Газовий пальниковий пристрій

Реферат: Газовий пальниковий пристрій, що включає повітряну трубу, в порожнині якої розміщена газова труба з багатосопловим наконечником, який має поперемінні повітряні та газові сопла, сполучені з повітряним і газовим каналами труб відповідно, осі повітряних сопел розташовані на колі з центром на осі наконечника, а газові сопла представлені одним центральним і периферійними похилими каналами, при цьому канал повітряної труби має зону стабілізації потоку суміші окиснювача й палива. Зона стабілізації потоку суміші окиснювача й палива виконана з умови утворення кільцевого закрученого факела коаксіально основному, при цьому в кільцевому каналі між циліндричними поверхнями багатосоплового наконечника та повітряної труби розміщений завихрювач у вигляді порожнистого стакана, на зовнішній поверхні якого рівномірно виконані навскісні пази з умови подачі в зону стабілізації 10-20 % потоку з каналу повітряної труби, а периферійні канали виконані з умови - 20-40 % потоку з каналу газової труби. UA 99285 U (12) UA 99285 U UA 99285 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв, в яких газоподібне паливо спалюється для одержання полум'я, та може бути використана в металургії при нагріванні футерівки сталерозливних ковшів і для попереднього газополуменевого розігріву металу в електропечах. Відомий пристрій для спалювання потоків газу й окиснювача, що підводяться роздільно [FR № 2053278, F23D 13/00, ВОРІ "Listes" № 15, 16.04.1971]. Пристрій містить корпус для підведення окиснювача, на осі якого розташована газова труба, що закінчується соплом із центральним і бічними отворами. На соплі встановлений стабілізуючий насадок у вигляді зрізаного конуса, що має з боку підведення окиснювача перфоровану стінку, а з внутрішньої сторони на конічній стінці - вигнуті прорізи для закручення окиснювача. При цьому за перфорованою стінкою насадка є зона стабілізації суміші газу й окиснювача. Зона стабілізації суміші в конструкції даного пристрою виконана з незначною довжиною, завдяки інтенсивному баластуванню окиснювачем, що огинає стінку насадки. При цьому коефіцієнт надлишку окиснювача в зоні стабілізації не може бути постійним. Це знижує допустимі для нормальної роботи пальника вихідні швидкості газу й окиснювача до значень, що залежать від розмірів пальника. Тобто при збільшенні швидкості газу й окиснювача вище цих значень, відбувається передчасний відрив полум'я, що виключає можливість використання пальника при високих витратах газу й окиснювача. Відомий також пристрій для сушіння та розігрівання футерівки металургійних ємностей [описание изобретения к патенту RU № 2119845, B22D 41/015, Бюл. № 28, 10.10.1998]. Цей пристрій містить зовнішню повітряну трубу (корпус) і газову трубу із багатосопловим наконечником, встановленим всередині корпусу з утворенням кільцевого каналу. У наконечнику для струменевого поділу паливного потоку виконані шість периферійно розташованих під кутом 45° сопел і одне центральне сопло, що розташоване співвісно багатосопловому наконечнику. Для формування окисного потоку факела наконечник виконаний із додатковими соплами, розташованими по колу вздовж осі наконечника з можливістю їх сполучення з міжтрубним простором, пов'язаним із колектором подачі окиснювача. У конструкції пристрою для сушіння та розігрівання футерівки за рахунок виконання додаткових сопел та їх розташування по колу вздовж осі наконечника з можливістю сполучення з каналом для подачі окиснювача через зменшення подачі окиснювача в кільцевий канал при огинанні конічної стінки наконечника дещо збільшена зона стабілізації суміші газу й окиснювача. Збільшення зони стабілізації в сукупності з наявною можливістю регулювання положення багатосоплового наконечника щодо повітряної труби дозволяє забезпечити повне згоряння палива у всьому діапазоні його подачі. За сукупністю суттєвих ознак описаний газовий пальниковий пристрій для сушіння та розігрівання футерівки металургійних ємностей є найбільш близьким аналогом. До недоліків відомого рішення відноситься відносно низький коефіцієнт корисної дії пристрою, обумовлений нераціональним розподілом палива для основного фронту горіння та формування факела: потік палива, що сформований центральним соплом і чинить основний вплив на довжину факела, становить за обсягом тільки 15-20 % від основного потоку. При необхідності збільшити довжину факела 80-85 % обсягу палива буде нераціонально витрачатися на створення зовнішнього кільцевого фронту горіння. Також до недоліків відомого рішення відноситься необхідність регулювання положення наконечника щодо зовнішньої труби при зміні необхідних параметрів нагріву. Порушення умов регулювання наконечника призводить до надмірного температурного навантаження зовнішньої труби, і, як наслідок, її руйнування. В основу корисної моделі поставлена задача - створити високоефективний газовий пальниковий пристрій для спалювання газоподібного палива при високих витратах газу й окиснювача. Ця задача вирішується за рахунок технічного результату, що полягає у формуванні безвідривного довгого факела в умовах високих швидкостей витікання газу й окиснювача. Для досягнення цього технічного результату газовий пальниковий пристрій включає наступні ознаки: - корпус (повітряна зовнішня труба) з каналом для подачі повітря (окиснювача); - газова труба з багатосопловим наконечником; - газова труба співвісно розміщена в порожнині корпусу; - багатосопловий наконечник встановлений з утворенням кільцевого каналу (проміжку) між його циліндричною частиною та внутрішньою поверхнею корпусу; багатосопловий наконечник забезпечений поперемінними повітряними і газовими соплами, сполученими з каналом для подачі повітря та каналом газової труби, відповідно; 1 UA 99285 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - осі повітряних сопел рівномірно розташовані на колі з центром на поздовжній осі наконечника; - газові сопла представлені одним центральним і шістьма периферійними похилими каналами; - периферійні канали рівномірно розташовані по периметру наконечника під кутом 45 +/- 5°; - порожнина повітряної труби виконана з ділянкою (зоною) стабілізації потоку суміші окиснювача та палива; - довжина зони стабілізації потоку суміші окиснювача та палива визначається з умови L = (1/2-2/3) • D, де L-довжина зони стабілізації, D - діаметр каналу повітряної труби; - пальниковий пристрій забезпечений завихрювачем у вигляді порожнистого стакана; - на зовнішній поверхні завихрювача під кутом (наприклад, 25 +/- 5°) щодо його центральної осі рівномірно виконані пази; - завихрювач розміщений в кільцевому каналі з умови подачі в зону стабілізації 10-20 % потоку повітря з каналу зовнішньої труби; - периферійні канали виконані з умови подачі в зону стабілізації 20-40 % потоку газу з каналу газової труби. Заявлений і відомий пристрої мають наступні подібні ознаки: газовий пальниковий пристрій, що включає повітряну трубу, в порожнині якої розміщена газова труба з багатосопловим наконечником, який має поперемінні повітряні та газові сопла, сполучені з повітряним і газовим каналами труб, відповідно, осі повітряних сопел розташовані на колі з центром на осі наконечника, а газові сопла представлені одним центральним і периферійними похилими каналами, при цьому канал повітряної труби має зону стабілізації потоку суміші окиснювача й палива. Заявлений пристрій має наступні відмітні ознаки: зона стабілізації потоку суміші окиснювача й палива виконана з умови утворення кільцевого закрученого факела коаксіально основному факелу, при цьому в кільцевому каналі між циліндричними поверхнями багатосоплового наконечника та повітряної труби розміщений завихрювач у вигляді порожнистого стакана, на зовнішній поверхні якого рівномірно виконані навскісні пази з умови подачі в зону стабілізації 1020 % потоку з каналу повітряної труби, а периферійні канали виконані з умови - 20-40 % потоку з каналу газової труби. Крім того, довжина зони стабілізації потоку суміші окиснювача й палива визначається з умови L = (1/2-2/3) • D, де L - довжина зони стабілізації, D - діаметр каналу повітряної труби. Між відмітними ознаками корисної моделі та технічним результатом, що досягається, є причинно-наслідковий зв'язок. Окиснювач, що подається через повітряну зовнішню трубу, при досягненні конусоподібного наконечника розділяється на два потоки. Один потік в кількості 10-20 % від його загальної витрати через завихрювач подається до торця зовнішньої труби. Інший потік витікає через сопла, розташовані по колу вздовж осі наконечника у внутрішню зону горіння. У підсумку, потік окиснювача утворює два кільцевих фронти, розташованих коаксіально. Паливо в багатосопловому наконечнику також поділяється на два потоки. Один потік в кількості 20-40 % від його загальної витрати через периферійні отвори витікає в інтенсивно закручений завихрювачем потік окиснювача. Інший потік газу витікає через центральний отвір і формує довгий факел. Завдяки подачі палива в інтенсивно закручений потік окиснювача, що обтікає внутрішню периферійну частину зовнішньої труби (ділянку стабілізації), утворюється первинна однорідна суміш із коефіцієнтом надлишку окиснювача 0,30-0,45. Цей стабілізований потік суміші формує коротке та інтенсивне полум'я за торцем зовнішньої труби у вигляді кільцевого закрученого факела навкруг основного потоку, який витікає з повітряних і центрального газового сопел наконечника. Спалювання газу в зовнішньому інтенсивно закрученому кільцевому факелі здійснюється з надлишком окиснювача, достатньому для горіння без проміжних стадій. Спалювання газу в основному (внутрішньому) потоці здійснюється також до повного згоряння, однак при ускладненому змішуванні палива з окиснювачем, так як струменеві потоки зазначених енергоносіїв переміщуються паралельно і, як результат, довжина факела збільшується. Кільцевий факел первинної суміші забезпечує стабільне займання основного потоку газу на виході із зовнішньої труби без небезпеки відриву факела, що дозволяє здійснити спалювання газоподібного палива при високих швидкостях витікання газу й окиснювача в довгому факелі. При горінні первинної суміші кільцевий фронт полум'я прив'язаний до торця зовнішньої труби за рахунок сил тертя при проходженні суміші газу й окиснювача через стабілізуючу 2 UA 99285 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ділянку, при цьому горіння не здійснює руйнуючого теплового впливу на окремі деталі та пальниковий пристрій в цілому. Зменшення сумарної площі периферійних отворів наконечника нижче 20 % від загальної площі для витікання горючого газу призводить до зменшення паливного периферійного потоку та різкого скорочення довжини кільцевого закрученого факела і, як наслідок, загасання основного потоку полум'я (відриву факела) в умовах високих швидкостей. Збільшення площі зазначених отворів вище 40 % призводить до надмірного збільшення довжини зовнішнього кільцевого фронту горіння та зниження коефіцієнта корисного використання палива. Потік окиснювача в кількості 10-20 % від його загальної витрати відповідає витраті горючого газу в зоні стабілізації та забезпечує утворення однорідної суміші з коефіцієнтом надлишку окиснювача 0,30-0,45. Довжина зони стабілізації менше 1/2 діаметра зовнішньої труби є недостатньою для перемішування потоків газу й окиснювача, що поступають до неї, і формування закрученого зовнішнього потоку суміші, що "обтискає" основний потік газу й окиснювача. При збільшенні зони стабілізації понад 2/3 зазначеного діаметра має місце перегрів й обгоряння повітряної труби, що знижує надійність і працездатність пальникового пристрою. Виключення з вищевказаної сукупності відмітних ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення зазначеного технічного результату. Заявлене технічне рішення не відоме з рівня техніки, тому є новим. Корисна модель промислово застосовна - розроблена технічна документація заявленого газового пальникового пристрою, виготовлений і випробуваний дослідно-промисловий зразок. Суть корисної моделі більш повно розкривається за допомогою графічних матеріалів, де зображені на: фіг. 1 - газовий пальниковий пристрій; фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1. Газовий пальниковий пристрій включає повітряну трубу 1 (фіг. 1), в порожнині якої розміщена газова труба 2 (фіг. 2) з багатосопловим наконечником 3, який має поперемінні повітряні 4 та газові сопла, сполучені з повітряним 5 і газовим 6 каналами труб 1 і 2, відповідно. Осі повітряних сопел 4 (фіг. 1) розташовані на колі з центром на осі наконечника 3, а газові сопла представлені одним центральним 7 (фіг. 2) і периферійними похилими 8 каналами. Канал 5 повітряної труби 1 має зону стабілізації потоку суміші окиснювача й палива 9. Зона стабілізації потоку суміші окиснювача й палива 9 виконана з умови утворення кільцевого закрученого факела коаксіально основному. В кільцевому каналі між циліндричними поверхнями багатосоплового наконечника 3 та повітряної труби 1 розміщений завихрювач 10 у вигляді порожнистого стакана. На його зовнішній поверхні рівномірно виконані навскісні пази 11 з умови подачі в зону стабілізації 9 10-20 % потоку з каналу 5 повітряної труби 1, а периферійні канали 8 виконані з умови подачі в зону стабілізації 9 20-40 % потоку з каналу 6 газової труби 2. Довжину L (фіг. 2) зони стабілізації потоку суміші окиснювача й палива 9 можна встановити із залежності L = (1/2-2/3)·D, де L - довжина зони стабілізації 9, D - діаметр каналу 5 повітряної труби 1. Газовий пальниковий пристрій працює наступним чином. При роботі пальникового пристрою повітря під тиском 0,5-4 кПа надходить в канал 5 повітряної труби 1. Одночасно в канал 6 газової труби 2 подається горючий газпід тиском, що відповідає тиску повітря. Потік повітря розділяється на дві складові. 10-20 % від основного потоку через навскісні пази 11 кільцевого завихрювача 10 надходить у зону стабілізації 9. Другий потік повітря через повітряні сопла 4 наконечника 3 паралельними струменями - в основний факел пальникового пристрою. У багатосопловому наконечнику 3 горючий газ також поділяється на дві складові. 20-40 % від основного потоку через шість периферійно розташованих під кутом 45° сопел 8 надходить в завихрений потік повітря зони стабілізації 9, де інтенсивно перемішується з повітрям. Інший потік палива, сформований центральним каналом 7, надходить в основний факел пальникового пристрою. Після цього виконується запалення горючого газу одним з відомих способів (наприклад, за допомогою запальника). Стабільне горіння при різних коефіцієнтах витрати окиснювача та широкі межі регулювання досягаються за рахунок дроблення повітряного й газового потоків, закручування частини повітряного потоку, що поліпшують перемішування палива й окиснювача, а також за рахунок отримання зовнішнього кільцевого стабілізатора горіння у вигляді кільцевого факела. Зовнішній кільцевий стабілізований фронт горіння охоплює основний потік газу й окиснювача на довжині, достатній для його стабільного займання та горіння без відриву основного полум'я, що дозволяє здійснити спалювання газоподібного палива при високих швидкостях витікання газу й окиснювача в довгому факелі. Як результат, довгий факел 3 UA 99285 U 5 10 забезпечує одночасний рівномірний розігрів всієї внутрішньої поверхні металургійної ємності до необхідної температури (наприклад, сталерозливного ковша до 1100 °C), що дозволяє скоротити час роботи пальникового пристрою з максимальною тепловою потужністю факела та перевести роботу пальникового пристрою в режим мінімального споживання енергоносіїв (режим очікування) для підтримки необхідної температури в розігрітій ємності. Реалізація зазначених конструктивних рішень забезпечує зниження витрати палива й окиснювача за рахунок скорочення часу розігріву об'ємних металургійних ємностей, раціонального розподілу горючого газу та повітря в кільцевому і внутрішньому основному факелах горіння та повноти спалювання горючого газу. Таким чином, за рахунок утворення кільцевого фронту полум'я досягається формування безвідривного довгого факела полум'я в умовах високих швидкостей витікання газу й повітря, а також зниження витрат енергоносіїв. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Газовий пальниковий пристрій, що включає повітряну трубу, в порожнині якої розміщена газова труба з багатосопловим наконечником, який має поперемінні повітряні та газові сопла, сполучені з повітряним і газовим каналами труб відповідно, осі повітряних сопел розташовані на колі з центром на осі наконечника, а газові сопла представлені одним центральним і периферійними похилими каналами, при цьому канал повітряної труби має зону стабілізації потоку суміші окиснювача й палива, який відрізняється тим, що зона стабілізації потоку суміші окиснювача й палива виконана з умови утворення кільцевого закрученого факела коаксіально основному, при цьому в кільцевому каналі між циліндричними поверхнями багатосоплового наконечника та повітряної труби розміщений завихрювач у вигляді порожнистого стакана, на зовнішній поверхні якого рівномірно виконані навскісні пази з умови подачі в зону стабілізації 1020 % потоку з каналу повітряної труби, а периферійні канали виконані з умови - 20-40 % потоку з каналу газової труби. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що довжина зони стабілізації потоку суміші окиснювача й палива визначається з умови L = (1/2-2/3) · D, де L - довжина зони стабілізації потоку суміші окиснювача й палива, D - діаметр каналу повітряної труби. 4 UA 99285 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5