Блочний інжекційний пальник

1 Блочний інжекційний пальник, який містить корпус, в нижній частині якого розташована повітророзподільна камера, а в верхній - короб, вимощений вогнетривкою кладкою, в верхній частині якого розташований стабілізатор, виконаний у вигляді тунелю вздовж усього пальника, розміщений в нижній частині короба напірний газовий колектор з вхідним патрубком, вертикально розташований вздовж осі напірного газового колектора ряд цен тральних повітроперепускних каналів-змішувачів, виконаних з труб, у стінках яких виконані отвори під гострим кутом до осі труб і які виходять крізь протилежні стінки напірного газового колектора і з'єднані зверху із стабілізатором, а знизу - з повітророзподільною камерою і, в свою чергу, оточені набиттям з вогнетривкої маси, закріпленим у коробі з вогнетривкої кладки, в якій паралельно центральним повітроперепускним каналамзмішувачам розташовані вертикальні бокові повітроперепускні канали, який відрізняється тим, що в пальнику виконані додаткові повітроперепускні канали, розташовані у вогнетривкій кладці під прямим кутом до бокових повітроперепускних каналів і з'єднані із стабілізатором 2 Блочний інжекційний пальник за п 1, який відрізняється тим, що сума прохідних перерізів додаткових повітроперепускних каналів дорівнює 20-60 % від суми прохідних перерізів бокових повітроперепускних каналів і центральних повітроперепускних каналів-змішувачів Винахід стосується конструкції блочних інжекційних пальників (БІП) для устаткування працюючих на газовому паливі топок водогрійних і парових котлів малої та середньої потужності, які використовують найчастіше у системах опалення громадських та промислових будівель чи для технологічних цілей у промисловості Відомий пальник , який має корпус, повітророзподільну камеру у нижній частині корпусу, напірний газовий колектор, розміщений над повітророзподільною камерою, вогнетривку кладку, в якій виконано відкритий зверху тунель по всій довжині газового колектора, трубчасті повітроперепускні канали, що виконують роль інжекторів-змішувачів, жорстко закріплених в донній та верхній частинах газового колектора та у вогнетривкій кладці і сполучених через відкриті торці знизу з повітророзподільною камерою, а зверху - з тунелем у вогнетривкій кладці, а, також, крізь отвори у стінках труб - з порожниною газового колектора (Ахмедов Р В и др "Рациональное использование газа в энерге тических установках", Л "Недра", 1990, с 204) Розподілений по великій КІЛЬКОСТІ місць підсос повітря у інжектори-змішувачі крізь буферну повітророзподільну камеру, змішування газоподібного палива з повітрям та горіння суміши у середині вогнетривкої кладки сприяє утворенню оксидів азоту (NOX) у полум'ї таких пальників у КІЛЬКОСТІ, яка перевищує норми Державного стандарту Відома також і найближча по конструкції до заявляемого БІП конструкція блочного інжекційного пальника по патенту РФ №2018768 Мкл5 F23D14/22, 1991г БІП-прототип має корпус, повітророзподільну камеру у нижній частині корпусу, напірний газовий колектор, розміщений над повітророзподільною камерою, вогнетривку кладку, виконану із щілиною у верхній частині та розміщеною вздовж усього газового колектора, центральні повітроперепускні канали-змішувачі з отвором у стінах, виконані з труб і жорстко закріплені у стінах газового колектора та вогнетривкій кладці, відкриті кожен з нижнього торця - у повітророзподільну О со го 00 Ю 51833 камеру, а з верхнього - у щілину у вогнетривкій кладці і крізь отвори у стінках центральних повітро-перепускних каналів-змішувачів - у порожнину газового колектора, а також бокові (периферійні) повітроперепускні канали, виконані у вогнетривкій кладці паралельно центральним повітроперепускним каналам-змішувачам з сумою прохідних перерізів, що складає 2 0 6 0 % від суми прохідних перерізів усіх повітроперепускних каналів (центральних повітроперепускних каналів-змішувачів і бокових (периферійних) повітропе-репускних каналів) Завдяки боковим (периферійним) повітроперепускним каналам і забезпеченню тим самим перерозподілу повітря, одна частина якого із повітророзподільної камери іде крізь центральні перепускні канали-змиїптувачі, де змішується з пальним газом, який надходить з газового колектора в середину центральних повітророзподільних каналів-змішувачів крізь отвори у стінках цих каналів, а друга - із повітророзподільної камери іде крізь бокові (периферійні) повітроперепускні канали в топку, в центральних повітроперепускних каналахзмішувачах утворюється повітряногазова суміш з недостатньою для повного згоряння газу КІЛЬКІСТЮ повітря (І ступінь горіння), а в топці повітряногазова суміш вже з достатньою для повного згоряння газу КІЛЬКІСТЮ повітря (II ступінь горіння) На І ступені горіння протікає з порівняно невисокою температурою На II ступені горіння відбувається догоряння тієї частини суміши, яка не згоріла на І ступені горіння за рахунок недостатньої КІЛЬКОСТІ повітря Внаслідок цього знижується концентрація оксидів азоту Але через бокові (переферійні) повітроперепускні канали струм повітря іде супутнім (паралельним) потоком відносно факела Через це час догоряння суміші на II ступені горіння збільшується, внаслідок чого збільшується довжина факелу і тим самим стає можливим перенос процесу догоряння за топку, у конвективний газохід - у відносно низькотемпературну зону, тобто утворюється реальна загроза присутності у продуктах згоряння оксидів вуглецю, які в низькотемпературній зоні заморожуються і робляться сталими В основу винаходу покладено завдання вдосконалення блочного інжекційного пальника, в якому, завдяки вводу та розташуванню додаткових повітроперепускних каналів у вогнетривкій кладці, забезпечується більш інтенсивний процес підмішування повітря для спалення газу та, внаслідок цього, зменшується висота факелу і знижується концентрація шкідливих речовин, що призводить до покращення екологічного стану навколишнього середовища Технічний результат досягається тим, що у блочному інжекційному пальнику, який містить корпус, в нижній частині якого розташована повітророзподільна камера, а в верхній - короб, вимощений вогнетривкою кладкою, у верхній частині якого розташований стабілізатор, виконаний у вигляді тунелю вздовж усього пальника, розміщений у нижній частині короба напірний газовий колектор з вхідним патрубком, вертикально розташований вздовж осі напірного газового колектора через його верхню та нижню стінки ряд центральних по вітроперепускних каналів-змішувачів, виконаних з труб, у стінках яких зроблені твори під гострим кутом до осі труб і які виходять крізь протилежні стінки напірного газового колектора і, таким чином, з'єднані зверху із стабілізатором, а знизу - повітророзподільною камерою, і, в свою чергу, оточені набиттям з вогнетривкої маси, закріпленим у коробі з вогнетривкої кладки, в якій паралельно центральним повітроперепускним каналамзмішувачам розташовані вертикальні бокові повітроперепускні канали, згідно з винаходом, в пальнику виконані додаткові повітроперепускні канали, розташовані у вогнетривкій кладці під прямим кутом до бокових повітроперепускних каналів і з'єднані з стабілізатором Додатковою ознакою є те, що сума прохідних перерізів додаткових повітроперепускних каналів дорівнює 20-ь60% від суми прохідних перерізів бокових повітроперепускних каналів та центральних повітроперепускних каналів-змішувачів Завдяки додатковим повітроперепускним каналам частина від загальнонеобхідної КІЛЬКОСТІ повітря для повного згоряння газу, яка іде по бокових (периферійних) каналах, попадає під прямим кутом у корінь факелу, який утворений із суміші повної КІЛЬКОСТІ газу і недостатньої КІЛЬКОСТІ повітря у центральних повітророзподільних каналахзмішувачах, і, тим самим, забезпечує більш інтенсивне підмішування цієї залишкової КІЛЬКОСТІ повітря у корінь факелу, а також повне згоряння газу у порівняно короткому факелі, тобто, без присутності в продуктах згоряння оксидів вуглецю Сутність винаходу пояснюється описом заявленого БІП із посиланням на креслення, де зображено на фіг 1 - БІП у подовжньому перерізі, на фіг 2 - БІП у поперечному перерізі, на фіг 3 - вид зверху БІП вміщує корпус 1, в нижній частині якого розташована повітророзподільна камера 2, а в верхній - короб, виконаний вогнетривкою кладкою З, в верхній частині якого розташований стабілізатор 4, виконаний у вигляді тунелю вздовж усього пальника В нижній частині короба розміщений напірний газовий колектор 5 з вхідним патрубком 6 Вздовж ВІСІ напірного газового колектора 5 через його верхню (стельну) і нижню (дону) стінки вертикально встановлений ряд центральних повітророзподільних каналів-змішувачів 7, виконаних з труб, у стінках яких зроблені отвори 8 під гострим кутом до ВІСІ труб При цьому труби каналівзмішувачів 7 виходять крізь протилежні стінки напірного газового колектора 5 і, таким чином, зверху вони з'єднані з стабілізатором 4, а знизу - з повітророзподільною камерою 2 В свою чергу, труби центральних повітроперепускних канал івзмішувачів 7 оточені набиттям 9 з вогнетривкої маси, закріпленим у коробі з вогнетривкої кладки З В вогнетривкій кладці 3 короба паралельно центральним повітро-перепускним каналамзмішувачам 7 розташовані вертикальні бокові (периферійні1) повітроперепускні канали 10 До каналів 10 під прямим кутом приєднані додаткові повітроперепускні канали 11, які з'єднані з стабілізатором 4 Тобто, додаткові повітроперепускні канали 51833 11 є продовженням бокових повітроперепускних каналів 10 і, як і останні, мають сумарний прохідний переріз, рівний 20-ь60% від суми прохідних перерізів бокових повітроперепускних каналів та центральних повітроперепускних канал івзмішувачів У нижній ВХІДНІЙ частині повітроперепускних каналів можуть бути встановлені шибери 12 для поточного регулювання розподілу повітря крізь центральні повіт-ропере-пускні канал измішувачі 7 і бокові 10, а також додаткові 11 повітроперепускні канали На вході у повітророзподільну камеру 2 також може бути встановлений загальний шибер 13 Таким чином, центральні канали-змішувачі 7 відкриті з нижнього торця у повітророзподільну камеру 2, а з верхнього - у стабілізатор 4 і крізь отвори 8 у стінках труб каналів-змішувачів - у порожнину напірного газового колектора 5 Для зменшення аеродинамічного опору перехід з бокових (периферійних) каналів 10 до додаткових 11 може бути плавним Форма бокових (периферійних) і додаткових 11 повітроперепускних каналів може бути, переважно, у вигляді щілини чи у вигляді паралельних рядів-отворів Газовий напірний колектор 5 може бути виконаний як у вигляді короба, так і у вигляді циліндру Для збільшення теплової потужності пальника на одиницю його довжини блочний інжекційний пальник (БІП) може мати не один, а два чи три вертикально розташованих ряди центральних повітроперепускних канал ів-змішувачів, а, також, крім традиційного розміщення на вертикальних бокових чи фронтальній стінках топок котлів пальник може розміщуватись на поду топки, що значно зменшує аеродинамічний шум Для подовження терміну експлуатації труб центральних повітроперепускних каналів-змішувачів верхня частина їх, довжиною 10-ь20% від довжини всієї труби може виготовлятися з вогнетривкого металу, наприклад, з нержавіючої сталі Описаний БІП працює таким чином Пальний газ під зайвим тиском подають крізь вхідний патрубок 6 у напірний газовий колектор 5 Проходячи крізь отвори 8 у стінках вертикально розташованих труб центральних повпро-перепускних каналівзмішувачів 7, цей газ інжектує первинне повітря із повітророзподільної камери 2 в порожнину цих каналів і змішується з ним Пальна суміш виходить крізь тунель стабілізатора 4, де формує факіл Вторинне повітря, яке з повітророзподільної камери 2 виходить в бокові (периферійні*) повітроперепускні канали 10, подають додатковими повітропере-пускними каналами 11 під прямим кутом в тунель стабілізатора, тобто, у корінь факелу У тому разі, коли сума прохідних перерізів додаткових повіт-роперепускних каналів не виходить за межі 20-ь60% від суми прохідних перерізів бокових повітроперепускних каналів та центральних повітропере-пускних каналів-змішувачів, концентрація оксидів вуглецю у продуктах горіння на виході з топки не буде більше 130мг/м3, довжина факелу буде не більше 0,8 висоти топки, а концентрація оксидів азоту у продуктах горіння буде приблизно така ж як у прототипі, тобто, не більш 170мг/м3 Цей позитивний ефект був встановлений у експериментах з пропонованим БІП в Інституті газу НАНУ на дослідному стенді, що виконував роль топки В поду топки був виконаний відомий пальник ПІБ (БИГ-1-13 по ТУ 51-464-89 Мінгазпрома СРСР), який був доповнений боковими (периферійними) повітроперенускними каналами, згідно до патенту РФ №2018768, та додатковими повітроперепускними каналами, які є продовженням перших і розташованими до них під прямим кутом і з'єднані з тунелем стабілізатора Додаткові повітроперепускні канали для подання вторинного повітря у корень факелу повз центральні повітроперепускні канал и-змішувачі були виконані у вигляді щілин довжиною, що приблизно дорівнює довжині пальника, та обладнані шиберами для регулювання витрат вторинного повітря При повністю відчинених шиберах сума прохідних перерізів щілин дорівнювала 66,6% суми прохідних перерізів бокових повітроперепускних каналів та центральних повітроперепускних каналів-змішувачів За допомогою цих шиберів іметувалась зміна суми прохідних перерізів бокових щілин від 0 до 66,6 % від суми прохідних перерізів бокових повітроперепускних каналів та центральних повітроперепускних каналів-змішувачів Природний газ подавали до газового колектора при надлишку тиску 0,7 0,8кгс/см2 (0,07 0,08МПа), а повітря надходило у повітророзподільну камеру безпосередньо з атмосфери Концентрація оксидів азоту і вуглецю у продуктах згоряння на виході з топки визначали всесвітньовідомим німецьким газоаналізатором "TestoTerm-ЗЗ", а довжину факелу візуально Результати експериментів подано у таблиці Як видно, з таблиці, заявлена БІП у порівнянні з прототипом при фактично однаковому зниженні оксидів азоту має таку перевагу, - в теплотехнічному відношенні забезпечена меньша висота факелу, яка не буде виходити за межі висоти топок, працюючих водогрійних і парових котлів малої та середньої потужності, в екологічному відношенні забезпечено рівень концентрації оксидів вуглецю, який не перевищує рівня 130мг/м (ГОСТ-10 617) в заявленому діапазоні, - розподіл повітря з допомогою бокових і додаткових каналів збільшує СТІЙКІСТЬ горіння (запобігає проскоку полум'я при зменшені тиску газу) і, тим самим, дає можливість на основі відомих пальників ПІБ, які працюють на газі тиском 8000кгс/м2, розробити пальники на газі тиском до 2000кгс/м2 і 500кгс/м2 51833 Технологічні показники роботи експериментального пальника БІП при використанні додаткових каналів, згідно винаходу, порівняно з прототипом Доля площі додаткових повітропе репускних каналів у сумарній ПЛОЩІ бокових і центральних повітрянопере-пускних каналів 0 15 20 35 45 50 55 60 66 Примітка Згідно винаходу Доля вторинного повітря у загальних Концентрація витратах оксидів азоту у продуктах повітря згоряння,мг/м3 на горіння, % 0 5 10 15 25 ЗО 35 40 45 350* 255* 170 160 160 145 150 135 130 *Більше норми (норма не більше 250) Таблиця Для прототипа Концентрація Концентрація оксидів вугДовжина оксидів азоту лецю у продуктах зго- факелу, м у продуктах 3 згоряння,мг/м ряння, мг/м3 60 70 70 90 90 100 110 100 1,40 1,50 1,60 1,60 1,71,75 1,70 1,70 170* *Більше норми (норма не більше 130) 2,0 350* 255* 170 160 160 145 140 135 135 *Більше норми (норма не більше 250) Концентрація оксидів вуглецю у про- Довжина дуктах зго- факелу, м ряння, мг/м3 60 100 100 130 150 160 180 200 1,4 1,7 2,0 2,3 2,4 2,3 2,5 2,5 300* 3,0* *горшня не стійке *факел млявий 51833 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10