Газовий пальник

Изобретение относится к горелочным устройствам, работающим на природном газе, с раздельными каналами для подачи воздуха и газа. Горелка может быть использована для сводового или бокового отопления туннельных обжиговых печей промышленности строительных материалов. В качестве прототипа выбрана горелка [1], которая содержит снабженный патрубком подачи воздуха цилиндрический смеситель с закручивающим аппаратом конфузорным выходным участком и с фланцем, к которому присоединен песочный затвор. По оси смесителя установлена газовая труба с соплом, подключенная к источнику топлива патрубком с регулировочной иглой. При этом горелка снабжена жаровой трубой, размещенной по периферии смесителя, и заглушённым с торца ступенчатым корпусом с подводящим и отводящим штуцерами, подключенными к источнику топлива. Патрубок с регулировочной иглой размещен в упомянутом корпусе и сообщен с источником топлива через его полость. Регулировочная игла снабжена в среднем участке подпружиненной шайбой с радиальнгыми пазами и пропорционирующим кулачком, венец которого, спрофилированный по спирали Архимеда, взаимодействует с верхним торцом упомянутой шайбы. Кроме того, смеситель может быть установлен с возможностью продольного перемещения. Эта горелка, также как и другие, не защищена от корродирующего воздействия серо- и фторсодержащих паров. К тому же, газогорелочные устройства с полным предварительным смешением газа и воздуха, к которым относится прототип, дают больший выход токсичных оксидов азота (NOx), образующи хся в результате горения, чем горелки с двухстадийным сжиганием газа или чисто диффузионные горелки [Глинков Г.М. Нагревательные и термические печи. - Сб. Итоги науки и техники. Серия: Металлургическая теплотехника. Том 8, М., 1989, С.53-103]. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования газовой горелки, в которой в результате размещения отверстий в смесителе между фланцем и плоскостью среза газового сопла, а также за счет выполнения отверстий в конфузорном участке смесителя и присоединения к последнему стабилизатора, обеспечивается наружное омывание корпуса смесителя воздухом и устойчивое двухстадийное сжигание газовоздушной смеси, за счет чего обеспечивается защита корпуса смесителя от конденсации продуктов сгорания, стабилизация горения факела и уменьшение количества образующихся в результате горения токсичных оксидов азота. Поставленная задача решена тем, что газовая горелка, содержащая снабженный фланцем и патрубком подачи воздуха смеситель с выходным участком, выполненным в виде конфузора, по оси которого внутри смесителя установлена газовая труба с газовым соплом, согласно изобретению, снабжена расположенным соосно и присоединенным к большему основанию конфузора полым цилиндрическим стабилизатором, внутри которого размещена поперечная кольцевая перегородка с периферийными и центральным отверстиями, в последнем из которых закреплено меньшее основание конфузора, боковая поверхность которого выполнена с отверстиями, причем в боковой поверхности смесителя также выполнены отверстия, расположенные между фланцем и плоскостью среза газового сопла, а отношение суммарной площади этих отверстий к площади меньшего основания конфузора равно 0,22-0,45. Дополнительным отличительным признаком является то, что в случае установки горелки в своде печи, она снабжена жаровой трубой, размещенной снаружи смесителя соосно ему, и песочным затвором, присоединенный к фланцу. Размещение отверстий в боковой поверхности смесителя позволяет пропускать часть воздуха вне смесителя, по его наружной поверхности. Остальной воздух смешивается с газом внутри смесителя. Таким образом, из конфузора выходит, поджигается и горит подготовленная внутри смесителя газовоздушная смесь с недостаточным для полного сгорания газа количеством воздуха. Полное догорание происходит при встрече этого потока с потоком воздуха, который вытекает из отверстий в смесителе и омывает смеситель снаружи (так называемый поток "вторичного воздуха"). Общая площадь отверстий в смесителе должна составлять 0,22-0,45-ю часть площади меньшего основания конфузора. Именно при таком соотношении площадей обеспечивается: а) дожигание газовоздушной смеси с меньшим количеством образующи хся токсичных оксидов азота, чем при полном предварительном смешении газа и воздуха; б) устойчивость работы горелки при изменениях расхода газа и воздуха в широких пределах; в) максимальное перекрытие доступа продуктов сгорания к корпусу смесителя, что исключает конденсацию паров на корпусе смесителя, а следовательно, исключается коррозия. Отверстия в смесителе расположены между фланцем и плоскостью среза газового сопла, чтобы через отверстия вытекал наружу воздух, а не газовоздушная смесь. Присоединенные к большему основанию конфузора полого цилиндрического стабилизатора, имеющего внутреннюю поперечную кольцевую перегородку с центральным отверстием, в котором закреплено меньшее основание конфуза, и периферийными отверстиями, а также выполнение отверстий в самом конфузоре, позволяет дополнительно стабилизировать горение неполностью подготовленной газовоздушной смеси при изменении в широких пределах расходов газа и воздуха через горелку; благодаря отверстиям в конфузоре и в кольцевой перегородке стабилизатора, а также центральному отверстию, в котором закреплено меньшее основание конфузора, обеспечивается одновременная подача неполностью подготовленной газовоздушной смеси в виде высокоскоростной центральной струи и ряда менее скоростных периферийных стр уй. Периферийные струи, имеющие относительно низкую скорость, служат постоянно устойчиво горящими факелами, поджигающими основную газовоздушную стр ую. Кроме того, разделенная стабилизатором на несколько струй газовоздушная . смесь и продукты неполного ее горения лучше перемешиваются со вторичным воздухом, истекающим из отверстий в смесителе, полнее сгорают. Вследствие этого обеспечивается качественное двухступенчатое горения, в результате чего достигается меньший выход оксидов азота, по сравнению с горением полностью предварительно подготовленной смеси газа и воздуха, то есть по сравнению с прототипом. На фиг.1 представлен продольный разрез горелки, установленной в боковой стенке печи; на фиг.2 продольный разрез горелки, установленной в двойном своде. Газовая горелка содержит цилиндрический смеситель 1 с присоединенным к его выходному торцу конфузором 2. На входном торце смесителя размещена крышка 3, которая имеет центральное отверстие 4. К боковой поверхности смесителя 1 присоединен патрубок подачи воздуха 5 и фланец 6. На боковой поверхности конфузора 2 выполнены отверстия 7. К большему основанию конфузора 2 по его внешнему периметру присоединен верхний торец полого цилиндрического стабилизатора 8, размещенного соосно конфузору 2. Стабилизатор 8 снабжен внутренней поперечной кольцевой перегородкой 9 с центральным отверстием 10 и периферийными отверстиями 11. В центральном отверстии 10 кольцевой перегородки 9 закреплено меньшее основание конфузора 2. Внутри смесителя 1 коаксиально установлена газовая труба 12, закрепленная в отверстии 4 крышки 3. Газовая труба 12 снабжена газовым соплом 13 и подводящим штуцером 14. На боковой поверхности смесителя 1 между фланцем 6 и плоскостью среза газового сопла 13 выполнены отверстия 15, отношение суммарной площади которых к площади меньшего основания конфузора 2 равно 0,22-0,45. При установке газовой горелки в двойном своде печи она снабжена размещенной снаружи смесителя соосно ему жаровой трубой 16 с песочным затвором 17, присоединенным к фланцу 6. Газовая горелка работает следующим образом. Газовое топливо подают через подводящий штуцер 14 в газовую тр убу 12, откуда оно через газовое сопло 13 поступает внутрь смесителя 1. Воздух подают в смеситель через патрубок подачи воздуха 5. В смесителе воздух разделяют на два потока: первичный поток воздуха, который далее движется по смесителю, и вторичный поток воздуха, который через отверстия 15 выпускают за пределы смесителя. Первичный поток воздуха смешивается внутри смесителя 1 с газом, истекающим через сопло 13 газовой трубы 12, и поступает в конфузор 2. В конфузоре 2 газовоздушная смесь разделяется на поток, который истекает за пределы смесителя через меньшее основание конфузора 2, и на струи газовоздушной смеси, которые истекают через отверстия 7 в конфузоре 2 сначала во внутреннюю полость цилиндрического стабилизатора 8, а затем через отверстия 11 в кольцевой перегородке 8 газовоздушная смесь в виде периферийных стр уй истекает за пределы стабилизатора, где происходит неполное сгорание центральной и периферийных стр уй газовоздушной смеси. Вторичный поток воздуха через отверстия 15 выпускают за пределы смесителя и он, омывая наружную поверхность смесителя и проходя вдоль нее, смешивается с горящей газовоздушной смесью и продуктами неполного сгорания. Таким образом, происходит полное догорание газовоздушной смеси в рабочей камере печи. Размещение отверстий 15 суммарной площадью 0,22-0,45 от площади меньшего основания конфузора на боковой поверхности смесителя 1 между фланцем и плоскостью среза газового сопла 13 позволяет разделить воздушный поток на две части. За счет этого обеспечивается омывание вторичным потоком воздуха наружной поверхности смесителя, что исключает попадание продуктов сгорания в канал между смесителем и кладкой, а следовательно, исключает конденсацию на смесителе паров продуктов сгорания и коррозию. Кроме того, разделение воздушного потока позволяет организовать двухстадийное сжигание газа: сначала происходит неполное горение обедненной воздухом газовоздушной смеси, а затем догорание ее в потоке вторичного воздуха. Это обеспечивает устойчивость горения и снижение количества образующи хся оксидов азота. Снабжение конфузора 2 отверстиями 7, а также установка на горелке полого цилиндрического стабилизатора 8, присоединенного верхним торцом к большему основанию конфузора 2, и имеющего поперечную кольцевую перегородку 9 с центральным 10 и периферийными 11 отверстиями, позволяет за счет разделения газовоздушной смеси на высокоскоростную центральную стр ую и ряд менее скоростных периферийных струй дополнительно повысить устойчивость горения при изменении расходов газа и воздуха, а также снизить выход NOX. Для определения диапазона оптимальных значений отношения суммарной площади отверстий в смесителе к площади меньшего основания конфузора проведен ряд экспериментов. Изготовлено семь съемных смесителей процессе экспериментов определяли: количество оксидов азота в продуктах сгорания, устойчивость работы горелки при повышении расхода воздуха в 1,5 раза по сравнению с номинальной. Для определения степени влияния вторичного потока воздуха на возможность конденсации паров продуктов сгорания на смесителе проводился анализ химического состава газа, находящихся в кольцевом канале между кладкой канала и корпусом смесителя. Результаты экспериментов приведены а таблице. Из таблицы видно, что при отношении суммарной площади отверстий в смесителе к площади меньшего основания конфузора, равном 0,22-0,45, обеспечивается устойчивая работа горелки, недопущение продуктов сгорания k поверхности смесителя и меньший выход оксидов азота. При f 0,45 хотя продукты сгорания не поступают в кольцевой канал и количество NOX не увеличивается, но горелка начинает неустойчиво работать при изменении расхода воздуха. Следовательно, в смесителе необходимо разместить отверстия для выпуска наружу вторичного воздуха, чтобы отношение их суммарной площади составляло 0,22-0,45 к площади меньшего основания конфузора. Экономические и технические преимущества предлагаемой газовой горелки состоят в том, что сочетание заявляемых признаков позволяет: а) обеспечить увеличение срока в эксплуатации горелки, вследствие исключения коррозии смесителя; б) повысить безопасность эксплуатации горелки, вследствие организации устойчивого безотрывного горения при изменениях расходов газа и воздуха; в) снизить выход ток-сичных оксидов азота, вследствие организации двухстадийного сжигания газа