Пальниковий пристрій газовий

Реферат: Пальниковий пристрій містить корпус з повітряним патрубком і вихідним циліндричним насадком, газову трубу зі штуцером, встановлену концентрично корпусу, з'єднану на вході з приводом зворотно-поступального механізму і з насадком на виході, концентрично розміщену внутрішню трубу з вхідним отвором для розділяння потоку повітря на центральний і периферійний та центральним вихідним соплом для подачі центрального потоку повітря у факел. У внутрішній трубі для подачі центрального потоку повітря перед центральним вихідним соплом встановлений завихрювач. Насадок на виході газової труби виконаний фігурним з зовнішніми дифузорно-конфузорними поверхнями і внутрішніми газовими соплами та з можливістю осьового переміщення для регулювання співвідношення периферійного і центрального потоків повітря. Забезпечується повнота згорання палива та регулювання довжини факела і теплової потужності при різних режимах роботи. UA 106830 C2 (12) UA 106830 C2 UA 106830 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до пристроїв для спалювання газоподібного палива і може бути використаний в металургії чорних і кольорових металів, в галузі машинобудування для опалення термічних печей, промисловості будівельних матеріалів, хімічній та інших галузях. Для ефективного спалювання палива необхідно, щоб конструкції розроблюваних пальників відповідали багаточисельним вимогам надійної і економічної роботи промислових енергетичних агрегатів. Пальники повинні забезпечувати повноту згоряння палива, регулювання довжини факела і теплової потужності при різних стадіях процесів, що дозволяє істотно економити паливо. Відомий пальник (Патент України № 62546, F23D 14/22, 2003 р., Бюл. № 12), що містить корпус з патрубком підведення повітря, центральний газопідвідний канал і додатковий повітряний канал, виконаний по осі газопідвідного каналу, який виведено у патрубок підведення повітря по його осі і оснащений дифузором, вхідний переріз якого розташовано на рівні чи вище верхньої твірної газопідвідного каналу, а вихідний отвір додаткового повітряного каналу розташовано на рівні вихідного отвору газопідвідного каналу. Додатковий повітряний канал виконано циліндричним і він утворює з внутрішньою поверхнею газового сопла кільцевий канал для витікання газу, а зовнішня поверхня газового сопла утворює з корпусом пальника на ділянці вихідного перерізу пальника кільцевий канал для витікання повітря. Вихідний переріз газового сопла обмежено кільцем з рівномірно розподіленими циліндричними отворами. Вихідний переріз газового сопла оснащено радіальними перегородками з прохідними каналами для витікання газу між ними. Перегородки встановлені під кутом 15-25° до повздовжньої осі на довжину 5-6 значень гідравлічного діаметра прохідного каналу для витікання газу. Відомий пальник не вирішує задачу забезпечення повноти згоряння палива при зміні теплової потужності пальника в процесі роботи. Однією з причин неповноти згоряння палива є нестабільність горіння палива в корені факела. При необхідності одержання короткого факела під дією рециркулюючих в кореневу зону продуктів згоряння відбувається обгоряння соплового апарату пальника. Найбільш близьким до пропонованого пальникового пристрою є газовий пальник (Патент України № 18014, F23D 14/22, 31.10.1997, Бюл. №5), який містить порожнистий циліндричний корпус з патрубком для подачі повітря і вихідним циліндричним насадком; дифузорне сопло, що стикається одним кінцем з торцем вихідного циліндричного насадка, в середній частині якого розміщене погано обтічне тіло-диск; газову трубу, встановлену концентрично корпусу, зв'язану з приводом зворотно-поступального механізму і оснащену на вихідному кінці сопловою вставкою; центральне конфузорне сопло; концентрично корпусу і газовій трубі розміщений елементрозподілювач повітря на два потоки, а також конфузорний насадок, який закріплений на вихідній частині газової труби і на сопловій вставці, в якій під кутом до осі пальника розміщені периферійні газові сопла, а елемент-розподілювач повітря виконаний у вигляді скривленої труби, розміщеної коаксіально всередині газової труби з виконаним навпроти патрубка для подачі повітря вікном, в якому закріплений вхідний кінець елементу-розподілювача повітря, а вихідний його кінець з'єднаний з вихідним торцем центрального конфузорного сопла, причому вихідні торці соплової вставки і конфузорного насадка розміщені в одній вертикальній площині. Відомий газовий пальник не забезпечує стійкого факела при збільшеній тепловій потужності. Існує небезпека відриву факела за рахунок погіршення його стабілізації. В конструкції газового пальника відсутні елементи, що покращують стійкість факела. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пальникового пристрою, в якому внаслідок використання додаткових деталей, зміни співвідношення площин подачі двох потоків повітря - основного центрального та периферійного, забезпечується повнота згорання палива, а розміщення дифузорно-конфузорного фігурного насадка - регулювання співвідношення повітря. На виході газової труби в комбінації з пристроєм завихрювача у внутрішньому основному центральному потоці повітря покращує стабілізацію факела, його жорсткість, довжину і настільність, а також регулювання довжини факела у різні періоди теплових режимів роботи агрегату, що дозволяє покращити енергетичні та екологічні показники процесу спалювання палива. Однією з важливих технічних особливостей (відмітних ознак) пальника є розумне розташування повітряних та газового потоків - основного повітряного по центру пальника, додаткового по периферії, а газового між ними, що дозволяє з іншими відмітними ознаками повне попереднє змішування палива з повітрям до запалювання факела, а це поліпшує роботу пристрою та тепловіддачу від факела до об'єкта, що нагрівається, таким чином суттєво скорочують витрати палива. 1 UA 106830 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розміщення завихрювача на виході внутрішньої повітряної труби забезпечує повне змішування палива з повітрям, підпалювання в корні факела і повне згоряння суміші, особливо при малих температурних навантаженнях. Регулювання співвідношення двох потоків повітря – основного центрального з встановленим завихрювачем в комбінації з периферійним за допомогою фігурного дифузорноконфузорного насадка-регулювача дозволяє при різних теплових навантаженнях забезпечувати стабілізацію факела і повноту згоряння, а в результаті - покращення екологічних та енергетичних показників процесу. Поставлена задача вирішується тим, що пальниковий пристрій містить корпус з повітряним патрубком і вихідним циліндричним насадком, газову трубу зі штуцером, встановлену концентрично корпусу, з'єднану на вході з приводом зворотно-поступального механізму і з насадком на виході, концентрично розміщену внутрішню трубу з вхідним отвором для розподіляння потоку повітря на центральний і периферійний та центральним вихідним соплом для подачі центрального потоку повітря у факел. Згідно з винаходом у внутрішній трубі для подачі центрального потоку повітря перед центральним вихідним соплом встановлений завихрював, а насадок на виході газової труби виконаний фігурним з зовнішніми дифузорноконфузорними поверхнями і внутрішніми газовими соплами та з можливістю осьового переміщення для регулювання співвідношення периферійного і центрального потоків повітря. Центральне вихідне сопло може містити приймальну конфузорну і циліндричну об'ємні внутрішні ділянки. Завихрювач може бути встановлений на відстані l=5-6 діаметрів вхідного діаметра центрального вихідного сопла. Вихідний фігурний насадок може містити зовнішні дифузорно-конфузорні поверхні з випуклістю останньої. Внутрішня поверхня фігурного насадка може містити вироблені сопла для виходу газу з поверхнями для встановлення конфузорноциліндричного центрального сопла для подачі вторинного потоку повітря. Конфузорна зовнішня поверхня фігурного насадка і вихідні газові сопла можуть бути нахилені до центральної осі пальникового пристрою під однаковим кутом, що дорівнює 30°. Вихідні торці сопел газу і вторинною потоку повітря можуть бути розміщені на рівні входу в циліндричний вихідний насадок корпусу пальникового пристрою. Співвідношення вихідного діаметра циліндричного насадка корпусу (D0) до діаметра вихідного циліндричного центральною сопла для подачі вторинного потоку повітря (D1) може знаходитись в межах D0/D1=1,8÷2,0. Роботу пальникового пристрою пояснюють креслення, де зображено запропонований пальниковий пристрій: загальний вигляд, повздовжній розріз (фіг. 1), вигляд по А (фіг. 2). Запропонований пристрій містить порожнистий циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для подачі повітря і вихідним циліндричним насадком 3, розташованим на вихідному кінці корпуса і з'єднаним з корпусом конічним перехідником 4. Всередині корпуса концентрично розміщена газова труба 5, яка герметично з'єднана з вхідним торцем 6 корпуса за допомогою закріпленого на вхідній частині газової труби 5 фланця - ступці 7. На вхідному кінці газової труби розміщений штуцер 8, на вихідній частині газової труби 5 жорстко встановлений фігурний насадок 9, виконаний у вигляді двовхідного і вихідного зворотних по нахилу один до одного по зовнішній поверхні внутрішніх газових сопел 10. Всередині газової труби 5 встановлена концентрично труба 11 для центрального потоку повітря зі скривленим вхідним кінцем, який щільно з'єднаний з верхньою частиною газової труби і має вхідне вікно 12, що встановлене навпроти осі вхідного повітряного патрубка 2. На вихідному кінці труби 11 встановлене вихідне центральне сопло 13, а перед ним встановлений завихрювач 14. Вихідні торці центрального сопла 13 і конфузорного насадка 9 розташовані в одній вертикальній площині. Між вхідним штуцером 8 і фланцем-маточиною. 7 розміщений привід зворотнопоступального механізму 15, головним елементом якого є регулюючий гвинт 16. Для переміщення мануальним способом гвинт 16 обладнаний рукояткою 17. Пальниковий пристрій працює наступним чином. Через патрубок 2 повітря подають в корпус 1 пальника, де воно розподіляється на два потоки, один з яких периферійний (основний), а другий – центральний. Периферійний потік повітря по кільцевому каналу між корпусом 1 і газовою трубою 5 і далі між конічним перехідником 4 корпусу 1 і конфузорним насадком 9 надходить у вихідний насадок 3. Центральний потік повітря через вікно 12, трубу 11 з завихрювачем 1 надходить через центральне вікно 13 у вхідний насадок 3 в центральну зону факела. Через штуцер 8 і газову трубу 5 в пальник подають газ, який по кільцевому каналу між внутрішньою поверхнею газової труби 5 і зовнішньою поверхнею труби 11 надходить у газові сопла 10 і далі в зону циліндричного насадка 3 між периферійним і центральним потоками повітря. При цьому, за рахунок роботи завихрювача утворюється ретельно перемішана суміш, 2 UA 106830 C2 5 10 15 що потім згоряє за циліндричним насадком 3. Наявність завихрювача в центральному потоці повітря дозволяє забезпечити додаткову стабілізацію горіння палива. При використанні пальникового пристрою в технологічних процесах нагріву або плавлення використовують гострі довгі факели з високою тепловою потужністю або широкі короткі факели, які одержують за рахунок переміщення газової труби 5 з конфузорним насадком 9 і розміщеною в трубі 5 трубою 11 з центральним потоком повітря. Випробування пальникового пристрою за найближчим аналогом і запропонованим винаходом проводили на вогневому стенді Інституту газу НАН України (габаритні розміри: 1000×1000 мм в перерізі, довжина 4000 мм). Випробували пальники при різних теплових режимах роботи на стійкість, стабілізацію факела при однакових витратах повітря і коефіцієнті надлишку повітря α=1,05. Результати серій випробувань представлені в таблицях 1 і 2. Аналіз результатів випробувань, що наведені в таблицях 1 і 2 показують, що пропонований пальниковий пристрій з завихрювачем центрального потоку повітря при зміні теплової потужності і співвідношення втрат периферійного і центрального потоків повітря в широких межах покращує перемішування палива з повітрям і забезпечує стійку стабільну роботу пальникового пристрою. Таблиця 1 Дані по стійкості факела пропонованого пальникового пристрою і пальника найближчого аналога при регулюванні співвідношення витрат периферійного і центрального потоків повітря № п/п VГ, м VП, м VП1/VП2, м α, град. 1 2 3 4 5 100 100 100 100 100 1050 1050 1050 1050 1050 5,5 5,0 3,0 1,0 0,5 18 18 18 18 18 3 3 3 Пальник за найближчим Пропонований пальник аналогом Режим роботи Обгорання сопел Пульсація факела Обгорання сопел Працює нормально Працює нормально Працює нормально Працює нормально Працює нормально Пульсація факела Пульсація факела Таблиця 2 Дані по стійкості факела пропонованого пальника і пальника за найближчим аналогом при регулюванні теплової потужності (витрат газу) пальників. № п/п VГ, м VП, м VП1/VП2, м α, град. 1 2 3 4 5 120 100 70 50 20 1260 1050 735 525 210 4 4 4 4 4 18 18 18 18 18 3 3 3 Пальник за найближчим Пропонований пальник аналогом Режим роботи Зрив факела Працює стійко Зрив факела Працює стійко Працює стійко Працює стійко Працює стійко Працює стійко Працює стійко Працює стійко 20 25 Аналіз результатів випробувань, що наведені в таблицях 1 і 2, показують, що пропонований пальниковий пристрій з завихрювачем центрального потоку повітря при зміні теплової потужності і співвідношення витрат периферійного і центрального потоків повітря в широких межах покращує перемішування палива з повітрям і забезпечує стійку стабільну роботу пальникового пристрою. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 1. Пальниковий пристрій, який містить корпус з повітряним патрубком і вихідним циліндричним насадком, газову трубу зі штуцером, встановлену концентрично корпусу, з'єднану на вході з приводом зворотно-поступального механізму і з насадком на виході, концентрично розміщену внутрішню трубу з вхідним отвором для розділяння потоку повітря на центральний і периферійний та центральним вихідним соплом для подачі центрального потоку повітря у факел, який відрізняється тим, що у внутрішній трубі для подачі центрального потоку повітря 3 UA 106830 C2 5 10 15 20 перед центральним вихідним соплом встановлений завихрювач, а насадок на виході газової труби виконаний фігурним з зовнішніми дифузорно-конфузорними поверхнями і внутрішніми газовими соплами та з можливістю осьового переміщення для регулювання співвідношення периферійного і центрального потоків повітря. 2. Пальниковий пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що центральне вихідне сопло містить вхідну конфузорну і циліндричну об'ємні внутрішні ділянки. 3. Пальниковий пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що завихрювач встановлений на відстані l=5-6 діаметрів вхідного діаметра центрального вихідного сопла. 4. Пальниковий пристрій за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що вихідний фігурний насадок містить зовнішні дифузорно-конфузорні поверхні з випуклістю останньої. 5. Пальниковий пристрій за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня фігурного насадка містить сопла для виходу газу з поверхнями для встановлення конфузорно-циліндричного центрального сопла для подачі центрального потоку повітря. 6. Пальниковий пристрій за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що конфузорна зовнішня поверхня фігурного насадка і вихідні газові сопла нахилені до центральної осі пальникового пристрою під кутом 30°. 7. Пальниковий пристрій за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що вихідні торці сопел для виходу газу і центрального потоку повітря розміщені на рівні вхідного отвору в циліндричний вихідний насадок корпусу пальникового пристрою. 8. Пальниковий пристрій за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що співвідношення діаметра вихідного насадка корпусу (D0) до діаметра вихідного центрального сопла для подачі центрального потоку повітря (D1) знаходяться в межах D0/D1=1,8-2,0. 4 UA 106830 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5