Блочная инжекционная горелка

 

Изобретение относится к конструкции блочных инжекционных горелок для оснащения работающих на газовом топливе топок водогрейных и паровых котлов, которые используют преимущественно в системах отопления жилых, общественных и промышленных зданий. Задачей изобретения является снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания газообразного топлива. Горелка имеет корпус, воздухораспределительную камеру в нижней части корпуса, напорный газовый коллектор, проложенный над воздухораспределительной камерой, огнеупорную кладку, разделяющую корпус на зону смешивания и зону горения и имеющую в верхней части щель, распространяющуюся на длину газового коллектора, и трубчатые инжекторы-смесители, жестко закрепленные в стенках газового коллектора и огнеупорной кладке, открытые каждый с нижнего торца в воздухораспределительную камеру, с верхнего - в щель в огнеупорной кладке и через отверстия в стенках труб - в полость газового коллектора. В огнеупорной кладке параллельно инжекторам-смесителям выполнены каналы, соединяющие зону горения с воздухораспределительной камерой, причем сумма проходных сечений этих дополнительных каналов составляет 20 ... 60% от суммарной площади всех воздухопроходных каналов. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к конструкции блочных инжекционных горелок (БИГ) для оснащения работающих на газовом топливе топок водогрейных и паровых котлов, которые используют преимущественно в системах отопления жилых, общественных и промышленных зданий.

Известна горелка, имеющая смеситель-инжектор с центральным соплом, подключенный к источнику природного газа и свободно сообщающийся с противоположной соплу стороны с атмосферой, носик и футерованный огнеупором туннель [1].

Открытый подсос воздуха в такую горелку создает интенсивный (выше уровня, допустимого по нормам промсанитарии) аэродинамический шум, а из-за однократного смешения возникает возможность неполного сгорания газа в мощном факеле. Поэтому для отопления водогрейных котлов более приемлемы блочные инжекционные горелки.

Известна горелка, содержащая корпус, воздухораспределительную камеру в нижней части корпуса, напорный газовый коллектор, проложенный над воздухораспределительной камерой, огнеупорную кладку, разделяющую корпус на зону смешивания и зону горения и имеющую в верхней части щель, распространяющуюся на длину газового коллектора, трубчатые инжекторы-смесители, жестко закрепленные в донной и верхней частях газового коллектора и в огнеупорной кладке, сообщающиеся через открытые торцы снизу - с воздухораспределительной камерой, сверху - со щелью в огнеупорной кладке, и через отверстия в стенках труб - с полостью газового коллектора [2].

Распределенный по многим точкам подсос воздуха в инжекторы-смесители через буферную воздухораспределительную камеру и смешивание газообразного топлива с воздухом внутри обладающей не только тепло-, но и звукоизолирующими свойствами огнеупорной кладки в сочетании с преимущественно подовым размещением БИГ существенно снижают аэродинамический шум.

Однако количество оксидов азота (NOx), образующихся в пламени таких горелок, достигает 500 мг/м³ и более продуктов сгорания.

Задачей изобретения является снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания путем перераспределения воздуха, подаваемого на сжигание топливного газа.

Поставленная задача достигается тем, что блочная инжекционная горелка, имеющая корпус, воздухораспределительную камеру в нижней части корпуса, напорный газовый коллектор, проложенный над воздухораспределительной камерой, огнеупорную кладку, разделяющую корпус на зону смешивания и зону горения и имеющую в верхней части щель, распространяющуюся на длину газового коллектора, и трубчатые инжекторы-смесители, жестко закрепленные в стенках газового коллектора и огнеупорной кладке, открытые каждый с нижнего торца в воздухораспределительную камеру, с верхнего - в щель в огнеупорной кладке и через отверстия в стенках труб - в полость газового коллектора, согласно изобретению, имеет в огнеупорной кладке параллельные инжекторам-смесителям каналы, соединяющие зону горения с воздухораспределительной камерой, причем сумма проходных сечений этих дополнительных каналов составляет 20...60% от суммарной площади всех воздухопропускных каналов.

На фиг.1 изображена предлагаемая БИГ, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - то же, вид сверху.

Предлагаемая БИГ имеет корпус 1 с воздухораспределительной камерой 2 в своей нижней части; напорный газовый коллектор 3 в виде короба с входным патрубком 4, проложенный над воздухораспределительной камерой 2; огнеупорную кладку 5, которая разделят корпус 1 на зону смешивания и зону горения и имеет щель 6, длина которой соответствует длине напорного газового коллектора 3; трубчатые инжекторы-смесители 7, которые жестко закреплены в верхней (потолочной) и нижней (донной) стенках короба напорного газового коллектора 3 и с помощью набивки 8 из огнеупорной массы в огнеупорной кладке 5 и которые сообщаются с полостью воздухораспределительной камеры 2 через открытые снизу торцы, с полостью напорного газового коллектора 3 - через наклоненные под острым углом в сторону выхода из трубок отверстия в их стенках, а со щелью 6 - через открытые верхние торцы; дополнительные каналы 9 в огнеупорной кладке 5, параллельные инжекторам-смесителям 7 и соединяющие полость воздухораспределительной камеры 2 с зоной горения. Эти каналы имеют поперечное сечение, составляющее 20...60% от суммарной площади всех воздухопроводных каналов. Они могут быть выполнены как в виде рядов параллельных между собою отверстий, так и (преимущественно) в виде щелей. В нижней входной части дополнительных воздухопроводных каналов 9 могут быть установлены шиберы 10 для текущего регулирования подачи воздуха в обход инжекторов-смесителей 7. На входе в воздухораспределительную камеру 2 также может быть установлен шибер 11.

В зависимости от потребной для отопления конкретных котлов тепловой мощности БИГ может иметь несколько рядов описанных элементов.

БИГ работает следующим образом.

Горючий газ под избыточным давлением подают через патрубок 4 в полость газового коллектора 3. Проходя через отверстия в стенках инжекторов-смесителей 7, газ инжектирует первичный воздух из воздухораспределительной камеры 2 и смешивается с ним. Горючая смесь выходит в щель 6, где формируется протяженный факел.

С обеих сторон к факелу подмешивается вторичный воздух, поступающий в зону горения через дополнительные (боковые) воздухопроводные каналы 9 в огнеупорной кладке 5. В том случае, когда сумма проходных сечений каналов 9 не выходит за пределы 20...60% от суммарной площади всех воздухопроводных каналов, концентрация оксидов азота в продуктах сгорания не превышает 170 мг/м³.

Этот положительный эффект был установлен в экспериментах с предлагаемой БИГ на водогрейном котле модели КСВ-1,86Г завода "КазаньЭНЕРГОКОММАШ". В поду топки этого котла были смонтированы две БИГ, каждая из которых имела по 13 инжекторов-смесителей в виде отрезков труб длиной 290 мм с наружным диаметром 49 мм и толщиной стенки 3 мм. В стенках каждой трубы в зоне, соответствующей просвету напорного газового коллектора, под углом 25^о в направлении снизу вверх были выполнены по четыре осесимметрично (через 90^о) расположенных отверстия диаметром 1,5 мм каждое.

Инжекторы-смесители были зафиксированы в верхней и нижней стенках короба напорного газового коллектора сваркой, а в огнеупорной кладке - огнеупорной же массой, содержащей по 45% хромистого железняка и порошка обожженного магнезита и 10% огнеупорной глины.

Нижние торцы инжекторов-смесителей были оборудованы расположенными в воздухораспределительной камере шиберами для регулирования расхода первичного воздуха в пределах 100...65% (и соответственно вторичного воздуха - в пределах 0...35%) от суммарного расхода воздуха на горение.

Дополнительные каналы для подачи вторичного воздуха в зону горения в обход инжекторов-смесителей были выполнены в виде щелей шириной 10 мм и снабжены шиберами для регулирования расхода вторичного воздуха. При полностью открытых шиберах сумма проходных сечений щелей составляла 66% суммарной площади поперечных сечений всех воздухопропускных каналов.

Природный газ подавали в газовый коллектор под избыточным давлением 0,7. . . 0,8 ати (0,17...0,18 МПа), а воздух поступал в воздухораспределительную камеру непосредственно из атмосферы.

Концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания определяли с помощью универсального газоанализатора модели УГ-2 по методике Института газа АН УССР (см. "Химическая технология", 1975, N 2, с. 47...50), а в контрольных пробах - фотоколориметрически с использованием реактива Гриссе-Илосвая.

Эксперименты были проведены со ступенчатым изменением доли площади дополнительных каналов в сумме площадей всех воздухопропускных каналов в интервале: 0, 15, 20, 35, 45, 50, 56, 60, 63 и 66%.

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемая БИГ в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества: - в техническом отношении обеспечивается формирование факела с более равномерным температурным полем, что затрудняет протекание химических реакций термического окисления азота; - в экологическом отношении обеспечивается реальное снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания в 2-2,5 раза; - в экономическом отношении предлагаемая БИГ способна предотвратить ущерб окружающей среде.

Формула изобретения

БЛОЧНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ ГОРЕЛКА, имеющая корпус, воздухораспределительную камеру в нижней части корпуса, напорный газовый коллектор, проложенный над воздухораспределительной камерой, огнеупорную кладку, разделяющая корпус на зону смешивания и зону горения и имеющую в верхней части щель, распространяющуюся на длину газового коллектора, и трубчатые инжекторы-смесители, жестко закрепленные в стенках газового коллектора и огнеупорной кладке, открытые каждый с нижнего торца в воздухораспределительную камеру, с верхнего торца - в щель в огнеупорной кладке и через отверстия в стенках труб - в полость напорного газового коллектора, отличающаяся тем, что в огнеупорной кладке параллельно инжекторам-смесителям выполнены каналы, дополнительно соединяющие зону горения с воздухораспределительной камерой, при этом сумма проходных сечений этих дополнительных каналов составляет 20 - 60% от суммы продольных сечений всех воздухопропускных каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4