Газовая плоскопламенная горелка со встроенным радиационным рекуператором

Изобретение относится к горелочным устройствам тепловых агрегатов, используемых в различных отраслях промышленности: металлургической, машиностроительной, химической и других, где требуется равномерный интенсивный нагрев значительных по величине тепловоспринимающих поверхностей.

Известны плоскопламенные горелки типа ГР [1, с. 167], содержащие цилиндрический корпус с тангенциально установленным воздухоподающим патрубком, центральную газоподаюшую трубу с косыми прорезями для выхода газа и горелочный камень, примыкающий к корпусу горелки и образующий амбразуру с тороидальной поверхностью для создания плоского факела. Горелка состоит из литых деталей. С помощью верхнего фланца она опирается на металлоконструкции на своде печи, а горелочный камень подвешивается к горелке.

Известны плоскопламенные горелки (ГНИ) [1, с. 178], содержащие корпус с тангенциально установленным воздухоподающим патрубком, винт-завихритель, размещенный в корпусе, центральную газоподаюшую трубу с радиальными отверстиями для выхода газа и горелочный камень, примыкающий к корпусу горелки и образующий амбразуру с тороидальной поверхностью.

При работе аналогов нагнетаемый поток воздуха интенсивно завихряется, смешивается с газом и газовоздушная смесь тонким веерообразным слоем растекается по поверхности горелочного камня, образуя разомкнутый факел.

Недостатками аналогов являются подача холодного воздуха, сложность устройства, узкий диапазон устойчивости раскрытия факела и регулирования производительности.

Наиболее близким прототипом является газовая плоскопламенная рекуперативная горелка [2], содержащая воздушный и газовый коллекторы с сопловыми отверстиями, излучающую насадку с цилиндрическим и диффузорным участками и канал для отвода продуктов сгорания с рекуператором. Сопловые отверстия воздушного коллектора выполнены на его внутренней боковой стенке, которая представляет собой закручивающий воздушный аппарат. Сопловые отверстия газового коллектора выполнены на диффузорном участке насадки в виде кольцевого ряда. Канал для отвода продуктов сгорания подключен к цилиндрическому участку излучающей насадки.

Недостатками прототипа являются следующие признаки: рекуператор расположен на удалении от области смешения газа и воздуха; щели для вхождения воздуха в область смешения горелки направляют воздух к оси горелки, поэтому потоку необходимо развернуться и двигаться в противоположном направлении для создания плоского факела, размыкаемого за счет центробежных сил; поверхности горелки, по которым движется факел, имеют острые углы и не способствуют размыканию.

Задачей, решаемой изобретением, является технический результат - повышение стабильности размыкания и горения факела, снижение аэродинамического сопротивления горелки, возможность использования центрального сечения горелки для отбора дыма и рекуперации его тепла при радиационном режиме теплообмена.

Технический результат достигается тем, что в газовой плоскопламенной горелке со встроенным радиационным рекуператором, содержащей дымовую трубу, воздушную трубу и газовую трубу с отверстиями для выхода газа, прямая дымовая труба большого диаметра с накрученным на нее раструбом расположена внутри газовой и внутри воздушной труб для осуществления рекуперации по всей длине устройства при радиационном режиме теплообмена; воздушный канал продлен за счет воздушной наружной трубы; в торце газового канала, содержащего дополнительно газовую наружную трубу, расположено кольцо с отверстиями и комплектом вкрученных в отверстия сменных насадок с определенным диаметром отверстий для использования газа разной калорийности; воздушная наружная труба скреплена с газовой наружной трубой с помощью фланцев и уплотняющих прокладок болтами.

На фиг. 1 изображена описываемая горелка, сечение в плоскости А-А, на фиг. 2 сечение Б-Б, на фиг. 3 изображена сменная насадка.

Горелка состоит из дымовой трубы 1 с накрученным на нее раструбом - рассекателем 6, воздушной трубы 2, воздушной наружной трубы 3, газовой трубы 4 и газовой наружной трубы 5. На наружную воздушную 3 и наружную газовую 5 трубы приварены фланцы 9, которые скреплены через уплотняющие прокладки болтами 10. В торце горелки между газовой трубой 4 и газовой наружной трубой 5 расположено кольцо 7 с отверстиями и комплектом вкрученных в отверстия сменных насадок 8 с определенным диаметром отверстий для конкретного вида топлива.

Опорным размером горелки является диаметр дымового канала (дымовой трубы 1), прямая труба которого формирует внутреннюю сторону воздушного канала, где воздух нагревается, отбирая тепло у дымовых газов. Дымовая труба 1 взята большого диаметра для обеспечения минимального аэродинамического сопротивления по пути дыма, осуществления рекуперации по всей длине устройства при радиационном режиме теплообмена. Такая дымовая труба 1 представляет собой встроенный радиационный рекуператор. Для снижения тепловых потерь в окружающую среду создано двухходовое течение воздуха в воздушном канале. Воздушный канал представляет собой коаксиальную щель сначала между наружной воздушной трубой 3 и воздушной трубой 2, а затем между воздушной трубой 2 и дымовой трубой 1. Газовый канал представляет собой коаксиальную щель между газовой трубой 4 и газовой наружной трубой 5. Он расположен с внешней стороны воздушного канала таким образом, чтобы газовый поток снижал потери тепла от нагретого воздуха в окружающую среду. Для лучшего смешения газ вводится в воздушный поток через кольцо с отверстиями 7. В отверстия 7 вкручиваются насадки 8. Диаметр отверстий в насадках 8 зависит от калорийности газа, подаваемого на эту горелку, и подбирается для поддержания необходимого соотношения газ - воздух, скорости истечения газа и качества смешения газа с воздухом, что делает конструкцию многотопливной. Дымовой, воздушный и газовый каналы изготавливаются отдельно и собираются с помощью болтов 10 через фланцы 9 и уплотняющие прокладки. Это делается для удобства монтажа и ремонта конструкции, поскольку все каналы работают с разной тепловой нагрузкой, и у них будет разный срок службы. При выходе из строя одного элемента такая конструкция позволит заменить его, не заменяя остальные элементы горелки.

Горелка работает следующим образом.

Воздух, проходя по коаксиальной щели между воздушной наружной трубой 3 и воздушной трубой 2, первично нагревается от воздушной трубы 2, а далее, проходя по коаксиальной щели между воздушной трубой 2 и дымовой трубой 1, непосредственно нагревается от дымовой трубы 1, воспринимающей излучение дымовых газов. Газ, проходя по коаксиальной щели между наружной газовой трубой 5 и газовой трубой 4, нагревается от газовой трубы 4 и выходит через отверстия в насадках 8, смешиваясь с воздухом. Газовоздушная смесь ударяется в раструб 6 и движется вдоль кладки печи в виде разомкнутого плоского факела. При этом в осевой области горелки образуется разрежение, и горячие дымовые газы свободно выходят из рабочей зоны печи по дымовой трубе 1.

Источники информации

1. Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики): Справочное издание / А.А. Винтовкин и др. - М.: Машиностроение - 1, 2001. - 496 с.

2. Авторское свидетельство СССР №1437620, 1987 г.