Результат интеллектуальной деятельности: ЩЕЛЕВАЯ ГОРЕЛКА С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ ВОЗДУХА

Изобретение относится к двухтрубным щелевым горелкам с принудительной подачей воздуха, предназначенным для сжигания газа. Горелка может быть использована в отопительно-производственных котлах, сушильных установках, туннельных печах, а также в тепловых установках иного назначения, оборудованных камерными топками для сжигания газа.

Известна подовая горелка с двусторонней подачей газа конструкции УкрНИИинжпроекта (Справочник по газоснабжению и использованию газа / Н.Л. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. - Л.: Недра - 1990 г. - С. 579-585). Горелка предназначена для сжигания газа среднего и низкого давлений и использовалась для перевооружения топок отопительных котлов с колосниковой решеткой, предназначенных для сжигания твердого топлива в слое на газ. Горелка включает в себя два перфорированных коллектора с одним рядом отверстий. Отверстия коллекторов друг относительно друга расположены со смещением на полшага относительно крайнего отверстия. Оси отверстий размещены с наклоном к вертикали в 45° и направлены в сторону щелевого канала. Щелевой канал горелок выложен из огнеупорного шамотного кирпича класса А. Горелка включает в себя опоры щелевых камней и горелочных труб, а также перфорированный лист, улучшающий равномерность распределения воздуха по длине щелевого канала за счет поддержания постоянного избыточного (статического) давления внутри короба. Недостатком аналога является: трудность создания автомодельности процессов смесеобразования вдоль щелевого канала горелки ввиду несовершенства воздухораспределительных устройств, высокие требования предъявляемые к качеству кладки щелевого канала; сложность поддержания проектных геометрических характеристик щелевого канала ввиду его выкладываемости из штучных изделий (шамотного кирпича) непосредственно на месте монтажа горелки, высокий коэффициент избытка воздуха α=1,15.

Наиболее близкими аналогами по отношению к заявляемой горелке с принудительной подачей воздуха являются вертикальные щелевые горелки среднего давления с принудительной подачей воздуха конструкции Ленгипроинжпроекта (Справочник по газоснабжению и использованию газа / Н.Л. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. - Л.: Недра - 1990 г. - С. 585-590). Горелки выполнены в виде короба с вмонтированными в него на всю длину щелевого канала двумя направляющими пластинами, образующими на входе в щелевой канал воздухоподающую амбразуру, и двумя перфорированными коллекторами с одним рядом отверстий для струйной раздачи газа под углом 45° к поперечному потоку воздуха. Горелка имеет вертикальный прямоугольной формы щелевой канал (туннель), выкладываемый в топке из штучных изделий с нетесаными гранями (шамотного кирпича класса А). Глубина и ширина щелевого канала для горелок всех типоразмеров одинаковая и составляют 250 мм и 80 мм соответственно. Длина щелевого канала переменна и зависит от тепловой мощности горелок. Щелевой канал обеспечивает устойчивость пламени к отрыву, обеспечивая диапазон регулирования тепловой мощности путем изменения давления газа перед горелкой от 1,0 до 40 кПа. К недостаткам прототипа относятся: трудность создания автомодельности процессов смесеобразования вдоль щелевого канала горелки ввиду несовершенства используемых воздухораспределительных устройств; высокие требования предъявляемые к качеству кладки щелевого канала; сложность поддержания проектных геометрических характеристик щелевого канала ввиду его выкладываемости из штучных изделий (шамотного кирпича) непосредственно на месте монтажа горелки.

Задача заявляемого изобретения заключается в повышении равномерности и скорости протекания процессов смесеобразования по длине щелевого канала горелки, ускоряющих процессы горения газа, снижение содержания в продуктах сгорания химического недожога и вредных веществ, а также снижение высоты факела.

Технический результат достигается за счет того, что щелевая горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая воздухораспределительный короб с воздухоподающим патрубком, соединенным с дутьевым вентилятором, щелевой канал, образованный блоками из огнеупорного материала и соединенный с воздухоподводящим каналом, направляющие стенки, установленные в воздухоподводящем канале, и двухтрубный коллектор, расположенный в воздухоподводящем канале под блоками из огнеупорных материалов, каждая трубка которого содержит один ряд газовыпускных отверстий, каждый из которых повернут под углом 45° по отношению к поперечному потоку воздуха, в отличие от прототипа, дополнительно снабжена щелевым коробом с параллельными направляющими стенками, облицованными внутри монолитными плитами из огнеупорного материала, на выходе воздухораспределительного короба установлена стальная воздухораспределительная решетка, вставленная между двумя стальными пластинами, расстояние между которыми равно ширине щелевого канала, причем площадь живого сечения отверстий воздухораспределительной решетки больше площади сечения воздухоподающего патрубка воздухораспределительного короба в 0,4÷0,7 раз, а боковые поверхности воздухораспределительного короба выполнены клиновидными.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на Фиг. 1 схематично представлена щелевая горелка в продольном разрезе А-А, где 1 - щелевой и 2 - воздухораспределительный короба, 3 - щелевой канал, 4 - воздухораспределительная решетка, 5 - дутьевой вентилятор, 6 - монолитные плиты из огнеупорного материала, 7 - двухтрубный коллектор, 8 - асбокартонные листы, 9 - жаростойкий теплоизоляционный материал;

- на Фиг. 2 схематично изображен поперечный разрез Б-Б горелки, где 10 - стальные пластины;

- на Фиг. 3 схематично изображен продольный разрез В-В щелевого канала горелки в плане.

Щелевая горелка с принудительной подачей воздуха содержит щелевой короб 1, воздухораспределительный короб 2 с воздухоподающим патрубком, боковые поверхности которого выполнены клиновидными для возможности соединения со щелевым коробом 1. На выходе воздухораспределительного короба 2 установлена воздухораспределительная решетка 4, вставленная между двумя пластинами 10, выполненными, например, из листовой стали. Расстояние между пластинами 10 равно ширине щелевого канала 3. Благодаря образованному воздухоподводящему каналу выравнивается статическое давление, воздействующее на единицу площади основания воздухораспределительной решетки 4, за счет поддержания постоянной скорости движения воздуха в любом поперечном сечении по длине воздухораспределительного короба 2. Щелевой канал 3 горелки образован монолитными огнеупорными плитами 6, вставленными в щелевой короб 1, что позволяет надежно зафиксировать и поддерживать неизменными геометрические параметры щелевого канала горелки 3 на всем протяжении времени ее эксплуатации. Щелевой короб 1 служит рамой, фиксирующей положение огнеупорных плит 6 в строго определенном проектом положении. Огнеупорные плиты 6 могут быть изготовлены путем заливки раствора огнеупорного бетона в формы, что обеспечивает их геометрическую точность. К воздухораспределительному коробу 2 подсоединен низконапорный дутьевой вентилятор 5, обеспечивающий подачу воздуха в горелку с коэффициентом избытка 1,05÷1,1. Общая площадь живого сечения отверстий воздухораспределительной решетки 4 больше площади воздухоподающего патрубка воздухораспределительного короба 2 в 0,4-0,7 раз.

Параметры воздухораспределительной решетки рассчитываются в зависимости от площади живого сечения воздухоподающего патрубка.

Например, воздухораспределительная решетка 4, установленная на входе воздухораспределительного короба 2, имеет толщину 20 мм и снабжена перфорированными отверстиями диаметром 8 мм, размещенными с равномерным поперечным и продольным шагом 15 мм в коридорном порядке. Решетка 4, обладающая высоким аэродинамическим сопротивлением, позволит выровнять скорости движения воздуха по сечению щелевого канала 3, обеспечивая тем самым более равномерное его распределение, необходимое для качественной работы горелки. Благодаря наличию турбулентных вихрей процесс смешения газа и воздуха происходит более интенсивно и равномерно по длине щелевого канала, что обеспечивает снижение высоты факела.

Двухтрубный коллектор 7 с огневыми отверстиями размещен под основанием щелевого канала 3 таким образом, чтобы расстояние между наружными стенками перфорированных труб равнялось ширине щелевого канала. Это позволит избежать воздействия излучения факела, падающего на поверхность труб коллектора 7, в процессе работы горелки, предохраняя их от перегрева и последующей возможной температурной деформации. Огневые отверстия обеих перфорированных труб по отношению к поперечному потоку воздуха повернуты под углом 45°, при этом ряд газовыпускных отверстий одной трубы коллектора смещен относительно ряда газовыпускных отверстий другой трубы на полшага (для данного типоразмера 20 мм), напоминая в плане шахматный порядок.

Для увеличения термического сопротивления стенки щелевого короба 1 могут быть дополнительно снабжены асбокартонными листами 8 и жаростойким теплоизоляционным материалом 9, например минеральной ватой.

Принцип работы щелевой горелки с принудительной подачей воздуха заключается в следующем.

Подаваемый дутьевым вентилятором 5 расход воздуха в воздухораспределительный короб 2 равномерно распределяется на выходе последнего, проходя через отверстия воздухораспределительной решетки 4. Затем струи воздуха попадают в щелевой канал 3 горелки. Одновременно подают газ в двухтрубный газовый коллектор 7, через огневые отверстия которого равномерно распределенным потоком газ поступает в щелевой канал 3. Попадая в набегающий поперечный поток воздуха, газовые струи начинают размываться, образуя газовоздушную смесь. На некотором удалении от основания газовых струй, где концентрации газа и окислителя в газовоздушной смеси достигают верхнего предела воспламенения, начинаются процессы горения. При горении в щелевом канале 3 образуется общий факел, имеющий развитую излучающую поверхность.

Огнеупорные монолитные плиты 6, образующие щелевой канал 3, раскаляются до температуры 1000÷1200°С, что способствует надежной стабилизации факела.

Преимуществами конструкции заявляемой щелевой горелки являются невысокий выброс оксидов азота 90÷120 мг/м³, высокое качество сжигания газа при коэффициенте избытка воздуха 1,08÷1,1; сокращение неравномерности высоты факела по длине щелевого канала; снижение высоты факела; увеличение надежности работы щелевой камеры за счет применения монолитных огнеупорных монолитных плит, устранение деформации коллекторов горелки вследствие их перегрева, а также зарастания в процессе эксплуатации горелки огневых отверстий продуктами высокотемпературного пирогенетического разложения углеводородов топлива без доступа воздуха (крекинга газа) при контакте с раскаленными поверхностями стенок газовыпускных отверстий коллектора.

Кроме этого, возможно оснащение щелевой горелки комплексной автоматикой регулирования процесса горения и безопасности ее эксплуатации.

Таким образом, заявляемая конструкция щелевой горелки позволяет улучшить равномерность движения воздуха, повышая автомодельность процессов смесеобразования, повысить качество сжигания газа, снизить коэффициент избытка воздуха до 1,08÷1,1, уменьшить удельный расход топлива, а также повысить безопасность работы и КПД тепловой установки.