешения. Наличие множества мелких отверстий на пути движения газа создает дополнительное сопротивление и приводит к их зарастанию при использовании искусственных и запыленных газов, содержащих высокомолекулярные углеводородные соединения, что приводит к снижению эксплуатационной стойкости горелки. Наиболее близкой к заявляемому по технической сущности является газовая горелка [ABT.cв. СССР №870856, кл. F 23 D 14/20, 1980], содержащая воздухоподводящий корпус с завихрителями на выходе основного воздушного канала, центральную газовую, тр убу, снабженную выходным соплом, внутренняя полость которого образует камеру предварительного смешения, радиальными отверстиями и размещенной перед последними по ходу газа поперечной перегородкой с отверстиями, оси которых расположены в радиальных плоскостях через продольную ось трубы при этом она снабжена рассекателями, установленными в выполненном аксиально сопле трубы, напротив отверстий в перегородке, суммарное проходное сечение которых в 2-10 раз превышает суммарное проходное сечение радиальных отверстий, расположенных со смещением, относительно радиальных плоскостей, проведенных через оси отверстий перегородки. Признаки, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: воздухоподводящий корпус с завихрителями на выходе основного воздушного канала, центральная газовая труба с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженная рассекателями. Как показала практика, наличие множества мелких отверстий в перфорированной перегородке, расположенной по пути движения газа на входе в камеру предварительного смешения, при равных диаметрах газовой трубы и камеры предварительного смешения, создает дополнительное местное сопротивление, что приводит к их зарастанию при использовании искусственных и запыленных газов, содержащих высокомолекулярные углеводородные соединения, кроме того, не позволяет достичь необходимых пределов регулирования по коэффициенту расхода воздуха и тепловой мощности, что снижает эксплуатационную надежность и экономичность горения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать горелочное устройство путем изменения конструкции наконечника таким образом, чтобы исключить дополнительное сопротивление на пути движения газа и обеспечить стабильное разрежение в камере предварительного смешения в районе воздушных каналов и за счет этого расширить диапазон регулирования, повысить эксплуатационную надежность и экономичность горелки. Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем воздухопроводящий корпус с завихрителями на выходе основного воздушного канала и центральную газовую тр убу с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженной рассекателями, согласно изобретению, центральная газовая труба на выходном конце снабжена цилиндрическим наконечником с отношением их вн утренних диаметров 0,3-0,6, имеющим обтекатель с плавным переходом со стороны основного воздушного канала и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные каналы расположены на участке внезапного расширения. Входные воздушные каналы могут быть расположены или в обтекателе, или радиально в стенке наконечника, или и там, и там. Наличие наконечника на конце газовой трубы, с внутренним диаметром значительно превышающим внутренний диаметр газовой трубы, исключает дополнительное сопротивление, которое оказывает перфорированная перегородка на пути движения газа. На участке внезапного расширения в районе раскрытия газовой струи создается зона устойчивого разрежения. Расположение входных воздушных каналов на этом участке обеспечивает подсос необходимого количества воздуха для качественного предварительного смешения с топливом. При измерении количества подаваемого газа изменяется величина разрежения на участке внезапного расширения, тем самым автоматически изменяя количество воздуха, подсасываемого в камеру предварительного смешения. Следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования на коэффициенту расхода воздуха и тепловой мощности. Наличие плавного обтекателя со стороны основного воздушного канала обеспечивает уменьшение сопротивления на переходном участке между газовой трубой и наконечником, диаметр которого значительно превышает диаметр газовой трубы. Отсутствие множества мелких отверстий на пути движения газа не приводит к их зарастанию при использовании искусственных и запыленных газов, содержащих высокомолекулярные углеводородные соединения, что исключает остановку горелочного устройства для их очистки, повышая тем самым эксплуатационную надежность и экономичность. Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез горелочного устройства. В воздухоподводящем корпусе 1, внутренняя полость которого образует основной воздушный канал с завихрителями 2 на его выходе, расположена центральная газовая труба 3 с внутренним диаметром dг.тр.., снабженная на выходном конце цилиндрическим наконечником 4 с внутренним диаметром d H., при этом отношение dг.тр./dH=(0,3-0,6). Наконечник 4 имеет плавный обтекатель 5 со стороны основного воздушного канала и участок внезапного расширения со стороны газового канала. Входные воздушные каналы 6, выполненные в форме радиальных отверстий в стенке цилиндрического наконечника 4, и (или) наклонные воздушные каналы 7 расположены на участке внезапного расширения. Рассекатели 8 установлены на выходе камеры предварительного смешения 9, которая образована внутренней полостью цилиндрического наконечника 4. Горелочное устройство работает следующим образом. По центральной газовой трубе 3 подается газ, по основному воздушному каналу корпуса 1 - воздух. На участке внезапного расширения вследствие резкого падения скорости потока его кинематическая энергия переходит в потенциальную энергию давления. На этом участке движение в струе происходит за счет сил энергии. Однако, на краях стр уи, где скорости малы, силы инерции оказываются недостаточными для преодоления давления. В результате часть потока разворачивается и движется в направлении, обратном основному направлению течения. Именно эта часть потока и подсасывается в струю в качестве окружающей среды в области, прилегающей к участку внезапного расширения. Таким образом, поток газа в ограниченной струе оказывается окруженным тороидальной циркуляционной зоной, в которой частицы движутся по замкнутым траекториям. На выходе из газовой трубы 3 избыточное давление, под действием которого происходит истечение струи газа, резко падает и переходит в разрежение. Таким образом, в ограниченной внутренними стенками наконечника 4 струе на подсос окружающей среды расходуется не только кинетическая энергия, но частично и потенциальная энергия давления. Расположение входных воздушных каналов б и 7 в зоне устойчивого разрежения обеспечивает подсос необходимого количества воздуха для качественного смешения с топливом. При изменении количества подаваемого газа изменяется величина разрежения на участке внезапного расширения, тем самым автоматически изменяя количество воздуха, подаваемого в камеру предварительного смешения 9 цилиндрического наконечника 4, что исключает нестабильную работу горелочного устройства в различных тепловых режимах и значительно расширяет пределы регулирования по тепловой мощности и коэффициенту расхода воздуха. Завихрители 2, центрирующие наконечник, одновременно с рассекателями 8, установленными на пути воздуха и газовоздушной смеси дополнительно улучшают предварительное смесеобразование. При этом достигаются оптимальные условия для процесса смесеобразования и существенно расширяются пределы регулирования, благодаря чему горелка позволяет реализовать практически любой тепловой режим, что увеличивает ее экономичность. При выборе оптимального соотношения внутренних диаметров центральной газовой трубы 3 и камеры предварительного смешения 9 исходили из теоретических предпосылок уравнения Бернулли для создания разрежения при истечении газовой струи с целью подсоса необходимого количества первичного воздуха. Исследованиями установлено, что стабильная работа горелочного устройства обеспечивается при коэффициенте расхода первичного воздуха для предварительного смешения «пере. ** 0,2-0,3. Этот коэффициент достигается при соотношении диаметров не более 0,6. Дальнейшее сближение диаметров не позволяет реализовать инжектирующий режим истечения и обеспечить наличие развитой зоны разрежения у корня газовой струи. При соотношении диаметров менее 0,3 наблюдается значительное увеличение гидравлического сопротивления участка внезапного расширения, что ведет к энергетическим потерям предварительного перемешивания или требует создания повышенного давления газа и воздуха перед горелкой. Угол наклона входных воздушны х каналов 7 к оси горелки в районе участке внезапного расширения выбирается в зависимости от теплотворной способности топлива. При горении природного газа стехиометрическое сопротивление "газ-воздух" составляет примерно 1:10, т.е. для обеспечения a перв. = 0,2-0,3 малым количеством газа требуется подсосать большое количество воздуха. Для этого случая рекомендуется соосное расположение каналов, чтобы уменьшить коэффициенты сопротивления при движении воздуха и увеличить и х пропускную способность. Другой предельный случай - горение доменного газа, когда.стехиометрическое соотношение 1:4, т.е. ' энергии газовой струи вполне достаточно для того, чтобы просасывать воздух в необходимых для первичного смещения количествах через радиальные воздушные каналы 6 в стенке наконечника 4. В то же время наличие наклонных каналов 7 в этом случае повышает количество первичного воздуха вследствие меньших коэффициентов сопротивления и увеличивает возможность отрыва пламени при малых расходах газа, т.е. снижает стабильность работы горелки. Для остальных вариантов газовых смесей рекомендуется угол наклона воздушных каналов 7 к оси горелки от 0 до 90° в зависимости от теплотворной способности и, соответственно, количества воздуха для предварительного смешения. В случае применения пропан-бутановой смеси возможно одновременное размещение радиальных 6 и наклонных 7 каналов для увеличения количества первичного воздуха, так как в этом случае сте хиометрическое соотношение "газ-воздух" достигает 1:25. Горелочное устройство может применяться в различных модификациях в зависимости от расположения входных воздушных каналов б и 7. На камерных печах термического цеха завода ДСС опробована горелка, входные воздушные каналы которой размещены радиально на участке внезапного расширения, т.е. реализован случай, при котором гидравлическое сопротивление на пути движения первичного воздуха максимально. В действующей конструкции отношение внутреннего диаметра центральной газовой трубы к внутреннему диаметру наконечника составляет 0,46. Печи отапливаются коксо-доменной смесью с теплотворной способностью 6,7 МДж/м. Максимальные расходы газа 800 м 3/ч, воздуха 1250 м 3/ч. Эксперимент представляет собой 5-кратное повторение ступенчатого изменения расхода газа от 800 до 50 м 3/ч с шагом 50 м 3/ч при постоянном расходе воздуха 1250 м /ч. Испытание в реальных условиях зафиксировали стабильную работу горелки при соотношении "газ-воздух" 1:25. Затем были проведены исследования стехиометрического сжигания топлива в данной горелке. Предел регулирования по расходу газа при стехиометрическом соотношении "газ-воздух" составил 1:40, что значительно расширяет пределы регулирования тепловой мощности горелочного устройства (7,44-297,78 кВт). Ни одно из описанных топливосжигающих устройств не обеспечивает таких параметров. Благодаря высокой устойчивости горения (соотношение "газ-воздух" достигает 1:25), заявляемое горелочное устройство работает стабильно и не нуждается в ззпальных устройствах и средства х контроля факела. Нет необходимости периодической чистки горелок вследствие зарастания высокомолекулярными углеводородными соединениями. Кроме того, расширенные пределы регулирования и возможность реализовать практически любой тепловой режим позволяют эффективно использовать перспективные разработки средств автоматизации и внедрение современных режимов отопления.