Газовий пальник

1. Газовая горелка, содержащая коаксиально расположенные воздухоподводящий корпус, цен тральную газоподающуо тр убу с газовып ускными отверстиями и подвижным газовым соплом и ста билизатор пламени с входными и вы ходными от верстиями и дросселирующей полостью, установ ленный на газо вом соп ле газоподающей тр убы, отличающаяся тем, что она снабжена рассекате лем с входными отверстиями, выполненным под вижным относительно стабилизатора пламени и воздухоподводя щего корпуса и расположенным коаксиально на газоподающей трубе с образованием с воздухоподводящим корпусом и телом стабилизатора соответственно кольцевых каналов, причем кольцевой канал между воздухоподводящим корпусом и рассекателем имеет на выходе сужение в поперечном сечении в виде кольцевого сопла, входные отверстия рассекателя выполнены на расстоянии не менее четырех своих диаметров от газовыпускных отверстий газоподающей трубы, которые выполнены тангенциальными в радиальной плоскости относительно последней и расположены на расстоянии не менее шести своих диаметров от входных о тверстий стабилизатора. 2. Газовая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что площади выходных сечений кольцевого сопла между воздухоподводящим корпусом и рассекателем, кольцевого сопла между рассекателем и стабилизатором и входных отверстий рассекателя связаны между собой соотношением 1:(0,60,8):(0,45-0,75), а соотношение площадей газового сопла и газовыпускных отверстий газоподающей трубы равно 1:1. Изобретение относится к печной теплотехнике, преимущественно промышленности строительных материалов, металлургической, машиностроительной промышленности и может быть использовано, например, в печах обжига и других тепловых агрегата х при низком давлении подачи газа. Известна скоростная горелка для сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива с применением скоростной струи факела, содержащая несколько коаксиально расположенных друг к другу каналов для подачи топлива и первичного воздуха (п. ФРГ 3715453 , МКИ 6 F 23 Д 1 7/00 , 1987 г.) [1]. По известному техническому решению, горелка имеет четыре кольцевых канала, первый наружный на выходе имеет сужение, второй, расположенный внутри первого, снабжен на выходе расширяющимся диффузором, третий, расположенный внутри второго, на выходе снабжен завихрите л ем. Четвертый - центральный канал, через который подается топливо на розжиг. Через кольцевые каналы подается топливовоздушная смесь с разной скоростью и разным содержанием топлива, что обеспечивает работу горелки в скоростном режиме. При этом обеспечивается низкий выход оксидов азота. Кроме того, пламя устойчиво, стабилизация его происходит за счет подачи топлива через коаксиально расположенные каналы. Однако при пониженном давлении газа ниже давления воздуха горелка работать с указанным эффектом не будет, так как газ не будет поступать в полость горелки. Наиболее близкой по технической сути является газовая горелка, содержащая коаксиально расположенные воздухоподводящий корпус, центральную газоподающую трубу с газовыпускными отверстиями и подвижным газовым соплом и стабилизатор пламени с входными и выходными отверстиями и дросселирующими полостями, причем последний установлен на газовом сопле газоподающей трубы (заявка на патент Украины №94051493, МКИ 6 F 23 Д 14 /00, 1993 г.) [2]. В указанной конструкции горелки газовыпускные отверстия газоподающей тр убы выполнены на еч О to ю О 00 см О) 28025 расстоянии не менее 2,5 диаметра выходного среза конического сопла воздухоподводящего корпуса, а газовыпускные отверстия газового сопла выполнены в зоне дросселирующи х полостей стабилизатора, соотношение площадей выходных сечений центрального канала стабилизатора, газовыпускных отверстий центральной газоподающей трубы и газового сопла равно (4-8):(3-6):1. При указанной конструкции горелки обеспечивается способ сжигания газа через несколько коаксиально расположенных каналов с высокой устойчивостью горения при высоких скоростях истечения в широком диапазоне температур термообработки и коэффициента избытка воздуха. Достигается это, благодаря конструкции, за счет качественного смешения газа с воздухом и получения необходимых концентраций газовоздушной смеси. Однако при пониженном давлении газа, когда давление воздуха выше, такая конструкция не позволяет получить стабильный факел, так как высокое давление воздуха препятствуе т поступлению газа в коаксиальные каналы, нарушается стехиометрическое соотношение компонентов газовоздушной смеси. В основу изобретения поставлена задача создания такой газовой горелки, в которой новым конструктивным выполнением элементов и соотношением размеров, обеспечивается создание высокоскоростного стабильного пламени при низком давлении подачи газа относительно давления воздуха и за счет этого снижается расход газа на единицу выпуска продукции. Поставленная задача решается тем, что газовая горелка, содержащая коаксиально расположенные воздухоподводящий корпус, нейтральную газоподающую тр убу с газовыпускными отверстиями и подвижным газовым соплом и стабилизатор пламени с входными и выходным отверстиями и дросселирующей полостью, установленный на газовом сопле газоподающей трубы, согласно изобретению, дополнительно снабжена рассекателем с входными отверстиями, выполненным подвижным относительно стабилизатора пламени и воздухоподводяще го корпуса и расположенным коаксиально на газоподающей трубе с образованием с воздухоподводящим корпусом и телом стабилизатора соответственно кольцевых каналов, причем кольцевой канал между воздухоподводящим корпусом и рассекателем имеет на выходе сужение в поперечном сечении в виде кольцевого сопла, входные отверстия рассекателя выполнены на расстоянии не менее четырех своих диаметров от газовыпускных отверстий газоподающей трубы, которые выполнены тангенциальными в радиальной плоскости относительно последней и расположены на расстоянии не менее шести своих диаметров от входных о тверстий стабилизатора. Площади выходных о тверстий кольцевого сопла между воздухоподводящим корпусом и рассекателем, кольцевого сопла между рассекателем и стабилизатором входных отверстий рассекателя связаны между собой соотношением 1:(0,6-0,8):(0,45-0,75), а соотно шение площадей газового сопла и газовыпускных отверстий газоподающей трубы равно 1:1. При указанной конструкции горелки обеспечивается создание высокоскоростного стабильного пламени при низком давлении подачи газа относительно давления воздуха при сохранении широкого диапазона изменения длины факела, коэффициента избытка воздуха и температурных условий печной атмосферы. Снабжение горелки рассекателем с входными отверстиями, расположенными на расстоянии не менее четырех своих диаметров от газовыпускных отверстий газоподающей трубы, геометрия полости между рассекателем, с одной стороны, и стабилизатором и газовой трубой, с другой, направлены на снижение давления воздуха, поступающего в полость рассекателя. На указанном расстоянии скорость воздушного потока, истекающего из входных отверстий, полностью затухает в кольцевом зазоре между рассекателем и газовой трубой, и у газовыпускных отверстий газоподающей трубы поле скоростей практически равномерно, кинетическая энергия воздушной струи переходит в потенциальную и не влияет на истечение газовой струи, истекающей из газовыпускных отверстий. Уменьшение расстояния менее 4 диаметров входных о тверстий рассекателя приводит к дестабилизации факела. Выполнение рассекателя подвижным относительно стабилизатора и воздухоподводящего корпуса позволяет управлять пламенем и работой горелки в зависимости от давления воздуха и газа. Сужение на выходе кольцевого канала между воздухоподводящим корпусом и рассекателем способствует снижению противодавления в полости рассекателя и обеспечивает увеличение истекающего из газовыпускных отверстий газовой трубы газового потока. Это объясняется тем, что за соплом, из которого истекает поток большой скорости, охваты вающий полость выхода газовоздушной смеси из рассекателя, создается область значительного разрежения, в которую эжектируется поток газовоздушной смеси, находящейся в полости рассекателя. Выполнение газовыпускных отверстий газоподающей трубы тангенциальными в радиальной плоскости относительно последней на расстоянии не менее шести своих диаметров от входны х отверстий стабилизатора обеспечивает поступление в полость стабилизатора стехиометрической газовоздушной смеси с однородной концентрацией. Конструкция горелки, при которой площади выходных сечений кольцевого сопла между воздухоподводящим корпусом и рассекателем, кольцевого сопла между рассекателем и стабилизатором и входных отверстий рассекателя связаны между собой соотношением 1:(0,6-0,8):(0,45-0,75), а площади газового сопла и газовыпускных о тверстий газоподающей трубы - соотношением 1:1, позволяет сохранять устойчивость процесса горения практически во всем возможном диапазоне изменяющихся параметров как самой горелки, так и окружающей печной атмосферы. При этом заявляемый эффект достигае тся при всей совокупности признаков. При изучении други х известных те хнических решений не было выявлено совокупности признаков, отличающих заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". Совокупность существенных признаков, характеризующи х сущность изобретения, в принци 28025 пе, может быть многократно использована в газовой горелке для проведения процессов термообработки материалов в печах промышленности стройматериалов, фарфоровой и фаянсовой промышленности, нагревательных и термических печах машиностроительной и металлургической промышленности, обеспечивая надежную работу и качество термообработки при низких давлениях газа относительно воздуха, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "промышленная применимость". Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На чертеже изображена предлагаемая горелка. Газовая горелка содержит коаксиально расположенные воздухоподводящий корпус 1, центральную газоподающую трубу 2 с газовыпускными отверстиями 3 и подвижным газовым соплом 4, стабилизатор пламени 5 с входными 6 и выходными 7 отверстиями и дросселирующей полостью 8 и рассека тель 9 с вхо дными о твер стиями 10. Стабилизатор пламени 5 установлен на газовом сопле 4 газопо дающей тр убы 2. Рассека тель 9 выполнен подвижным относительно стабилизато ра пламени 5 и воздухоподводяще го корпуса 1 и расположен коаксиально на газоподающей трубе 2 с образованием с воздухоподводящим корпусом I и телом стабилизатора 5 соо тве тственно коль цевы х каналов 11 и 12, причем кольцевой канал II между воздухоподводящим корпусом 1 и рас секателем 9 имеет на выходе сужение в попереч ном сечении в виде кольцевого сопла 13. Входные отверстия 10 рассекателя 9 выполнены на расстоянии не менее четырех диаметров отверстий 10 от газовыпускных о тверстий 3 газоподающей трубы 2. Газовыпускные отверстия 3 газоподающей трубы 2 выполнены тангенциальными в радиальной плоскости относительно газоподающей трубы 2 и расположены на расстоянии не менее шести диаметров отверстий 3 от входных отверстий 6 стабилизатора 5. Площади выходных сечений кольцевого сопла 13, канала 12 и входных отверстий 10 рассекателя 9 связаны между собой соотношением 1:(0,60,8):(0,45-0,75), соотно шение площадей газово го сопла 4 и газовыпускных о тверстий 3 газоподаю щей трубы 2 равно 1:1. Газовая горелка работает следующим образом. В корпус 1 подается воздух, где при помощи рассекателя 9 разделяется на два потока: одна часть воздуха с давлением системы воздухоподачи истекает с большой скоростью из кольцевого канала 11, а другая часть воздуха поступает через входные отверстия 10 рассекателя 9, дросселируется, в результате в канале 12 воздух на ходится под давлением меньшим, чем в системе воздухоподачи . Газ по дае тся в газопо дающую тр убу 2, откуда истекает двумя потоками: одна часть через тангенциальные газовыпускные отверстия 3, другая - через подвижное газовое сопло 4. Из тангенциальных газовыпускных отверстий 3 газ поступает в кольцевой канал 12 и, получив вращательное движение и перпендикулярное направление относительно движуще гося воздуха, поступи вше го через входные отверстия 10 рассекателя 9, интенсивно смешивается с последним. Образовавшаяся газовоздушная смесь движется по кольцевому каналу 12 по ходу движения, часть ее поступает через входные отверстия 6 стабилизатора 5, дросселируется в дросселирующей полости 8 до давления ниже, чем в кольцевом канале 12. Из газового сопла 4 истекает газ с большой скоростью. Воздух, истекающий из кольцевого сопла 13 с большой скоростью, и высокоскоростная газовая струя из газового сопла 4 смешиваются в печном пространстве на определенном расстоянии от горелки. Процесс горения факела горелки осуществляется в три стадии. При помощи выходных отверстий 7 стабилизатора 5 создается зажигающий пояс с низкоскоростными факелами, имеющими короткую длину и расположенными непосредственно у стабилизатора 5. За плохо обтекаемым телом стабилизатора 5 находится циркуляционная зона газовоздушной смеси, истекающей с более высокими скоростями из канала 12. Эта циркуляционная зона расположена в конце длины низкоскоростных факелов, которые непрерывно поджигают газовоздушную смесь циркуляционной зоны, образуя факел рассекателя со средней скоростью истечения, обеспечивая вторую стадию горения. Смешение газа с воздухом, истекающих соответственно из газового сопла 4 и кольцевого сопла 13 канала 11,происходит в конце длины факела рассекателя, который непрерывно поджигает эту газовоздушн ую смесь, истекающую с большой скоростью Происходит третья стадия процесса горения. Такой процесс горения обеспечивается заявляемой конструкцией горелки и соотношением конструкти вны х параметров, изменяя которые можно установить необходимый режим работы. Постадийный процесс горения приводит к снижению образования оксидов азота в продуктах сгорания и удлинению факела горелки, что обеспечивает равномерность температур по длине факела горелки и устойчивость процесса горения при изменениях параметров эксплуатации горелки (коэффициента избытка воздуха, давления газа и воздуха разрежения, температуры в рабочем пространстве теплового агреггта). Горелка работает устойчиво при повышении давления воздуха по сравнению с давлением газа в 4 раза. 28025 ) і > ) П Г/J A/ / 7 \t / /'/ J Фиг. ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до др ук у У '^^ 2001 р . Форма т 60 x8 4 1 /8 . Обся г /0 ? ^ґЬбл.-ви д. арк. Тираж 50 прим Зам. /у З УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22