Газомазутная горелка

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в пламенных плавильных печах и других теплотехнических агрегатах. Изобретение обеспечивает постоянство кинетической энергии факела при переменном соотношении массовых расходов газообразного и жидкого топлива. Газомазутная горелка содержит трубу для подачи мазута, оканчивающуюся соплом, трубу для подачи распылителя с соплом Лаваля и трубу для подачи газообразного топлива с соплом. Входной конфузорный участок газового сопла выполнен криволинейным. Длина конфузорного участка равна 0,55-0,65 общей длины газового сопла, а профиль поверхности на входе в сопло выполнен выпуклым с радиусом кривизны 0,5 диаметра входного участка сопла и центром кривизны на оси сопла. Профиль поверхности на входе сопла сопряжен с профилем поверхности у критического сечения сопла, имеющим радиус кривизны, равный его диаметру, с центром кривизны на расстоянии 1,5 диаметра критического сечения от оси сопла, а выходное отверстие для подачи распылителя совпадает с концом конфузорного участка газового сопла. Мазутное сопло расположено на входе в цилиндрический участок сопла распылителя. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к сжиганию газообразного и жидкого топлива и может быть использовано в пламенных плавильных печах и других теплотехнических агрегатах.

Известна газомазутная горелка для отопления мартеновских печей, содержащая водоохлаждаемый полый корпус, концентрично расположенный в нем с возможностью поворота стабилизатор, образующий с внутренней поверхностью корпуса тороидальную щель и концентрично расположенные вокруг стабилизатора трубы (см. авт. св. СССР N 311098, МПК F 23 D 17/00, 1968). Однако такой газомазутной горелкой обеспечить оптимальные скоростные характеристики факела при переменном давлении и расходе топлива невозможно.

Наиболее близким к заявленному техническому решению того же назначения является газомазутная горелка для металлургических печей, содержащая три соосно установленные трубы: центральную - для подачи мазута, среднюю - для распылителя и наружную - для газообразного топлива, причем средняя труба установлена с возможностью продольного перемещения (см. авт. св. СССР N 348823, МПК F 23 D 17/00, 1971).

Горелка имеет следующие недостатки: - сложность конструкции из-за наличия механизма перемещения центрального сопла; - при продольном перемещении среднего сопла величина линейного смещения не обеспечивает пропорционального изменения площадей проходного сечения каналов, особенно на участках с коническими поверхностями сопел. Это не позволяет при изменении расхода мазута поддерживать неизменными и оптимальными и удельный расход распылителя, и удельную кинетическую энергию факела, его геометрические размеры и полноту выгорания топлива; - изменение положения среднего сопла приводит к непропорциональному изменению гидравлического сопротивления течению сред по каналам истечения распылителя и природного газа, что затрудняет эксплуатацию горелки в условиях переменных параметров энергоносителей на входе в горелку.

При создании настоящего изобретения решатся задача создания такой газомазутной горелки, которая обеспечит постоянство кинетической энергии факела при переменном соотношении массовых расходов газообразного и жидкого топлива.

Для решения поставленной задачи в газомазутной горелке, содержащей коаксиально расположенные сопла для подачи мазута, распылителя и газообразного топлива, длина входного конфузорного участка газового сопла составляет 0,55 - 0,65 его общей длины, а профиль поверхности на входе в сопло выполнен выпуклым с радиусом кривизны, равным 0,5 диаметра входного участка сопла, с центром кривизны на оси сопла и сопряжен с профилем поверхности у критического сечения сопла, имеющим радиус кривизны, равный его диаметру, с центром кривизны на расстоянии 1,5 диаметра критического сечения от оси сопла, при этом выходное отверстие сопла для подачи распылителя совпадает с концом конфузорного участка газового сопла, а мазутное сопло расположено на входе в цилиндрический участок сопла распылителя.

При исследовании отличительных признаков описываемой газомазутной горелки для плавильных печей и других теплотехнических агрегатов не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, в которых бы сущность предложения заключалась в выполнении профилей сопел горелки и взаимного расположения выходных отверстий таким образом, чтобы суммарная гидродинамическая структура вытекающего потока оставалась неизменной при изменении соотношения массовых скоростей энергоносителей, вытекающих из сопел горелки. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающей поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное устройство "Газомазутная горелка" соответствует условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид газомазутной горелки.

Горелка содержит трубу 1 для подачи мазута, оканчивающуюся соплом 2, трубу 3 для подачи распылителя с соплом Лаваля 4 и трубу 5 для подачи газообразного топлива с соплом 6. Входной участок газового сопла 6 выполнен криволинейным. Начальный участок 7 поверхности сопла выполнен с радиусом кривизны 0,5D, а конечный участок 8 выполнен с радиусом кривизны равным d_кр. Надписи на чертеже обозначают: D - диаметр входного отверстия криволинейного участка газового сопла; L - общая длина газового сопла; l - длина криволинейного участка; d_кр - приведенный критический диаметр газового сопла; A и B - центры кривизны участков криволинейного профиля.

Горелка работает следующим образом. Мазут подводится по каналу 1 и истекает из отверстия 2 в поток распылителя, подводимый по каналу 3. В сопле 4 струя мазута дробится потоком распылителя, и поток аэрозоля сначала истекает из конического участка сопла 4, а затем из конического участка сопла 6. Газовый поток, подводимый по каналу 5, деформируется в криволинейном входном участке газового сопла и подходит к его критическому сечению с равномерным полем скоростей. Дальнейшее движение и расширение газовой струи происходит в расходящемся участке газового сопла при истечении ее совместно с потоком жидкотопливного аэрозоля.

При выполнении входного участка сопла для подвода газа длиной 0,55 - 0,65 от его общей длины, этой длины оказывается достаточно для формирования равномерного поля скоростей в критическом сечении. При этом оставшийся участок расширяющегося сопла достаточен для разгона струи и создания жесткого факела. При выполнении входного участка газового сопла менее 0,55 общей длины не обеспечивается равномерное скоростное поле в его выходном сечении. При увеличении этого значения более 0,65 возрастает сопротивление истечению струи газа и существенно уменьшается длина разгонного участка, что уменьшает кинетическую энергию факела.

Значения радиусов кривизны криволинейного участка газового сопла и расположение центров кривизны подобраны экспериментально из условия получения максимально равномерного выходного поля скоростей при минимальном сопротивлении. Кроме того, при отклонении этих величин от указанных значений наблюдается отрыв газового потока от стенки выходного участка сопла, что снижает жесткость факела и увеличивает гидравлическое сопротивление газового тракта горелки.

Экспериментальная проверка предложенной конструкции газомазутной горелки тепловой мощностью 25 МВт выполнена на действующей мартеновской печи емкостью 60 т. Проверка показала, что устройство обеспечивает жесткий, настильный факел, кинетическая энергия которого изменяется незначительно при изменении соотношения расходов топлива.

Сравнение показателей работы горелки приведено в таблице, из которой видно, что отношение кинетической энергии потока, вытекающего из горелки, к тепловой мощности остается практически постоянным и независимым от изменения доли мазута в тепловой мощности горелки.

Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявлении средств и предназначена для использования в промышленности, а именно, в пламенных плавильных печах и в других теплотехнических установках. В настоящее время на газомазутную горелку разработана рабочая конструкторская документация. Изготовлен опытный образец, прошедший испытания на мартеновской печи. Результаты положительные.

Формула изобретения

Газомазутная горелка, преимущественно для пламенных плавильных печей, содержащая коаксиально установленные сопла для подачи мазута, распылителя и газообразного топлива, отличающаяся тем, что длина входного конфузорного участка газового сопла составляет 0,55 - 0,65 его общей длины, а профиль его поверхности на входе в сопло выполнен выпуклым с радиусом кривизны, равным 0,5 диаметра входного участка сопла, с центром кривизны на оси сопла, и сопряжен с профилем поверхности у критического сечения сопла, имеющим радиус кривизны, равный его диаметру, с центром кривизны на расстоянии 1,5 диаметра критического сечения от оси сопла, при этом выходное отверстие для подачи распылителя совпадает с концом конфузорного участка газового сопла, а мазутное сопло расположено на входе в цилиндрический участок сопла распылителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2