Пристрій для спалювання газу

1. Пристрій для спалювання газу, що містить корпус з розташованим у ньому вузлом розподілу газу, виконаним у вигляді, щонайменше, двох паралельно встановлених стабілізаторів полум'я, кожний з яких складається з порожнього обтічного корпусу з газорозподільними отворами і хвостовиком, щонайменше, одним вихреутворювачем, виконаним у вигляді поглиблення, який відрізняється тим, що вихреутворювач розташований перпендикулярно поздовжньої осі стабілізатора полум'я, газорозподільні отвори розміщені на корпусі кожного стабілізатора полум'я, по меншій мірі, двома рядами, а відношення відстані між стабілізатором полум'я і стінкою корпусу пристрою для спалювання газу до товщини стабілізатора складає 0,39-0,49. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що газорозподільні отвори в кожному ряді відстоять U 2 (19) 1 3 Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до пристрою, що заявляється, є пристрій для спалювання газу, відомий з опису до патенту України на винахід № 54616 (МПК F23Q 13/02, F23R 3/32, заявл. 12.03.2001 р., опубл. 17.03.2003 р.), що складається з корпусу з розташованим в ньому вузлом розподілу газу, виконаним у вигляді, щонайменше, двох паралельно встановлених стабілізаторів полум'я, кожний з яких складається з порожнього обтічного корпусу з газорозподільними отворами і хвостовиком, спорядженим, щонайменше, одним вихреутворювачем, виконаним у вигляді поглиблення, а відношення відстані між стабілізатором полум'я і стінкою корпусу пристрою для спалювання газу до товщини стабілізатора складає 0,5-10. Вихреутворювач виконаний у вигляді заглиблення на поверхні хвостовика, відношення довжини заглиблення до його глибини складає не більше 5. Відношення відстані між газороздавальними отворами до їхнього діаметра складає 2-5. Відомий пристрій не забезпечує необхідну довжину зони високого градієнта температур і рівномірність розподілу газу по перетину фронту пристрою для спалювання газу. Це не дозволяє оптимізувати умови горіння. Те, що вихреутворювач виконаний у вигляді заглиблення на поверхні хвостовика, відношення довжини заглиблення до його глибини складає не більше 5, є причиною турбулізації потоку, що погіршує рівномірність горіння факела. Тому недоліком даного пристрою є недостатня ефективність згоряння газу через нераціональний розподіл газу по перетину фронту пристрою для спалювання газу та, відповідно, нерівномірності концентраційного состава газоповітряної суміші на виході з пристрою для спалювання газу, а так само підвищений гідравлічний опір по повітряному тракту. Процес одержання товарного продукту є дорогим, а вихід придатного - низьким. Особливо це характерно при використанні відомого пристрою в мартенівських печах, барабанних печах випалу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою для спалювання газу, в якому введення нових конструктивних елементів і наявність нових зв'язків між елементами, а також нове виконання елементів пристрою і нове співвідношення їх розмірів забезпечують подовження зони високого градієнта температур і поліпшення рівномірності розподілу газу по перетину фронту пристрою для спалювання газу, що дозволяє оптимізувати умови горіння, здешевити процес одержання товарного продукту, а також підвищити вихід придатного. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для спалювання газу, що складається з корпусу з розташованим у ньому вузлом розподілу газу, виконаним у вигляді, щонайменше, двох паралельно встановлених стабілізаторів полум'я, кожний з яких складається з порожнього обтічного корпусу з газорозподільними отворами і хвостовиком, щонайменше, одним вихреутворювачем, виконаним у вигляді поглиблення, новим є 66662 4 те, що вихреутворювач розташований перпендикулярно поздовжній осі стабілізатора полум'я, газорозподільні отвори розміщені на корпусі кожного стабілізатора полум'я, щонайменше, двома рядами, а відношення відстані між стабілізатором полум'я і стінкою корпусу пристрою для спалювання газу до товщини стабілізатора складає 0,39-0,49. Новим є також те, що газорозподільні отвори в кожному ряді відстоять один від одного з однаковим кроком, при цьому осі газорозподільних отворів верхнього і нижнього рядів збігаються, а осі газорозподільних отворів двох поряд встановлених стабілізаторів полум'я збігаються або зміщені переважно на половину кроку, обумовленого формулою: L=1,2 √S÷6,0 √S, де L - розмір кроку між перетинанням осей сусідніх газорозподільних отворів, S - площа газорозподільних отворів. Новим є також те що газорозподільні отвори кожного ряду стабілізатора полум'я розміщені переважно на відстані Х=5 √S ÷ 7 √S від кінця хвостовика. Новим є також те, що вихреутворювач виконаний у вигляді поглибленої плоскої стінки і має відношення довжини до глибини не менш 5. Новим є також те, що газорозподільні отвори виконані прямокутної або квадратної форми. Новим є також те, що газорозподільні отвори виконані круглої або овальної форми. Новим є також те, що газорозподільні отвори виконані у вигляді правильних багатокутників. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак пристрою, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в тому, що: вихреутворювач розташований перпендикулярно поздовжній осі стабілізатора полум'я; газорозподільні отвори розміщені на корпусі кожного стабілізатора полум'я, щонайменше, двома рядами; відношення відстані між стабілізатором полум'я та стінкою корпусу пристрою для спалювання газу до товщини стабілізатора складає 0,39-0,49 у сукупності з відомими ознаками забезпечують подовження зони високого градієнта температур і поліпшення рівномірності розподілу газу по перетину фронту пристрою для спалювання газу, що дозволяє оптимізувати умови горіння, здешевити процес одержання товарного продукту, а також підвищити вихід придатного. Пояснюється це таким чином. Те, що відношення відстані між стабілізатором полум'я і стінкою корпусу пристрою для спалювання газу до товщини стабілізатора складає 0,390,49 забезпечує подовження зони високого градієнта температур та, відповідно, необхідну довжину цієї зони і рівномірність розподілу газу по перетину фронту пристрою для спалювання газу. Це дозволяє оптимізувати умови горіння. Те, що газорозподільні отвори розміщені на корпусі кожного стабілізатора полум'я, щонайменше, двома рядами, забезпечує рівномірний та раціональний перерозподіл потоку газу. 5 Те, що вихреутворювач виконаний у вигляді поглибленої плоскої стінки, розташованої перпендикулярно поздовжній осі стабілізатора полум'я, дозволяє суттєво збільшити тривалість горіння за рахунок створення додаткової зони рециркуляції високотемпературних димових газів. Регулювання тривалості горіння залежно від величини витрати газу здійснюється зміною співвідношення довжини поглиблення до його глибини, що забезпечує необхідну турбулентність газоповітряного потоку. Те, що газорозподільні отвори в кожному ряді мають відстояти один від одного з однаковим кроком, при цьому осі газорозподільних отворів верхнього і нижнього рядів збігаються, а осі газорозподільних отворів двох поряд встановлених стабілізаторів полум'я збігаються або зміщені переважно на половину кроку, обумовленого формулою: L=1,2 √S÷6,0 √S, де L - розмір кроку між перетинанням осей сусідніх газорозподільних отворів, S - площа газорозподільних отворів, установлено емпірично. Подача газу через газорозподільні отвори, встановлені з іншим кроком, приводить до нераціонального розподілу газу по перетину фронту пристрою для спалювання газу і, відповідно, нерівномірності концентраційного складу газоповітряної суміші на виході з пристрою, що, в свою чергу, приведе до надлишку або недоліку окислювача у потоці. В результаті цього, факел пристрою для спалювання газу може суттєво подовжуватися, підвищуються значення викидів окису вуглецю і окислів азоту, перегріваються елементи вогнетехнічного об'єкту. Експериментально також встановлено, що для рівномірного і раціонального перерозподілу потоку газу пристрій для спалювання газу повинен бути виготовлений у вигляді декількох з'єднаних між собою стабілізаторів полум'я з газорозподільними отворами на корпусі стабілізатора, розташованими з однаковим кроком L=1,2 √S ÷ 6,0 √S. При розмірі кроку понад 6,0√S відбувається збільшення відстані між струменями газоповітряної суміші, що приводить до зміни середнього складу газової суміші в зоні рециркуляції і негативно позначається на процесі спалювання газу. Стабілізатор полум'я виконується з верхнім і нижнім рядами газорозподільних отворів, які у ряді відстоять один від одного з однаковим кроком, причому осі газорозподільних отворів верхнього і нижнього рядів збігаються. При цьому осі газорозподільних отворів двох поряд встановлених стабілізаторів полум'я збігаються або зміщені переважно на половину кроку, обумовленого наведеною формулою. Таке виконання газорозподільних отворів дозволяє поліпшити аеродинамічну структуру потоку газоповітряної суміші та взаємодію зон зворотних струмів за кожним струменем газоповітряної суміші. Ці індивідуальні зони зворотних струмів поєднуються в єдину зону зворотних струмів за системою струменів, що сприяє стабілізації полум'я за рахунок рівномірного фронту подачі газу в потоці повітря. Верхній і нижній ряди газорозподільних отворів переважно розмішуються від кінця хвостовика 66662 6 на відстані Х=5 √S ÷ 7 √S, відлічуваної від перетинання осей крайніх газорозподільних отворів кожного ряду. Розташування газорозподільних отворів на зазначеній відстані від кінця хвостовика дозволяє повітряному потоку рівномірно розмивати газові струмені до попадання в зону зворотних струменів. Якщо відстань від газорозподільних отворів до кінця хвостовика відмінна від зазначеного, то газоповітряна суміш не буде рівномірно змішуватись, що впливає на процес горіння. Створення оптимальної площі перетину для проходу повітря, необхідного для горіння, може забезпечуватися тим, що відстань між стабілізаторами полум'я в 2 рази перевищує відстань між корпусом стабілізатора полум'я та стінкою зовнішнього корпусу пристрою, що заявляється. Крім того, виконання стабілізатора у вигляді поглибленої плоскої стінки, розташованої перпендикулярно поздовжній осі стабілізатора полум'я, дозволяє суттєво збільшити тривалість горіння за рахунок створення додаткової зони рециркуляції високотемпературних димових газів. Регулювання тривалості горіння залежно від величини витрати газу здійснюється зміною співвідношення відношення довжини поглиблення до його глибини, що переважно становить не менш 5, забезпечуючи необхідну турбулентність газоповітряного потоку. Заявлений пристрій пояснюється кресленнями. На фіг. 1 - зображений пристрій для спалювання газу з двома стабілізаторами і торцевими вихреутворювачами. На фіг.2 - зображені стабілізатори з торцевим вихреутворювачем у формі поглибленої плоскої стінки, газорозподільні отвори виконані прямокутної форми. На фіг. 3 - зображені стабілізатори з торцевим вихреутворювачем у формі поглибленої плоскої стінки, газорозподільні отвори виконані квадратної форми. На фіг. 4 - зображені стабілізатори з торцевим вихреутворювачем у формі поглибленої плоскої стінки, газорозподільні отвори виконані круглої форми. На фіг. 5 - зображені стабілізатори з торцевим вихреутворювачем у формі поглибленої плоскої стінки, газорозподільні отвори виконані трикутної форми. Пристрій для спалювання газу складається з зовнішнього корпусу 1 і вузла 2 розподілу газу, що містить два жорстко встановлених і паралельних один до одного стабілізатора 3 полум'я, розташованих на відстані t/2 від стінки корпусу 1 і на відстані t один від одного. Стабілізатор 3 полум'я складається з корпусу 4, який виконаний у вигляді порожнього обтічного профілю, що має верхній ряд 5 і нижній ряд 6 газорозподільних отворів 7 прямокутної, квадратної, круглої і багатокутної форм з довжиною перетину F, розташованих на відстані L один від одного і на відстані X від кінця хвостовика 8. Осі газорозподільних отворів 7 нижнього ряду 6 зміщені щодо осей газорозподільних отворів 7 верхнього ряду 5 на величину L/2. Кінець хвостовика 8 оснащений торцевим вихреутворювачем 9 у вигляді поглибленої плоскої стінки, роз 7 ташованої перпендикулярно поздовжній осі стабілізатора 3 полум'я, з довжиною 1 і висотою поглиблення h. Пристрій для спалювання газу працює таким чином. Газ, що подається у вузол 2 для розподілу газу, подають до корпусу 4 стабілізатора 3 полум'я і через верхній ряд 5 і нижній ряд 6 газорозподільних отворів 7 направляють в потік повітря, що набігає, яке подають у корпус 1 пристрою для спалювання газу. Отримана газоповітряна суміш запалюється і стабілізується за рахунок взаємодії з високотемпературними продуктами згоряння, які надходять із зони рециркуляції, утвореної за поглибленою плоскою стінкою вихреутворювача 9 хвостовика 8. При цьому розміщення газорозподільних отворів 7 з абсолютним кроком L і зміщення 66662 8 верхнього ряду 5 і нижнього ряду 6 газорозподільних отворів 7 один відносно одного на величину L/2 забезпечує підтримку в зоні зворотних струмів суміші в стійких межах запалення, максимально можливу повноту згоряння газу і стійке безвідривне горіння. Оптимальне співвідношення відстані між стабілізатором 3 полум'я і стінкою корпусу 1 пристрою для спалювання газу до товщини стабілізатора 3 встановлене експериментально, для чого змінювали його за межі заявленого (№№ 1-5), обирали оптимальним (№ 3), задавали граничні значення (№ 2, № 4) та вимірювали довжину факелу в паспортному режимі, швидкість струму та обчислювали ККД. Дані, які отримані, подані в нижченаведеній таблиці. Таблиця Співвідношення відстані між стабілізатором полум'я і стінкою № Довжина факелу у пас- Швидкість, ККД, корпусу пристрою для спалювання газу до товщини стабіліп/п портному режимі, м м/с % затора 1 2 3 4 5 1 0,35 8,56 62 93 2 0,39 8,5 60 97 3 0,44 6,4 56 97,5 4 0,49 5,8 42 98 5 0,5 4,2 35 96 Використання пристрою, що заявляється, дозволяє підвищити повноту та ефективність згоряння палива, стійкість запалювання і стабілізацію фронту горіння, необхідну довжину факела полум'я в камері горіння, відсутність перегрівів елементів пристрою, мінімальний опір по повітряному і газовому трактах, простоту виготовлення і обслуговування пристрою, модульність, що дозволяє конструювати пристрій необхідної потужності. Заявлений пристрій дозволяє покращити техніко-економічні, екологічні показники та підвищити надійність паливовикористовуючого устаткування і може бути використане для спалювання палива з 3 3 калорійністю від 2000 ккал/м до 12000 ккал/м , таких як природний газ, метан, коксовий газ, доменний газ та їх сумішей. Заявлений пристрій може бути виготовлений з використанням відомих технологій з відомих матеріалів і може бути використаний для спалювання газоподібного палива. 9 66662 10 11 66662 12 13 Комп’ютерна верстка М. Мацело 66662 Підписне 14 Тираж 23 прим. 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