Пальниковий пристрій

1. Пальниковий пристрій, який містить повітропідвідний корпус, коаксіально встановлену в ньому за допомогою центруючих елементів центральну газову трубу з наконечником, що включає послідовно розміщені конічну частину з обтікачем і циліндричну частину з вхідними повітряними каналами, яка утворює камеру попереднього змішування, хрестоподібний розсікач і вста 3 ного перерізу центральної газової труби. Хрестоподібний розсікач виконаний у вигляді чотирьох гвинтів, установлених радіальнo в стінці циліндричної частини наконечника на виході з неї, і виконує також функції центруючих елементів для газової труби. Відомий пальниковий пристрій характеризується нестабільним горінням факелу при роботі в режимах низькотемпературного відпуску або сушки футеровки сталерозливних ковшів, коли потрібна максимальна кількість повітря при мінімальних витратах палива. При використанні відомого пальникового пристрою для реалізації вищевказаних режимів можливий відрив факелу від пальникового пристрою внаслідок погіршення сумішоутворення, що обумовлено надмірною кінетичною енергією і надвисокими швидкостями повітряного потоку, який виходить з кільцевого зазору між наконечником і повітропідвідним корпусом в одному напрямку з паливо-повітряним потоком. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пальникового пристрою, в якому введення додаткових конструкційних елементів, їх взаємне розташування і співвідношення геометричних розмірів забезпечують створення оптимальних умов для процесу сумішоутворення, що дозволяє стабілізувати горіння факелу при будь-яких режимах роботи пальникового пристрою і розширити межі регулювання його теплової потужності. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пальниковому пристрої, який містить повітропідвідний корпус, коаксіально встановлену в ньому за допомогою центруючих елементів центральну газову трубу з наконечником, що включає послідовно розміщені конічну частину з обтічником і циліндричну частину з вхідними повітряними каналами, яка утворює камеру попереднього змішування, хрестоподібний розсікач і встановлену між конічною і циліндричною частинами наконечника перфоровану перегородку, сумарний прохідний переріз якої складає не менше прохідного перерізу центральної газової труби, новим, відповідно до корисної моделі, що заявляється, є те, що наконечник додатково містить з'єднаний з його циліндричною частиною конус-завихрювач, при цьому хрестоподібний розсікач встановлений на виході з конуса-завихрювача, прохідний переріз якого на виході не перевищує прохідний переріз циліндричної частини наконечника. Новим є також те, що хрестоподібний розсікач містить важкообтічне тіло, розміщене на осі газової труби. Новим є також те, що співвідношення між діаметрами центральної газової труби, циліндричної частини наконечника і конуса-завихрювача складає 1:(1,6-2,2):(2,4-2,6). Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Нове конструктивне виконання пальникового пристрою, що заявляється, а саме: - спорядження наконечника центральної газової труби конусом-завихрювачем, з'єднаним з циліндричною частиною наконечника; 19447 4 - розміщення хрестоподібного розсікача на виході з конуса-завихрювача, а також виконання конуса-завихрювача з прохідним перерізом на виході, що не перевищує прохідного перерізу циліндричної частини наконечника, у сукупності з відомими ознаками корисної моделі забезпечують створення оптимальних умов для процесу сумішоутворення в зоні горіння, що дозволяє стабілізувати горіння факелу при будь-яких режимах роботи пальникового пристрою і суттєво розширити межі регулювання його теплової потужності. Спорядження наконечника центральної газової труби конусом-завихрювачем, з'єднаним з циліндричною частиною наконечника, забезпечує відхилення повітряного струменя, що виходить з кільцевого зазору між наконечником і повітропідвідним корпусом, від напрямку руху паливоповітряної суміші і його часткове розкриття. Це компенсує надвисокі швидкості при великих кількостях повітря у випадку використання пальникового пристрою в режимах низькотемпературного відпуску або сушки ковшів, коли потрібна велика кількість рециркуляційних димових газів з низьким температурним потенціалом, що обумовлює зменшення імовірності відриву факелу. Розміщення хрестоподібного розсікача на виході з конуса-завихрювача забезпечує утворення турбулентних вихрів з боку паливо-повітряного потоку, а вихідна кромка конуса-завихрювача є джерелом зародження турбулентних вихрів з боку відхиленого повітряного потоку, що значно поліпшує сумішоутворення, забезпечуючи створення умов для стабільного горіння факелу. Крім того, розміщення хрестоподібного розсікача на виході з конуса-завихрювача дозволяє знизити його прохідний переріз до розміру, який не перевищує прохідний переріз циліндричної частини наконечника, що виключає можливість проскакування полум'я всередину камери попереднього змішування наконечника. Таким чином, заявлене виконання пальникового пристрою забезпечує створення оптимальних умов для процесу сумішоутворення, за рахунок чого стабілізується горіння факелу при будь-яких режимах роботи пальникового пристрою, що дозволяє суттєво розширити межі регулювання його теплової потужності. Розміщення в хрестоподібному розсікачі на осі центральної газової труби важкообтічного тіла викликає утворення за ним аеродинамічної "тіні" зони стійкого розрідження, що є додатковим джерелом зародження турбулентних вихрів. Тобто, на шляху руху паливо-повітряної суміші за цією штучною перешкодою створюються умови для підсмоктування необхідної кількості паливо-повітряної суміші і стабільного горіння факелу, що є своєрідним механічним запальником, стабілізатором горіння факелу при будь-яких режимах роботи пальникового пристрою. Разом з тим виключається додатковий опір, створюваний хрестоподібним розсікачем з важкообтічним тілом, оскільки прохідний переріз на виході конуса-завихрювача може бути виконаний практично рівним прохідному перерізу циліндричної частини наконечника. 5 В пальниковому пристрої, що заявляється, співвідношення між діаметром центральної газової труби (dг.mp.), діаметром циліндричної частини наконечника (dн) і діаметром конуса-завихрювача на виході (dв) складає 1:(1,6-2,2):(2,4-2,6). Заявлене співвідношення встановлене експериментально і є оптимальним, оскільки забезпечує досягнення необхідного для стабільної роботи пальникового пристрою коефіцієнта витрат первинного повітря для попереднього змішування ( перв=0,2-0,3), а також обумовлює необхідне і достатнє відхилення повітряного потоку, що виходить з кільцевого зазору між наконечником і повітропідвідним корпусом, від напрямку руху паливо-повітряної суміші, що забезпечує стабільну роботу пальникового пристрою в режимах низькотемпературного відпуску або сушки, коли потрібна велика кількість рециркуляційних димових газів з низьким температурним потенціалом. При співвідношенні зазначених діаметрів, що виходить за заявлені межі, погіршуються процеси сумішоутворення, що призводить до зниження стабільності горіння факелу. Так, при співвідношенні dг.mp:dн:dв=1:1,5:2,7 не забезпечується інжектуючий режим витікання і створення розвинутої зони розрідження біля кореня газових струменів у камері попереднього змішування, а також погіршуються умови сумішоутворення внаслідок занадто різкого відхилення повітряного струменя на виході з пальникового пристрою. При співвідношенні dг.mp:dн:dв=1:2,3:2,4 спостерігається значне збільшення гідравлічного опору перфорованої перегородки, що призводить до енергетичних втрат попереднього змішування або вимагає створення підвищеного тиску газу і повітря перед пальниковим пристроєм, а внаслідок малого відхилення повітряного потоку від напрямку руху паливо-повітряної суміші можливий зрив факелу. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 представлений поздовжній розріз пальникового пристрою, на Фіг.2 - те ж саме з важкообтічним тілом. Пальниковий пристрій містить повітропідвідний корпус 1, коаксіально встановлену в ньому за допомогою центруючих елементів 2 центральну газову трубу 3 з внутрішнім діаметром dг.mp., що містить наконечник 4. Наконечник 4 включає послідовно розміщені конічну частину 5 з обтічником 6, циліндричну частину 7 з внутрішнім діаметром dн і конус-завихрювач 8 з діаметром на виході dв. Між конічною частиною 5 і циліндричною частиною 7 розташована перфорована перегородка 9, сумарний прохідний переріз якої складає не менше прохідного перерізу центральної газової труби 3. Циліндрична частина 7 містить вхідні повітряні канали 10, виконані у формі радіальних отворів у стінці циліндричної частини 7 наконечника 4, і утворює камеру попереднього змішування. На виході з конуса-завихрювача 8 встановлений хрестоподібний розсікач 11, при цьому прохідний переріз конуса-завихрювача 8 на виході не перевищує прохідний переріз циліндричної частини 7 наконечника 4 (див. Фіг.1). 19447 6 Хрестоподібний розсікач 11 може містити важкообтічне тіло 12, розміщене на осі газової труби 3 (див. Фіг.2). Хрестоподібний розсікач 11 може бути виконаний, наприклад, у вигляді чотирьох радіально направлених гвинтів, які затискують з чотирьох сторін на осі наконечника 4 важкообтічне тіло 12. Важкообтічне тіло 12 може бути виконане у вигляді пластини у формі кола або правильного багатокутника, тощо. Співвідношення діаметрів центральної газової труби 3, циліндричної частини 7 наконечника 4 і конуса-завихрювача 8 може складати dг.mp.:dн:dв=1:(1,6-2,3):(2,4-2,6). Розміри хрестоподібного розсікача 11 і важкообтічного тіла 12 на виході конуса-завихрювача 8, а також кут розкриття самого конуса-завихрювача 8 обирають за умов, які задовольняють заявленому співвідношенню діаметрів і виключають додатковий опір, який створює хрестоподібний розсікач 11 разом з важкообтічним тілом 12, що забезпечується рівністю прохідного перерізу циліндричної частини? наконечника 4 прохідному перерізу на виході конусазавихрювача 8. Пальниковий пристрій, що заявляється, працює таким чином. По центральній газовій трубі 3 пальникового пристрою, коаксіально встановленій у повітропідвідному корпусі 1 за допомогою центруючих елементів 2, подають газоподібне паливо. По основному повітряному каналу повітропідвідного корпуса 1 подають повітря, яке проходить уздовж обтічника 6 і циліндричної частини 7 наконечника 4 і виходить з кільцевого зазору між повітропідвідним корпусом 1 і конусом-завихрювачем 8. Газоподібне паливо проходить через встановлену між конічною частиною 5 і циліндричною частиною 7 наконечника 4 перфоровану перегородку 9, сумарний прохідний переріз якої складає не менше прохідного перерізу центральної газової труби 3, що виключає додатковий опір, створюваний перегородкою 9 на шляху руху газу. На виході з перфорованої перегородки 9 надлишковий тиск, під впливом якого відбувається витікання струменів газу, різко падає і переходить у розрідження, що забезпечує підсмоктування необхідної кількості повітря через вхідні повітряні канали 10 у зону стійкого розрідження для якісного змішування повітря з паливом у камері попереднього змішування. Повітряний потік, який виходить з кільцевого зазору між конусом-завихрювачем 8 і повітропідвідним корпусом 1, за допомогою конусазавихрювача 8 відхиляється від напрямку руху паливо-повітряної суміші, яка виходить з конусазавихрювача 8, що компенсує надвисокі швидкості при великих кількостях повітря у випадку використання пальникового пристрою в режимах низькотемпературного відпуску або сушки і зменшує імовірність відриву факелу. Вихідна кромка конусазавихрювача 8 є джерелом зародження турбулентних вихрів з боку високошвидкісного повітряного потоку, а хрестоподібний розсікач 11, розміщений на виході з конуса-завихрювача 8, забезпечує утворення турбулентних вихрів з боку паливоповітряного потоку, що значно поліпшує поперед 7 нє сумішоутворення, забезпечуючи турбулізацію потоків. Для виключення можливості проскакування полум'я всередину камери попереднього змішування наконечника 4 прохідний переріз на виході конуса-завихрювача 8 за рахунок розміщення в ньому хрестоподібного розсікача 11 зменшують до розміру, який не перевищує прохідний переріз циліндричної частини 7 наконечника 4. При такому виконанні пальникового пристрою досягаються оптимальні умови для процесу сумішоутворення, що суттєво розширює межі регулювання теплової потужності пальникового пристрою, забезпечуючи стабільне горіння факелу при використанні пальникового пристрою за будь-яких режимах роботи. При виході паливо-повітряної суміші з конусазавихрювача 8, в якому встановлений хрестоподібний розсікач 11, який містить важкообтічне тіло 12, розміщене на осі газової труби 3 (див. Фіг.2), за цим тілом утворюється аеродинамічна "тінь" - додаткове джерело зародження турбулентних вихрів, обумовлене наявністю безпосередньо за важкообтічним тілом 12 зони стійкого розрідження. На шляху руху паливо-повітряної суміші за цією штучною перешкодою створюються умови для підсмоктування необхідної кількості паливоповітряної суміші і стабільного горіння факелу, що є своєрідним механічним запальником, стабілізатором горіння факелу при будь-яких режимах роботи пальникового пристрою. При заявленому співвідношенні діаметрів центральної газової труби 3, циліндричної частини 7 наконечника 4 і конуса-завихрювача 8 на виході забезпечуються оптимальні умови для процесу сумішоутворення як в камері попереднього змішування, так і в зоні горіння, що сприяє стабілізації горіння факелу без його відриву, завдяки чому пристрій, що заявляється, дозволяє реалізувати практично будь-який тепловий режим. Комп’ютерна верстка А. Рябко 19447 8 Заявлений пальниковий пристрій випробувано на камерних печах термічного цеху ВАТ "Електрометалургійний завод "Дніпроспецсталь" ім. A.M. Кузьміна", опалювальних природно-доменною су3 мішшю з теплотворною здатністю 6,7МДж/м . Максимальні витрати газу на п'ять пальникових пристроїв печі склали 530м3/годину, повітря 1230м3/годину. В експериментах ступінчато змінювали витрати газу на піч від 530 до 10м3/годину з кроком 40м3/годину при постійних витратах повітря 850м3/годину. Іспити в реальних умовах зафіксували стабільну роботу пальникового пристрою при всіх випробовуваних режимах роботи, включаючи режими низькотемпературного відпуску і сушки ковшів, для яких співвідношення "газ-повітря" складає 1:85. Були також проведені дослідження спалювання палива в заявленому пальниковому пристрої при стехіометричному співвідношенні "газ-повітря". Границі регулювання витрат газу на один пальниковий пристрій при цьому склали від 2 до 106м3/годину, що значно розширює межі регулювання теплової потужності пальникового пристрою. Висока стійкість горіння пальникового пристрою, що заявляються, і стабільний факел при роботі в будь-яких теплових режимах (від низькотемпературного відпуску до високотемпературного відпуску, від процесу сушки ковшів до стадії їх розігріву) дозволяє працювати без дорогих систем спостереження за наявністю факелу і контролю за ним. Крім того, розширені межі регулювання і можливість реалізувати практично будь-який тепловий режим дозволяють ефективно використовувати сучасні засоби автоматизації. Корисна модель, що заявляється, може бути виготовлена на існуючому устаткуванні з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує промислову придатність об'єкта. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601