Теплоагрегат газоповітряний для одержування рівномірного газопотоку

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к агрегатам для получения теплоносителя путем сжигания газообразного топлива и смешивания продуктов с рециркуляционными газообразными продуктами м может быть использовано а сушильных установках. Известна газовая горелка (заявка Франции №2328922, МКИ F23D13/16 от 24.06.77), состоящая из трех соосно расположенных один в другом газовых и воздушных коллекторов, на выходе которых расположена поперечная перегородка, служащая в качестве стабилизатора горения и смесителя газов. Недостатком является то, что не обеспечивается получение равномерного выходного газопотока. Известна горелка (Заявка Великобритании №1501306, МКИ F23C7/00 от 15.03.78), состоящая из трех соосно расположенных один в другом коллекторов для подачи горючего газа, воздуха и вторичного рециркуляционного газа, сообщающаяся на выходе со стабилизатором-смесителем. Недостаток - неравномерность выходного газопотока. Известна газовая горелка для прямого обогрева промышленных сушил 1975, 14, №12, 469 - 503), принятая за прототип, содержащая корпус, воздушную распределительную камеру и две, расположенные одна за другой перфорированные соосными отверстиями пластины, которые выполняют функции предварительного смесителя топлива и окислителя; стабилизатора и интенсификатора горения и смесительного устройства для высокотемпературных продуктов сгорания и холодного теплоносителя, проходящему по периферийному кольцевому каналу, образованному между корпусом горелки и перфорированными пластинами. Такая горелка обеспечивает равномерное поле температур и скоростей потока сушильного агента после выхода его из горелки в рабочее пространство сушила, благодаря интенсивному и равномерному смешению потока продуктов сгорания и потока вторичного воздуха, поступающего из распределительной камеры горелки по периферийному кольцевому каналу, между корпусом горелки и перфорированными пластинами. Однако такое устройство имеет целый ряд недостатков: 1. Существенные ограничения по мощности и необходимость большого количества типоразмеров для перекрытия практически необходимого диапазона тепловых нагрузок; 2. Такая горелка работает по принципу предварительного смесеобразования топлива и окислителя, что является причиной повышенной эмиссии оксидов азота в продуктах сгорания, а также уменьшения диапазона рабочего регулирования; 3. Возможен проскок топлива в зазоре между перфорированными пластинами и периферийным кольцевым каналом, что является причиной (особенно при повышенных расходах газообразного топлива) существенного механического недожога 4. При эксплуатации теплоагрегата с данной горелкой в составе сушильных установок с уносом вяжущих частиц и материалов с рециркуляционными газами возможно "залипание" проходных сечений перфорированных пластин и, как следствие этого явления, выход теплоагрегата из строи и полный останов сушиле. Последний недостаток делает невозможным осуществить внешнюю рециркуляцию продуктов сгорания в теплогенереторе, что является причиной дополнительного (на 30%) повышения расходов топлива и снижения эффективности его использования. Отмеченные недостатки (кроме последнего) устраняются в известных горелках струйного типа, разработанных Киевским политехническим институтом и нашедших широкое применение в промышленности (В.А. Христич, Г.Н Любчик. Газогорелочные устройства для сжигания газа при высоких и переменных избытках воздуха. - М.: ВНИИЗГАЗПРОМ, 1978). В этих струйных горелках диффузионного типа используется прием организации сжигания топлива, рационально совмещающий процессы смесеобразования, стабилизации пламени, выгорания топлива, охлаждения элементов конструкции и снижения токсичности продуктов сгорания. В стуйных горелках достигается 2 - х - 3 - х кратное снижение концентраций оксидов азота основного токсичного компонента продуктов сгорания углеводородных топлив. Однако в связи с тем, что основным елементом струйных горелок является перфорированный конус. или пластина-стабилизатор, через мелкие отверстия перфорации которых в зону горения подается воздух, с их применением в составе сушильных установок проблема "залипания" проходных сечений горелки по воздуху усугубляется. Кроме того, теплоноситель за такой горелкой имеет достаточно высокую неоднородность как по температуре, так и по скорости. Задачей изобретения является создание теплоагрегата с использованием струйных горелок для получения равномерного, регулируемого в широком диапазоне по температуре, скорости и тепловой мощности газопотока, со сниженной эмиссией в продуктах сгорания, повышенной энергетической эффективностью и высокой эксплуатационной надежностью. Указанная задача достигается тем, что в теплоагрегат, содержащий наружный корпус, газовый коллектор и газовые горелки струйного типа, корпус смесителя и смесительное устройство, имеет дополнительный перфорированный воздушный коллектор, установленный перед струйными горелками по всей их длине и вместе с кожухом, примыкающим к воздушному коллектору и струйным горелкам, образует замкнутую воздушную камеру для распределенной подачи чистого воздуха в горелку, а непосредственно за горелками на расстоянии 2 - 3 калибра их ширины в корпусе смесителя расположено смесительное устройство, выполненное в виде изогнутой полой перегородки, образованной двумя разделенными ребрами стенками с рядами расположенных в шахматном порядке сквозных соосных отверстий разного диаметра, встроенных в отверстия внутренней стенки цилиндрических патрубков, которые проходят сквозь отверстия наружной стенки и образуют с ними кольцевые каналы, сообщающиеся с внутренней полостью смесителя. Технический результат достигается тем, что реализуется разделение технологического газопотока и воздуха, поступающего в горелки (что обеспечивает высокую эксплуатационную надежность особенно при наличии вяжущих веществ в технологическом газопотоке), а также образованием в смесителе газоходных каналов с разнотемпературными газопотоками (что обеспечивает их интенсивное перемещение и образование равномерного по температуре и скоростям технологического газопотока). Существенность признаков изобретения подтверждается тем, что из патентной литературы авторам не известно выполнение теплогенератора с дополнительным перфорированным воздушным коллектором. Во всех известных технических решениях авторами не выявлено расположения смесительного устройства за горелками в виде изогнутой полой перегородки, образованной двумя разделенными ребрами стенками с рядами расположенных в шахматном порядке сквозных соосных отверстий разного диаметра, встроенных в отверстия внутренней стенки цилиндрических патрубков, которые проходят сквозь отверстия наружной стенки и образуют с ними кольцевые каналы, сообщающиеся с внутренней полостью смесителя. На основании изложенного можно считать все отличительные признаки существенными. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид теплогенератора в разрезе по продольной оси, а на фиг.2 вид А на смеситель. Теплоагрегат содержит наружный корпус 1, воздушный 2 и газовый 3 коллекторы, газовые горелки струйного типа 4, корпус смесителя 5 и смесительное устройство 6, кожух 7. Перфорированный воздушный коллектор 2 установлен перед струйными горелками 4 по всей их длине и вместе с кожухом 7 образует замкнутую воздушную камеру 8 для распределенной подачи чистого воздуха в горелки, Смесительное устройство 6 расположено в отдельном корпусе 5 непосредственно за горелками в конце зоны горелки 9 на расстоянии 2 - 3 калибра их ширины и по периферии сообщаются с газоходом 10 теплогенератора. Смесительное устройство б выполнено в виде изогнутой полой перегородки, которая образуется двумя разделенными ребрами 11 стенками 12. Каждая стенка имеет ряды сквозных соосных отверстий 13 разного диаметра, которые расположены в шахматном порядке. В отверстия внутренней стенки смесителя со стороны зоны горения встроены цилиндрические патрубки 14, которые проходят сквозь отверстия наружной стенки и образуют с ними кольцевые каналы 15, сообщающиеся с щелевыми каналами смесителя (16). Теплоагрегат работает следующим образом. Во внутреннюю полость корпуса агрегата подводится технологический поток газов, который рециркулирует между сушильной камерой (или другим устройством) и теплоагрегатом. С помощью коллекторов 2 и 3 на горелки струйного типа 4 подается чистый воздух и горючий газ, которые в процессе горения преобразуются в высокотемпературный газолоток. Высокотемпературный газопоток, минуя зону горения 9, подается к смесительному устройству б, где он дробится на отдельные струи, проходя через цилиндрические патрубки 14, которые вставлены в отверстия 13 внутренней стенки смесительного устройства. Одновременно рециркуляционный технологический газопоток поступает по газоходу 10 и щелевому каналу 16 во внутреннюю полость смесительного устройства 6 и выходит из нее через кольцевые каналы 15, которые образуются отверстиями в наружной стенке смесительного устройства 6 и цилиндрическими патрубками 14. Каждая такая пара (отверстие-патрубок) образует смесительный элемент в виде так называемой коаксиальной струи, а совокупность таких элементов, расположенных в шахматном порядке, образует систему коаксиальных струй, равномерно распределенных по сечению газопотока. При атом горячие струи движутся внутри цилиндрических патрубков 14, а холодные - по кольцевым каналам 15. Выходящие из цилиндрических патрубков 14 и кольцевых каналов 15 разноскоростные и разнотемпературные коаксиальные струи интенсивно перемешиваются и на выходе из теплогенератора образуется однородный газопоток с требуемыми для технологических нужд температурой и скоростью. В теплогенераторе последовательно реализуется принцип раздельной подами газопотоков, благодаря чему достигаются существенные эффекты по улучшению его характеристик и эксплуатационных показателей. Так, применение раздельной подачи рециркулирующего технологического газопотока и чистого воздуха создает условия для обеспечения рециркуляции технологических газов даже при наличии в них вяжущих веществ. В этом случае повышается надежность работы установки (устраняется "залипание" проходных сечений горелок вяжущими веществами), а возможность рециркуляции технологических газов способствует существенной экономии топлива. В зависимости от степени рециркуляции эта экономия может достигать от 10% до 30%. Примененный в смесительном устройстве раздельный подвод технологических газов и продуктов сгорания обеспечивает охлаждение смесительного устройства, а организация течения этих раздельных потоков а виде системы коаксиальных струй небольшого диаметра обеспечивает интенсивное перемешивание низко- и высокотемпературных газопотоков, что способствует созданию однородного, регулируемого по температуре и скорости газопотока непосредственно на выходе из теплоагрегата. Проведенные испытания модели смесительного устройства подтверждают получение такого аффекта. Так, при отсутствии предлагаемого смесительного устройства неравномерность температурного поля может превышать 30%, при наличии этого устройства неравномерность снижается до 4%. Использование изобретения не только увеличивает надежность и эффективность теплоагрегата, но позволяет упростить смежное технологическое оборудование и повысить эффективность и долговечность его эксплуатации. При наличии в технологических газах токсичных веществ в огневой зоне теплогенератора и в самом смесительном устройстве достигается их термическая нейтрализация, что благоприятствует улучшению санитарной обстановки в окружающей среде.