Газовий пальник

1. Газовий пальник, який містить обладнаний фланцем та встановлений у жаровій трубі циліндричний змішувач, на вихідному торці якого розміщений вихідний насадок зі стабілізатором, а на вхідному торці встановлена співвісно газова труба з газовим соплом, а також патрубок для подачі повітря, який відрізняється тим, що він обладнаний корпусом, закритим несучим фланцем з вхідного торця, і з конфузорним насадком на вихідному торці, всередині якого співвісно розміщені жарова труба та змішувач, а патрубок C2 2 (19) 1 3 81322 полого циліндричного стабілізатора, який розміщений співвісно з конфузором. Стабілізатор містить внутрішню поперечну кільцеву перегородку з центральним та периферійними отворами. В центральному отворі кільцевої перегородки закріплена менша основа конфузора. Всередині змішувача коаксіально встановлена газова труба, яка закріплена в отворі кришки. Газова труба містить газове сопло та підвідний штуцер. На боковій поверхні змішувача між фланцем та площиною зрізу газового сопла виконані отвори. Пальник також містить жарову трубу з пісочним затвором, яка приєднана до несучого фланця. У відомому пальнику неможливе регулювання сумарного коефіцієнта надлишку повітря в широкому діапазоні тому, що повітря поділяють на первинне та вторинне у самому змішувачі при їх постійному співвідношенні у всьому діапазоні регулювання, а первинне повітря не може бути з коефіцієнтом надлишку більше ніж 1,1 за умов забезпечення стабільної роботи пальника. Сумарний коефіцієнт надлишку повітря при стабільній роботі пальника не перевищує 1,3. Тому пальник не може бути використаний для нагрівання повітря, у низькотемпературних печах, в сушилах та інших низькотемпературних агрегатах. В основу винаходу поставлена задача удосконалення газового пальника, в якому у разі введення додаткової повітряної камери з отворами, корпусу з конфузорним насадком та додатковим повітряним патрубком забезпечується збільшення діапазону регулювання надлишку повітря та температури потоку і завдяки цьому пальник може бути використаний для нагрівання повітря, в сушила х, низькота середньотемпературних печах та інши х агрегата х, а також призводить до зменшення шкідливих викидів. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що газовий пальник, який містить обладнаний фланцем та встановлений у жаровій трубі циліндричний змішувач, на вихідному торці якого розміщений вихідний насадок зі стабілізатором, а на вхідному торці встановлена співвісно газова труба з газовим соплом, а також патрубок для подачі повітря, згідно пропозиції, обладнаний корпусом, закритим несучим фланцем з вхідного торця, із конфузорним насадком на вихідному торці, всередині якого співвісно розміщені жарова труба та змішувач, а патрубок для подачі повітря встановлений в боковій його поверхні, причому до несучого фланця співвісно з корпусом приєднана повітряна камера з додатковим повітряним патрубком та з центральними отворами з обох сторін, а у несучому фланці виконані периферійні отвори по колу, які розміщені між боковими стінками змішувача та жарової труби. Додатковою відмінністю є те, що відношення сумарної площі периферійних отворів у несучому фланці до площі вихідного отвору насадка змішувача становить 0,5...1,5. Другою додатковою відмінністю є те, що відношення площі отвору жарової труби та площі 4 вихідного отвору конфузорного насадку становить 1,0...2,0. Додатковою відмінністю також є те, що відстань вихідного отвору жарової труби від вихідного отвору вихідного конфузорного насадка змішувача становить (6...10) діаметрів вихідного отвору вихідного насадка змішувача. Завдяки введенню повітряної камери з додатковим повітряним патрубком та корпусу з несучим фланцем на вхідному торці з центральним та периферійними отворами, крізь які повітря поділяється на первинне та вторинне, і з конфузорним насадком на вихідному торці, в який через додатковий повітряний патрубок надходить третинне повітря, забезпечується відокремлене від третинного повітря спалювання суміші газу з первинним повітрям у просторі жарової труби з паралельним додаванням до факелу вторинного повітря і наступне змішування суміші продуктів згоряння і вторинного повітря з третинним повітрям у корпусі між вихідним отвором жарової труби і вихідним отвором конфузорного насадку. Завдяки такому розділенню процесів горіння та баластування продуктів згоряння повітрям відбувається підвищення коефіцієнту надлишку повітря у продуктах згоряння та розширення його діапазонуі зниження температури потоку без порушення сталості горіння та без збільшення вмісту шкідливих речовин припустимого у продуктах повного згоряння з точки зору охорони навколишнього середовища та правил безпеки спалювання газу. Конфузорний вихідний насадок корпуса формує потік суміші та прискорює її вихід, що призводить до підвищення далекобійності потоку. Сталість та якість горіння, утворення потрібної суміші продуктів згоряння з вторинним та третинним повітрям та робота пальника без порушень його цілісності забезпечується завдяки підтриманню показників за п. 2, 3, 4 формули пропозиції. Завдяки вище зазначеним новим ознакам запропонований газовий пальник працює у збільшеному від 1,58 до 12 діапазоні значень коефіцієнту надлишку повітря, забезпечує зниження температури суміші повітря з продуктами згоряння до 200°С та далекобійність потоку до 5,6м. На кресленні представлено поздовжній розріз газового пальника. Газовий пальник містить циліндричний корпус 1 з патрубком для подачі повітря 2 розташованим на боковій поверхні корпусу 1. На ви хідному кінці корпусу 1 встановлений конфузорний насадок 3. На вхідному кінці корпусу 1 закріплений несучий фланець 4, виконаний з центральним отвором 5 та периферійними отворами 6 для вторинного повітря. До несучого фланця 4 співвісно приєднана повітряна камера 7 з патрубком для подачі повітря 8, розташованим на боковій поверхні повітряної камери 7. З дво х кінців повітряної камери виконані центральні отвори, в яких встановлена газова труба 9, причому її вихідний кінець встановлений у несучому фланці 4 с зазором. До вхідного кінця газової труби 9 приєднано патрубок для подачі газу 10, а на 5 81322 вихідному кінці встановлено газове сопло 11. Всередині корпусу 1 з вхідного кінця співвісно з ним встановлена жарова труба 12, яка приєднана до несучого фланця 4 між його периферійними отворами 6 та корпусом 1. Всередині жарової труби 12 співвісно з нею встановлено у центральному отворі 5 несучого фланця 4 змішувач 13 між периферійними отворами 6 несучого фланця 4 та газовою трубою 9, яка розміщена з вхідної сторони в змішувачі 13. На вихідному кінці змішувача 13 виконано вихідний насадок 14 зі стабілізатором 15. Відношення сумарної площі периферійних отворів 6 у несучому фланці 4 до площі вихідного отвору вихідного насадка 14 змішувача 13 становить 0,5...1,5. Відношення площі отвору жарової труби 12 до площі вихідного отвору конфузорного насадка 3 становить 1,0...2,0, Відстань вихідного отвору жарової труби 12 від вихідного отвору вихідного насадка 14 змішувача 13 становить 6...10 діаметрів вихідного отвору вихідного насадка 14 змішувача 13. Газовий пальник працює наступним чином. Газ через патрубок для подачі газу 10, тр убу газову 9 та газове сопло 11 подають у змішувач 13, де він змішується з первинним повітрям, що надходить у змішувач 13 із повітряної камери 7 до якої повітря подають через патрубок 8,через центральний отвір 5 у несучому фланці 4. Суміш газу з первинним повітрям витікає через насадок 14 та стабілізатор 15 у жарову трубу 12, де згоряє, змішуючись із вторинним повітрям, що надходить із повітряної камери 7 через периферійні отвори 6 у несучому фланці 4 у кільцевий простір жарової труби 12. Продукти згоряння витікають із жарової труби 12 у корпус 1, де змішуються з третинним повітрям, що надходить у корпус 1 через патрубок для подачі повітря 2. Розбавлені третинним повітрям до потрібної температури продукти згоряння витікають через конфузорний насадок 3 з підвищеною швидкістю у робочий простір теплового агрегату. Випробування пальника та визначення діапазонів геометричних параметрів виконано на стенді Інституту газу Н АН України. У таблиці 1 наведені результати дослідження впливу на роботу пальника відношення сумарної площі периферійних отворів 6, F2, до площі вихідного отвору вихідного насадка 14, F1, а саме, F2/F 1 (F1= π·D1 2/4 - площа вихідного отвору насадка 14, D1 - діаметр вихідного отвору насадка 14, F2 сумарна площа периферійних отворів 6, кількість яких дорівнює n, a площа одного отвору - f2); α 1 коефіцієнт надлишку повітря у жаровій трубі; α сумарний коефіцієнт надлишку повітря на виході з корпусу 1; NO x, мг/м 3 - вміст оксидів азоту у сухих нерозбавлених продуктах згоряння при α=1,0 на максимальній тепловій потужності у перерахунку на NO2; Т, °С - середня температура потоку продуктів згоряння на виході із пальника при максимальному значенні коефіцієнта надлишку повітря α. Згідно з ГОСТ 21204-97 "Горелки газовые промышленные. Общие технические требования." 6 вміст оксидів азоту NO x у перерахунку на сухі продукти згоряння приα=1 та на NО2 має становити не більше ніж 140 мг/м 3 для пальників, встановлених на агрегаті та з подачею повітря на горіння. З порівняння першого та другого дослідів видно, що при збільшенні відношення F2/F1 з 0,4 до 0,5 відбувається стрибкоподібне зменшення вмісту NO x, що пояснюється падінням температури у жаровій трубі і гальмуванням утворення при цьому оксидів азоту з наступним їх закалюванням у корпусі. З порівняння третього та четвертого дослідів видно, що при збільшенні відношення F2/F 1 1,5 до 1,6 також відбувається різкий стрибок вмісту оксиду азоту, що пояснюється надмірним зростанням надлишкового повітря у жаровій трубі при незавершеному горінні суміші газу з первинним та вторинним повітрям і подальшому їх різкому охолодженню у корпусі. Таким чином, нормальна робота пальника при значенні максимального надлишку повітря α=12 можлива лише при 1,5≥F2/F1≥0,5. Вплив відношення F2/F 1 на робочі показник F2/F 1 0,4 0,5 1,5 1,6 α1 1,47 1,58 2,63 2,73 NOx 157 125 138 180 Вплив відношення F3/F 4 на робочі показник F3/F 4 Далекобійність, м 0,8 4,2 1,0 2,0 4,7 5,6 2,2 6,0 Зовнішні показники роботи пальника розігрівання до випромінювання вихідного кінця жарової труби, стале ж горіння стале горіння, всі деталі пальника темні стале горіння, всі деталі пальника темні пульсація, полум'я, розігрівання до випромінювання стабілізатора, насадка в та жарової труби ж У таблиці 2 наведені результати дослідження впливу відношення площі вихідного отвору жарової труби 12, F3, до площі вихідного отвору конфузорного насадку 3, F4, на роботу пальника; далекобійність - це показник, який визначають по відстані, на якій зберігається горизонтальність осі потоку продуктів згоряння, м. З таблиці 2 видно, що при відношенні F3/F 4=0,8 пальник розігрівається і жарова труба прогоряє, при збільшенні відношення F3/F4 до 1,0 пальник працює стало та надійно. При збільшенні відношення F3/F 4 з 2,0 до 2,2 пальник розігрівається до прогару стабілізатора та жарової труби, горіння стає пульсуючим, що свідчить про можливий відрив факелу. Таким чином стала та надійна робота пальника без пульсацій та розігрівання окремих частин конструкції 7 81322 8 забезпечується лише при значеннях відношення F3/F 4 в діапазоні 2,0≥F3/F4≥1,0. У таблиці 3 приведені результати дослідження впливу відносної відстані вихідного отвору вихідного насадка 14 до вихідного отвору жарової труби 12; L1/D1, на роботу пальника, де L1 відстань від вихідного отвору вихідного насадка 14 до вихідного отвору жарової труби 12; D1 - діаметр вихідного отвору вихідного насадка 14; CO, % вміст оксиду вуглецю у сухи х нерозбавлених продуктах згоряння при α=1,0 на максимальній тепловій потужності; NOx, мг/м 3 - вміст оксидів азоту у сухи х нерозбавлених продуктах згоряння при α=1,0 на максимальній тепловій потужності у перерахунку на NO2; Т - середня температура потоку продуктів згоряння на виході із жарової труби, °С. Таблиця 3 Вплив відстані L1/D1 на робочі показники пальника L1/D1 5 6 10 11 Зовнішні признаки роботи пальника нормально нормально нормально розігрівання до випромінювання жарової труби Аналіз даних за таблицею 3 показує, що при збільшенні відносної відстані L1/D1 з 5 до 6 вміст оксидів азоту та оксиду вуглецю зменшується до припустимих значень, а при збільшенні значення L1/D1 з 10 до 11 зміст вуглецю відповідає умовам безпеки, а вміст оксидів азоту не відповідає і середня частина пальника, а саме жарова труба розігрівається до випромінювання, що неприпустимо, бо призводить до прогару жарової труби, про це свідчить і підвищення температури продуктів згоряння. Таким чином прийнятний діапазон значень відносної відстані L1/D1 становить 10≥L1/D1≥6. Газовий пальник за рахунок введення додаткової повітряної камери з отворами та корпусу з конфузорним насадком та додатковим повітряним патрубком набуває можливості спалювати газ у суміші з первинним, вторинним та третинним повітрям, що призводить до збільшення діапазону регулювання сумарного коефіцієнту надлишку повітря та температури потоку суміші продуктів згоряння та надлишкового повітря, забезпечує прямоточний швидкісний факел і призводить до зменшення шкідливих викидів. Такий пальник може бути використаний для нагрівання повітря, у сушила х різного призначення, низько- та середньотемпературних печах для нагрівання різних виробів та матеріалів, в тому числі у промисловості будівельних матеріалів, де для рівномірного та інтенсивного сушіння та нагрівання потрібний швидкісний прямоточний факел чи потік суміші продуктів згоряння та повітря. CO 0,05...0,06 0,04...0,045 0,01...0,02 0,01...0,015 NOх 150 100 128 200 Т 1200 1280 1465 1550