Газовий пальник

Изобретение относится к горелкам для сжигания газа с раздельными каналами для подачи топлива и воздуха. Горелка может быть использована для отопления и оснащения пламенных печей в стекловаренном и литейном производстве. Для эффективного сжигания топлива в частности газа важно разработать горелки, которые могут выполнить многочисленные требования надежной и экономичной работы энергетических агрегатов. Горелки такого типа должны допускать регулирование длины факела (от узкого и длинного до широкого и короткого и наоборот) и тепловой мощности в весьма широких пределах (в 5...7 раз), что необходимо для оптимизации усвоения тепла нагреваемым и расплавляемым материалом (стеклом - или металлошихтой и расплавами стекла или металла) на различных стадиях процесса. Так, обычно на начальных стадиях, когда ванна заполнена рыхлой или кусковой твердой шихтой используют острые длинные факелы с высокой тепловой мощностью, способные проплавлять каналы в шихте и интенсивно подплавлять ее, и на заключительной стадии (при доводке уже полученного расплава до температуры, необходимой при формировании стекла или заливки литейных форм) используют широкие или короткие светящиеся факелы. При этом возникает необходимость повышения устойчивости факела во всем диапазоне регулирования длины факела и тепловой мощности горелки. Эта задача - по имеющимся у нас данным - не решена в достаточной степени до сих пор. Известна горелка (авт.св. №1626041 А1, кл. F 23 С 11/00, 1981), которая содержит корпус и соосно примыкающую к нему камеру сгорания. Корпус горелки снабжен патрубком для ввода воздуха, который на выходе из патрубка разделяется на первичный и вторичный потоки. Внутри газовой трубы аксиально расположена труба для подачи вторичного воздуха, вы ходной патрубок трубы, имеет открытый конец, который входит в камеру сгорания. Входной конец трубы входит в воздушный патрубок. На входном конце трубы установлен регулирующий дроссель, через который вводят вторичный воздух. В камере сгорания осуществляют устойчивое сжигание первичной смеси и дожигание продуктов неполного сгорания вторичным воздухом. Известная горелка не решает задачу обеспечения необходимой длины факела при регулировании тепловой мощности горелки, так как сжигание газа в камере сгорания стабилизирует длину факела на выходе из нее. Известна газовая горелка (авт.св. №558132, кл. F 23 D 13/00, 1977), которая содержит корпус, цилиндрическое сопло, кольцевое сопло, снабженное лопастным завихрителем, перед цилиндрическим и кольцевым соплами расположен дроссель, выполненный в форме двух конусов с общим основанием и установленный с возможностью аксиального перемещения, а перед соплом по ходу газа установлена диафрагма. Газоподводящая труба оснащена наконечником с отверстиями для подачи газа и штоком, на котором закреплен дроссель с длиной штока, равной пути перемещения дросселя с крайне левого в крайне правое положение. Задачи устойчивого сжигания топлива при широком изменении нагрузки не достигается, так как горелка не обеспечивает устойчивый факел при скоростном режиме работы, т.е. при скорости воздуха более 30 м/с. Известна газовая горелка (прототип) (авт.св. №781501, кл. F 23 D 15/00, 1980), которая содержит полый цилиндрический корпус с патрубком для подачи воздуха в выходном цилиндрическом участке (выходном насадке) корпуса установлена обечайка - делитель воздуха на два потока, делящая полость корпуса на кольцевое и центральное сопло. В кольцевом сопле размещен завихритель. Центральное сопло снабжено регулятором соотношения потока воздуха - дросселем и конфузорным насадком, расположенным в полости сопла, и соединенным с механизмом возвратно-поступательного перемещения штоком. Дроссель (конфузорный насадок) выполнен в виде входного и выходного усеченных конусов с общим основанием. По оси корпуса установлена газовая труба, связанная также с другим механизмом (приводом) возвратно-поступательного перемещения. Газовая труба проходит через дроссель, на выходном конце газовой трубы размещен сопловой аппарат (сопловая вставка) с центральным отверстием (конфузорным соплом) конфузорно-цилиндрического профиля. Горелка обеспечивает получение длинного пламени, однако не обеспечивает надежную работу при необходимости получения короткого пламени из-за обгорания ее соплового аппарата под действием рециркулирующи х в корневую зону продуктов сгорания. Горелка не обеспечивает устойчивость факела. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования горелки, в которой в результате изменения формы элементы делителя и его расположения относительно других деталей, обеспечивается повышение устойчивости факела, расширяется диапазон регулирования длины факела и тепловой мощности горелки и за счет этого расширяется диапазон использования горелки в пламенных энергетических установках и новых те хнологиях. Поставленная задача решена тем, что в горелке для сжигания газового топлива, содержащей полый цилиндрический корпус с патрубком для подачи воздуха и выходным цилиндрическим насадком и диффузорным соплом, соприкасающимся одним концом с торцом выходного цилиндрического насадка, в средней части которого размещено плохо обтекаемое тело-диск, газовую тр убку, установленную концентрично корпусу связанную с приводом возвратно-поступательного механизма и снабженную на выходном конце сопловой вставкой с центральным конфузорным соплом, концентрично корпусу и газовой трубе расположенный элемент-делитель воздуха на два потока, а также конфузорный насадок, согласно изобретению, конфузорный насадок закреплен на выходной части газовой трубы и на сопловой вставке, в которой под углом к оси горелки расположены периферийные газовые сопла, а элемент-делитель воздуха выполнен в виде искривленной трубы, расположенной коаксиально внутри газовой трубы с выполненным против патрубка для подачи воздуха окном, в котором закреплен входной конец трубчатого элементаделителя воздуха, а вы ходной его конец соединен с выходным торцом центрального конфузорного сопла, при этом выходные торцы сопловой вставки и конфузорного насадка расположены в одной вертикальной плоскости. На чертеже представлена газовая горелка. Газовая горелка включает полый цилиндрический корпус 1 с патрубком для подачи воздуха 2 и выходным цилиндрическим насадком 3, расположенным на выходном конце корпуса и соединенным с корпусом коническим переходником 4, диффузорным соплом 5, соприкасающимся одним концом с торцом выходного цилиндрического насадка 3, в средней части которого размещено обтекаемое тело-диск 6, при помощи стержней 7. В корпусе, концентрично ему, расположена газовая труба 8, которая герметично соединена с выходным торцом корпуса посредством закрепленного на выходной части газовой трубы фланца-ступицы 9. На выходном конце газовой трубы расположен входной штуцер 10, и на входном конце сопловая вставка 11 с центральным конфузорным соплом 12 и периферийными газовыми соплами 13. На выходной части газовой трубы 8 и наружной поверхности сопловой вставки 11 жестко закреплен конфузорный насадок 14, выполненный в виде двувходного и вы ходного усеченных конусов с общим основанием. Внутри газовой трубы, в вы ходном ее конце в виде искривленной трубы коаксиально расположен элемент-делитель воздуха 15. В газовой трубе 8 напротив патрубка 2 для подачи воздуха выполнено окно 16, в каждом закреплен входной конец элемента-делителя 15, а выходной конец 17 элемента-делителя воздуха соединен с входным торцом центрального конфузорного сопла 12. Выходные трубы сопловой вставки 11 и конфузорного насадка 14 расположены в одной вертикальной плоскости. Оси периферийных газовых сопел 13, образующая боковой поверхности центрального конфузорного сопла 12 сопловой вставки 11 и образующая боковой поверхности входного конуса конфузорного насадка 14 параллельны между собой и расположены под углом 15-20° к оси горелки. Между входным штуцером 10 и фланцем-ступицей 9 газовой трубы 8 размещен привод возвратнопоступательного механизма газовой трубы, основным элементом которого является расположенный параллельно газовой трубе регулир ующий винт 18 и ось-ухо 10 одним концом регулирующий винт 18 закрепленный в оси-ухе 19, а другим при помощи резьбы в ступице-фланце 9. В свою очередь, ось-ухо 19 закреплена на газовой трубе при помощи сьемной газоплотной трубки 20. Для перемещения вручную регулирующий винт снабжен рукояткой 21, а для ограничения хода движения гайками-ограничителями 22 и 23. Горелка работает следующим образом. Через патрубок 2 воздух подают в корпус 1 горелки, где он разделяется на два потока, один из которых первичный воздух, а второй - вторичный воздух. Первичный воздух по кольцевому каналу между корпусом 1 и газовой трубой 8, и далее между корпусом 1 и конфузорным насадком 14 поступает в цилиндрический насадок 3 корпуса, далее в конфузорное сопло 5 и наконец, после выхода с горелки в периферийную зону факела. Вторичный воздух через окно 16, элемент-делитель 15 и центральное конфузорное сопло 12 поступает также в цилиндрический насадок 3 корпуса 1, потом в полость конфузорного сопла 5 и после выхода из горелки в центральную зону факела. Через штуцер 10 и газовую трубу 8 в горелку подают газ, который по кольцевому каналу между внутренней поверхностью газовой трубы и наружной поверхностью элемента-делителя 15 поступает в периферийные газовые сопла 13 и далее в зону цилиндрического насадка между первичным и вторичным потоками воздуха. При этом образуется смесь газа с воздухом, которая перемешивается в конфузорном сопле и сгорает в факеле за цилиндрическим насадком. Наличие плохо обтекаемого тела 6 позволяет обеспечить дополнительную стабилизацию горения топлива. При использовании горелки в технологиях, где необходимо изменение длины факела, длина факела изменяется путем перемещения вдоль оси горелки газовой трубы 8. Ме ханизм перемещения работает следующим образом. Рукояткой 21 перемещают регулирующий винт 18 в резьбовом отверстии фланцаступицы 9. Посредством оси-уха 19, соединенного с газовой трубой, газовую трубу перемещают вместе с регулирующим винтом. Наличие ограничителей 22, 23 позволяет перемещать газовую трубу на заранее определенное расстояние L, выбранное авторами на основании экспериментов, исходя из соотношения где нуль - соответствуе т совпадению вертикальных плоскостей выходных торцов конфузорного насадка 14, центрального конфузорного сопла 12, с плоскостью выходного торца цилиндрического насадка 3. При таком положении газовой трубы в горелку поступает максимальное количество первичного воздуха, обеспечивая отношение расходов первичного и вторичного воздуха, равное 5,0. Суммарный коэффициент избытка воздуха равен 1,05. Отношение скоростей первичного и вторичного воздуха равно 1. Работая в таком режиме, горелка обеспечивает наибольшую длину факела, при этом тепловую мощность горелки можно изменять в 7 раз; D - максимальный диаметр конфузорного насадка 8; d - минимальный диаметр входной части конфузорного участка расстояние, на которое разнесены ограничители 22,23 и перемещаясь на которое конфузорный насадок 14 обеспечивает отношение расходов первичного и вторичного воздуха равное 1, суммарный коэффициент избытка воздуха Работая в таком режиме, горелка обеспечивает наименьшую длину факела, и тепловую мощность горелки можно изменять в 7 раз. Испытание горелки проводили на огневом стенде Каменского опытного завода ВНПО "Союзпромгаз". Стенд представлял собой футерованную огнеупорным кирпичом камеру сгорания сечением 600x850мм и длиной 3000 мм. Горелки устанавливали во входном торце камеры, и в выходном торце камеры производили отвод продуктов сгорания в вентиляционную систему. По длине камеры, на ее боковой поверхности, чертеж 100 мм размещены окна для забора проб продуктов сгорания, анализ которых позволяет определить такой важный параметр факела, как длина. При подаче газа и воздуха к горелкам производили замеры их расходов и давлений. Изменение расходов первичного и вторичного воздуха производили расчетным путем, на основании замеров величины перемещений конфузорного насадка горелок. Испытывали горелки на различных тепловых режимах на устойчивость горения, определяемую визуально через окна для отбора проб. Изменяли в ходе испытаний углы наклона осей газовых сопел, образующих конфузорного сопла, конфузорного насадка к продольной оси горелки. Проведены серии опытов, результаты которых представлены в табл.1,2. Замеряли и анализировали следующие параметры горелки и факелы горелки: расход газа, Vг, м 3/4; расход воздуха, Vв, м 3/4; расход первичного воздуха, Vв1 , м 3/4; расход вторичного воздуха, Vв2 , м 3/4; отношение расходов первичного и вторичного воздуха, - угол наклона осей газовых сопел, образующи х боковых поверхностей конфузорного сопла, конфузорного насадка, к оси горелки, a град. В первом серии опытов сравнивали показатели работы предлагаемой горелки и горелки-прототипа при регулировании отношения расходов первичного и вторичного воздуха. Данные представлены в табл.1. Во второй серии опытов сравнивали возможности предлагаемой горелки и горелки-прототипа по регулированию тепловой мощности горелок. Результаты представлены в табл.2. Анализируя результаты испытаний, представленные в табл.1, приходим к следующим выводам. Предлагаемая горелка обеспечивает изменение длины факела при устойчивой работе, при изменении отношения расходов первичного и вторичного воздуха 5:1. Сама длина факела при этом в горелке изменяется в 2,4/1,35=1,7 раза, тогда как горелка-прототип работает устойчиво при изменении отношения расходов первичного и вторичного воздуха 1:3 и длина факела укорачивается в 1,4 раза, т.е. предлагаемая горелка обеспечивает более широкие пределы регулирования длины факела. Анализ результатов табл.2 говорит о том, что предлагаемая горелка обеспечивает изменение тепловой мощности в 200/25=8 раз, тогда как в горелке-прототипе изменение тепловой мощности возможно лишь в 5 раз, что сужает сфер у ее применения.