Нагревательное устройство

 

Изобретение может быть использовано при строительстве трубопроводных сетей, а также там, где требуется нагрев различных материалов, обогрев помещений, для получения пара и теплой воды и т.п. Цель изобретения - увеличение безопасности, повышение эффективности нагрева и обеспечение передачи тепла на требуемое расстояние. Нагревательное устройство содержит основное нагревательное устройство 1, вспомогательное нагревательное устройство 3 и воздухораспределительный короб 5. Вспомогательное нагревательное устройство 3 своим выходным патрубком 29 введено в поперечном направлении внутрь корпуса 2 камеры сгорания основного нагревательного устройства 1 под углом α и закреплено в раструбе 12. Внутри корпуса 2 камеры сгорания размещены кольцевая горелка 19, трубопровод топлива 17 с теплообменником 15, дисковая диафрагма с центральным отверстием, установленная между выходным патрубком 8 и горелкой 19, а также расположенные тангенциально сопла-ускорители (не показаны). В выходном патрубке 8 в осевом направлении установлены четыре сопла-нагревателя. Внутри корпуса 26 установлена кольцевая горелка (не показана), аналогичная по конструкции горелке 19. 5 з.п.ф-лы, 13 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sx>s F 16 L 53/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727325/29 (22) 07.08.89 (46) 07.08.91, Бюл. М 29 (75) А, Д. Козлов (53) 62 1.643(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1593355, кл. F 16 1. 53/00, 1988. (54) НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение может быть использовано при строительстве трубопроводных сетей, а также там, где требуется нагрев различных материалов, обогрев помещений для получения пара и теплой. . воды и т. и. Цель изобретения — увеличение безопасности, повышение эффективности нагрева и обеспечение передачи тепла на требуемое расстояние. Нагревательное устройство содержит основное нагревательное устройство 1, вспомогательное нагревательное ус„„."Ы „„16688 10A1 тройство 3 и воздухораспределительный короб 5, Вспомогательное нагревательйое устройство 3 своим выходным патрубком 23 введено в поперечном направлении внутрь корпуса 2 камеры сгорания основного нагревательного устройства 1 под углом а и закреплено в раструбе 12. Внутри корпуса 2 камеры сгорания размещены кольцевая горелка 19, трубопровод 17 топлива с теплообменником 15, дисковая диафрагма с центральным отверстием, установленная между выходным патрубком 8 и горелкой 19, а также расположенные тангенциально сопла-ускорители (не показаны). В выходном патрубке 8 в осевом направлении установлены четыре сопла-нагревателя. Внутри корпуса 26 установлена кольцевая горелка (не показана), аналогичная по конструкции горелке 19. 5 з. и. ф — лы, 13 ил.

1668810

Изобретение относится к нагреватель- сгорания основного нагревательного устным устройствам и может быть использова- ройства 1 выполнена в виде цилиндрическоно при эксплуатации магистральных го корпуса 2, охватываемого трубопроводов и других объектов при ниэ- воздухораспределительным коробом 5. Каких температурах воздуха для их разогрева. 5 мера 2 сгорания снабжена упомянутым выЦель изобретения — увеличение без- ходным патрубком 8, Камера 2 сгорания опасности и повышение эффективности ра- (фиг. 2) не содержит специального выходноботы устройства путем обеспечения го патрубка и ее корпус непосредственно передачи тепла на расстояние. выведен за пределы воздухораспределиНа фиг. 1 изображено нагревательное 10 тельного короба 5. В верхней части корпуса устройство для однонаправленного нагре- 2 выполнено сквозное окно (не показано), в ва, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез котором закреплен теплообменник15 с верА-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б фиг. тикальной перегородкой 16, к которому npui 1; нафиг.4 — сечение  — В на фиг,1; нафиг. соединен топливоподающий трубопровод 5 — вид Г на фиг, 2; на фиг. 6 — сечение Д вЂ” Д 15 17. Патрубок 9 снабжен поворотной крышна фиг. 5; на фиг. 7 — сечение Е-Е на фиг. 2; кой 18. на фиг. 8 — нагревательное устройство, про- Внутри камеры 2 сгорания размещены

,дольный разрез, при котором камера сгора- горелка 19, выполненная в виде изогнутого ния выполнена в виде единого по дуге закрытого с одного торца канала,,, цилиндрического корпуса (без выходного 20 дисковая диафрагма 20 с центральным от патрубка); на фиг. 9 — нагревательное уст- верстием, установленная между выходным ройство для однонаправленного нагрева с патрубком 8 и горелкой 19, а также два со, осевым расположением вспомогательного пла-ускорителя 21, При этом сопла-ускоринагревательного устройства, продольный тели выполнены в виде проходных разрез; на фиг, 10 — схема, поясняющая 25 раструбов, установленных тангенциально работу нагревательного устройства; на фиг. по кольцевому периметру на внутренней по11 — узел ввода топлива в горелку вспомога- верхности стенки камеры 2 сгорания, в котельного нагревательного устройства; на торые впадают окна 22 (фиг. 3 и 4) в этой фиг. 12 — нагревательное устройство для стенке. В нижней части камеры 2 сгорания двухнаправленного нагрева, продольный 30 выполненоокно23(фиг.7)длявводатопливразрез; на фиг. 13 — нагревательное устрой- ного трубопровода и пропуска воздуха в гоство внутри камеры сгорания при его осе- релку 19 для образования вом расположении. топливовоздушной смеси и горелки. При

Нагревательное устройство для одно- этом окно 23 расположено на участке каменаправленного нагрева содержит основное 35 ры 2 сгорания, формирующем дно горелки нагревательное устройство 1 с камерой 2 19. сгорания и вспомогательное нагреватель- Выходной патрубок 8 имеет цилиндриное устройство 3 с камерой 4 сгорания(фиг. ческую форму и присоединен к торцовой

6 и 9), причем камера 2 сгорания размеще- стенке камеры 2 сгорания. В нем установлена внутри воздухораспределительного ко- 40 нысопла-нагнетатели24(4сопла),аналогичроба 5. ные по конструкции соплам-ускорителям 21, Воздухораспределительный короб 5 однако в отличие от них расположенные (фиг. 1 — 7) выполнен в виде цилиндрического вдоль оси патрубка 8. Под соплами-нагнетабарабана,вторцовыхстенках6и7которого телями 24 в стенке патрубка 8 выполнены предусмотрены отверстия (не показаны), в 45 сквозные окна 25(4 окна). Сопла-нагнетатекоторые введены выходной патрубок 8 ка- ли 24 установлены непосредственно в стенмеры 2 сгорания основного нагревательно- ке камеры 2 сгорания вблизи ее выходного го устройства 1 и смотровой патрубок 9 торца, при этом установлено шесть сопел. (смотровое окно) с четырьмя соплами 10 и /Однако может быть установлено и другое впадающими в них отверстиями 11. Патруб- 50 количество сопел-нагнетателей. ки 8 и 9 закреплены в отверстиях с образо- Вспомогательное нагревательное устванием воздухораспределительной камеры ройство 3 (фиг. 2, 5, 6, 9) корпусом 26 камеры

5". В стенке т: воздухораспределительного 4 сгорания закреплено в раструбе 12 и ввекороба 5 выполнено отверстие (не показа- дено в поперечном сечении под углом а но), в которое под углом а раструб 12 55 внутрь основного нагревательного устройдля крепления в.нем вспомогательного на- ства1, Объем его камеры 4 сгорания меньше гревательного устройства 3, В нижней части объема камеры 2 вгорания основного нагребоковой поверхности барабана предусмот- вательного устройства 1. Корпус 26снабжен рено отверстие 13, в которое введен возду- торцовыми стенками 27 и 28 (фиг. 6) с отверхоподводящий патрубок 14. Камера 2 стиями (не показаны), в которые введены

1668810

10 вавшиеся в процессе горения топлива высоконагретые продукты сгорания предва20

30

55 выходной патрубок 29 и смотровой патрубок 30 (фиг. 5 и 6). Внутри камеры 4 сгорания установлена кольцевая горелка 31, аналогичная по конструкции горелке 19, а внутри выходного патрубка 29 вдоль его оси установлены сопла-нагнетатели 32, аналогичные по конструкции соплам-ускорителям

22, При этом в стенке патрубка 29 выполнены четыре сквозных окна 33, впадающих s сопла-нагнетатели 32 (четыре сопла).

Вспомогательное нагревательное устройство 3 (фиг, 9) установлено по оси основного нагревательного устройства 1 и расположено полностью внутри воздухораспределительной камеры 5, будучи закрепленным своими патрубками 9 и 29 в торцовых стенках камеры 4 сгорания, воздухораспределительной камеры 5 и основной камеры 2 сгорания соответственно.

К трубопроводу 17 на выходе из цилиндрического барабана 5 присоединен распределительный коллектор 34 с установленными на нем кранами 35 и 36 с .отводами 37 и 38 для подачи топлива в горелки 31 и 19 камер 4 и 2 сгорания, Отводы

37 и 38 введены в горелки 19 и 31 через соответствующие отверстия.

Нагревательное устройство (фиг. 12) снабжено двумя. выходами, что позволяет одним устройством одновременно нагревать объекты, расположенные с противоположных сторон. Камера сгорания основного нагревательного устройства 1 снабжена дополнительным выходным патрубком 8 (расположен слева) с соплами-нагнетателями 24 3 и окнами 25, а также установкой в камере 2 сгорания дополнительной (второй) горелки

19 и дополнительной (второй) дисковой диафрагмы 20.

Вспомогательное нагревательное устройство (фиг. 13) полностью размещено внутри камеры 2 сгорания. Канал горелки 31 сообщен с воздухораспределительной камерой 5 посредством трубки 41. Данное устройство характеризуется повышенным

КПД(90g, и более) за счет того, что камера

4 сгорания находится в зоне высоких температур. В результате при одновременной работе основного 1 и вспомогательного 3 нагревательных устройств повышается степень газификации топлива и в конечном счете полнота его сгорания. Данный вариант предпочтителен для нагревательных устройств большой тепловой мощности (200000 ккал/ч и более), Нагревательное устройство работает следующим образом.

Вначале производят запуск вспомогательного нагревательного устройства 3. Для этого на короткое время открывают кран 35, вследствие чего топливо, проходя па первой части трубопровода 17, через теплообменни., 15, далее по второй части трубопровода

17, по коллектору 34, трубопроводу 37 поступает в горелку 31. При этом, стекая по стенкам горелки, топлива накапливается в ее нижней части. Затем закрывают кран 35, вводят в смотровой патрубок 30 подожженный факел и поджигают топливо, Образорительно разогревают камеру 4 сгорания, после этого через 1 — 2 мин включают вентилятор для интенсификации горения и полного выжигания оставшегося жидкого топлива и снова открывают кран 35 и оставляют его открытым на весь период работы горелки

31. Топливо по упомянутым коммуникациям поступает в смесительную камеру горелки

31, предварительно разогретую розжиговым факелом. По мере движения в этой камере топливо распыливается воздухом (подача воздуха показана точечкой стрелкой), поступающим в нее через окно 39, частично испаряется (газифицируется), а на выходе из горелки образуется топливовоэдушная смесь, поджигаемая горящим внизу топливом. Незначительная часть неиспарившегося топлива стекает на дно камеры

4, где также поджигается горящим топливом. По мере разогрева стенок горелки, котооый ввиду малого обьема камеры 4 происходит быстро, испаряется все топливо, поступающее в горелочный канал, полностью выгорает топливо на дне камеры сгорания и на выходе из горелки образуется

100 -ная газовоздушная смесь. Создается самоподжигание газовоэдушной смеси, после чего роэжиговый факел извлекают из патрубка 30. Вспомогательное устройство входит в рабочий режим в течение 2 — 3 мин.

Продукты сгорания, выходящие иэ патрубка 29, под действием перепада давления движутся в осевом направлении к выходу через патрубок 8, омывая и нагревая при этом корпус горелки 19 и стенки камеры 2 сгорания. При этом в наибольшей степени нагреваются стенки горелки, поскольку сна расположена рядом с выходным патрубком

29. В течение 5 мин происходит разогрев горелки 19, достаточный для запуска основного нагревательного устройства 1.

После разогрева стенок горелки 19 и камеры 2 сгорания основного нагревательного устройства 1 производят его запуск.

Для этого достаточно открыть кран 36 и подать в горелку 19 топливо, В связи с тем, что стенки горелки нагреты до высокой температуры. происходит мгновенное испарение топлива и получение на ее выходе 100;4-ной

1668810

25

40

55 газавоздушной смеси, Зта смесь поджигается закрученным факелом, выходящим иэ патрубка 29, который под действием разряжения в центральной части осевого потока

40 затягивается в него по линии 42 и вместе

g ним в закрученном состоянии движется в осевом направлении к выходному патрубку

При выводе на режим горелки 19 открыают крышку 18 смотрового патрубка 9. КонТроль качества приготовления топливовоздушной смеси производят визуально но цвету; пламени. Безопасность контроля (предотвращение выброса пламени наружу) обеспечивается установкой со1 пел 10, которые создают сопротивление его выходу, инжектируют подачу в камеру сгорания воздуха из воздухораспределительного короба, что также значительно препятствует выбросу пламени, При работе горелки 19, так же как и

Горелки 31 вспомогательного нагреватель ого устройства, создается мощное кольцевое вихревое пламя (спиральные витки 40), щирина и количество витков которого увЕличиваются благодаря его закручиванию нагретым воздухом, поступающим из воздухораспределительного короба через окна 22 и тангенциально установленные сопла-ускорители 21. Последние растягивают закрученный поток на участке от горелки 19 до дисковой диафрагмы 20 с отверстием, При дальнейшем движении к выходному патрубку 8 высоконагретые продукты сгорания встречают на своем пути дисковую ди афрагму 20, в результате чего происходит их торможение, Поток совершает дополнительное количество витков, нагревает диск диафрагм до высокой температуры. В результате этого создается условие для догорания трудносжигаемых (тяжелых) частиц топлива, которые не успели сгореть с момента их выхода из насадка горелки 19, Догорание происходит вследствие длительного контакта частиц с высоконагретыми поверхностями. Тем самым повышаются полнота сгорания топлива и эффективность нагрева. По выходу из диафрагм 20 поток высоконагретых продуктов сгорания сужается и одновременно увеличивается его скорость. При дальнейшем движении по выходному патрубку 8 поток инжектирует воздух, нагретый в воздухораспределительном коробе 5, через окна 25 и далее через работающие совместно с ними сопла-нагнетатели 24, установленные параллельно продольной оси патрубка 8, Вследствие этого увеличивается мощность результирующего потока и "дальность" передаваемого им тепла, При присоединении к выходному патрубку 8 коллектора на расстоянии 30 м зафиксирована на его выходе температура теплового потока 120-13Q C при расходе дизтоплива 25-30 кг/ч. Зто позволяет от одного коллектора подогреть значительное количество объектов.

Температура продуктов сгорания на выходе из нагревательного устройства регулируется в широких пределах от 50 до 100QOÑ. в зависимости от расхода топлива и разбавления продуктов сгорания воздухом за счет его подачи в выходной патрубок через сопла-нагнетатели.

Ф.ормула изобретения

1. Нагревател ьное устройство, содержащее соосно расположенные и сообщенные между собой воздухорасп ределительный короб и снабженную входным и выходным участками цилиндрическую камеру сгорания со сквозными окнами и установленными в ней тангенциально над окнами соплами-ускорителями и по меньшей мере одной горелкой, выполненной в виде изогнутого по дуге закрытого с одного торца канала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения безопасности и повышения эффективности нагрева, воздухораспределительный коруб выполнен в виде полого барабана, камера сгорания размещена внутри барабана, и закреплена в нем с образованием между внутренними стенками барабана и наружными стенками камеры

) сгорания воздухораспределительной камеры, за горелкой по ходу движения продуктов сгорания установлена дисковая диафрагма с центральным отверстием, на участке между выходным отверстием камеры сгорания и дисковой диафрагмой установлены сопланагнетатели с возможностью расположения выпускных отверстий вдоль оси камеры сгорания, а в стенках камеры сгорания над соплами-нагнетателями выполнены впадающие в них окна, причем в камеру сгорания своим выходным отверстием установлено нагревательное устройство, 2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вспомогательное нагревательное устройство установлено в боковой стенке воздухораспределительного короба.

3. Устройство no n. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вспомогательное нагревательное устройство установлено по оси камеры сгорания.

4. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что вспомогательное нагревательное устройство содержит горелку, выполненную в виде изогнутого по дуге закрытого с одного торца канала, а его вы10

1668810 щ г g

Д Фиг. f ходной участок выполнен с расположенными по кольцевому периметру окнами и установленными над ними соплами-нагнетателями, выходные отверстия которых направлены вдоль оси выходного участка, 5. Устройство по пп. 1-4, о т л и ч а ю ще е с я тем, что воздухораспределительный

1, г 15 16 Г короб выполнен в виде цилиндрического барабана.

6. Устройство по пп. 1 — 5, о т л и ч а ю ще е с я тем, что в заднем торце камеры

5 сгорания расположен смотровой патрубок с установленными в нем соплами-нагнетателями.

16б881О

1668810

1668810

Ю 16 8f 2

Фиг.о

16 1g

Z 19 m 2

Фиг.,9

1668810 иг.

1668810

Составитель В, Кутузов

Техред М.Моргентал Корректор М, Кучерявая

Редактор Н. Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2647 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5