Газовая многофакельная горелка

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к горелочным устройствам, работающим на природном газе с принудительной подачей воздуха, предназначенным преимущественно для использования в топках водогрейных котлов. Техническим результатом изобретения является уменьшение концентрации вредных выбросов оксидов азота. Газовая многофакельная горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха, жаровую трубу и размещенную между ними камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой закреплены смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках, расположенные в, по крайней мере, один цилиндрический ярус вокруг центральной продольной оси горелки, и цилиндрический наконечник в виде стакана, установленного со стороны жаровой трубы в центральном отверстии торцовой стенки камеры для подачи газа, в боковой стенке которого выполнен первый кольцевой ряд радиальных отверстий. Согласно изобретению в боковой стенке стакана выполнен второй кольцевой ряд радиальных отверстий, расположенный между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к горелочным устройствам, работающим на природном газе с принудительной подачей воздуха, предназначенным преимущественно для использования в топках водогрейных котлов.

Известно горелочное устройство (см., например, SU 1768871 A1, кл. F 23 D 14/20, опубл. 1992), содержащее смесительные трубы, каждая из которых установлена в корпусе с образованием полости, подключенной к топливопроводу, воздухоподводящие патрубки, тангенциально присоединенные одним концом к смесительной трубе, а другим - к корпусу. В стенках оснований каждого воздушного патрубка выполнены ряды отверстий. В полостях патрубков струи топлива, направленные поперечно, смешиваются с продольным потоком воздуха. Далее перемешанная смесь воздуха и топлива поступает в объеме смесительных труб, где происходит ее воспламенение и горение.

За счет предварительного перемешивания топлива и воздуха в патрубках выравнивается поле концентраций топлива и воздуха в зоне горения, и температура горения газовоздушной смеси приближается к средней, что позволяет уменьшить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.

К недостаткам известного горелочного устройства следует отнести сложность конструктивного исполнения, а также незначительное снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания (до 150-170 мг/м³).

Кроме того, процесс смесеобразования в известном устройстве сопровождается повышенным уровнем шума.

Наиболее близкой к заявленной горелке по совокупности существенных признаков является газовая многофакельная горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха от вентилятора, камеру для подачи газа под давлением, установленные в камере для подвода воздуха смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках и жаровую трубу, полость внутри которой сообщена с камерой для подвода воздуха (см., например, проспект фирмы "WALTER DREIZLER GMBH" (Германия), 1998).

При работе горелки воздух, нагнетаемый вентилятором, разделяется на два потока, один из которых (первичный воздух) коаксиально со струей газа подается в смесительную трубку, а другой (вторичный воздух) поступает непосредственно из камеры для подвода воздуха в полость жаровой трубы коаксиально смесителям.

Подача вторичного воздуха коаксиально смесителям обеспечивает дожигание продуктов неполного сгорания, образующихся при сжигании при пониженной температуре топлива, смешанного с первичным воздухом, и тем самым снижение выброса оксидов азота.

К недостаткам известной газовой многофакельной горелки следует отнести:

- значительные поперечные габариты горелки;

- сложность конструкции и монтажа горелки, обусловленные, в частности, необходимостью обеспечения строгой соосности газовых сопел и трубок смесителей.

Техническим результатом изобретения является уменьшение концентрации вредных выбросов оксидов азота.

Указанный технический результат достигается тем, что в газовой многофакельной горелке с принудительной подачей воздуха, содержащей камеру для подвода воздуха, жаровую трубу и размещенную между ними камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой закреплены смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках, расположенные в, по крайней мере, один цилиндрический ярус вокруг центральной продольной оси горелки, и цилиндрический наконечник в виде стакана, установленного со стороны жаровой трубы в центральном отверстии торцовой стенки камеры для подачи газа, в боковой стенке которого выполнен первый кольцевой ряд радиальных отверстий, согласно изобретению в боковой стенке стакана выполнен второй кольцевой ряд радиальных отверстий, расположенный между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий.

Кроме того, суммарная площадь отверстий второго кольцевого ряда, выполненных в боковой стенке стакана, составляет 10-20% общей площади отверстий в боковых стенках всех смесительных трубок и 40-60% общей площади отверстий первого кольцевого ряда.

Выполнение в боковой стенке стакана второго кольцевого ряда радиальных отверстий, расположенного между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий, позволяет организовать двухстадийное сжигание топлива, снизить температуру горения и вследствие этого значительно уменьшить содержание оксидов азота в продуктах сгорания, причем организация двухстадийного сжигания топлива осуществлена не за счет подачи первичного и вторичного воздуха, а за счет подачи первичного и вторичного газа в указанных выше соотношениях. Это в принципе позволяет уменьшить выброс вредных веществ при минимальных габаритах и шуме горелке, поскольку необходимое сечение воздушного тракта намного превышает сечение топливопроводов. Заявляемое техническое решение вообще не требует организации каких-либо дополнительных топливопроводов. Необходимое увеличение длины стакана для оптимального размещения второго кольцевого ряда радиальных отверстий не ухудшает плавность запуска горелки (наличие стакана в прототипе обусловлено решением задачи плавного запуска). Расстояние L от торцовой стенки камеры для подачи газа до плоскости, в которой лежат оси второго ряда радиальных отверстий стакана, подбирается экспериментальным путем таким образом, чтобы, с одной стороны, максимально уменьшить содержание в продуктах сгорания оксидов азота (NO_Х), а с другой, чтобы это не привело к значительному увеличению содержания в них окиси углерода (СО).

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена газовая многофакельная горелка, продольный разрез.

Горелка содержит камеру 1 для подвода воздуха, нагнетаемого вентилятором 2, камеру 3 для подачи газа, расположенную между камерой 1 и жаровой трубой 4. В торцовых стенках 5 и 6 камеры 3 для подачи газа закреплены смесительные трубки 7, сообщающие камеру 1 для подвода воздуха с полостью внутри жаровой трубы 4.

В боковых стенках смесительных трубок 7 выполнены отверстия 8, расположенные внутри камеры 3 для подачи газа. Смесительные трубки 7 расположены в два цилиндрических яруса вокруг центральной продольной оси горелки.

В торцовой стенке 6 камеры 3 для подачи газа выполнено центральное отверстие, в котором со стороны жаровой трубы 4 установлен цилиндрический наконечник в виде стакана 9. В боковой стенке стакана 9 выполнены два кольцевых ряда радиальных отверстий 10 и 11. Отверстия 10 расположены в непосредственной близости от стенки 6, а кольцевой ряд радиальных отверстий 11, расположенных со стороны днища стакана 9, - на расстоянии L от стенки 6. Суммарная площадь отверстий 11 составляет 10-20% общей площади отверстий 8 в боковых стенках всех смесительных трубок 7 и 40-60% общей площади отверстий первого кольцевого ряда.

Горелка снабжена также запальной горелкой 12, установленной на месте одной из смесительных трубок 7 внутреннего яруса.

Газовая многофакельная горелка работает следующим образом.

Включают вентилятор 2, нагнетающий воздух в камеру 1. Подают газ в запальную горелку 12 и осуществляют ее розжиг, добиваясь устойчивого горения факела. Пламя запальной горелки 12 осуществляет предварительный нагрев как поверхности стакана 9, так и боковой поверхности жаровой трубы 4. Затем газ подают в камеру 3. Газ, поступая в полость жаровой трубы 4 через отверстия 10 и 11 в боковой поверхности стакана 9, смешивается с воздухом, поступающим из смесительных трубок 7, и воспламеняется от факела запальной горелки 12, образуя слой поджигающего пламени цилиндрической формы. Одновременно воздух, подаваемый на горение из камеры 1, перемешивается в смесительных трубках 7 с газом, поступающим из камеры 3 в трубки 7 через отверстия 8, расход которого уменьшен на величину расхода газа через отверстия 10 и 11 стакана 9. Образующаяся обедненная газовоздушная смесь поступает во внутреннюю полость жаровой трубы 4, где поджигается от факела пламени, образующегося вокруг стакана 9, при этом за счет выполнения отверстий 10, расположенных в непосредственной близости от торцовой стенки 6 камеры 3 для подачи газа, осуществляется плавный розжиг горелки, а выполнение отверстий 11 на расстоянии L от торцовой стенки 6 камеры 3 для подачи газа позволяет осуществить двухстадийное сжигание топлива, уменьшить температуру его горения и тем самым снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания. Расстояние L для различных по мощности горелок подбирается экспериментальным путем из условиях минимального содержания NO_Х и СО.

Формула изобретения

1. Газовая многофакельная горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха, жаровую трубу и размещенную между ними камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой закреплены смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках, расположенные в, по крайней мере, один цилиндрический ярус вокруг центральной продольной оси горелки, и цилиндрический наконечник в виде стакана, установленного со стороны жаровой трубы в центральном отверстии торцовой стенки камеры для подачи газа, в боковой стенке которого выполнен первый кольцевой ряд радиальных отверстий, отличающаяся тем, что в боковой стенке стакана выполнен второй кольцевой ряд радиальных отверстий, расположенный между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что суммарная площадь отверстий второго кольцевого ряда, выполненных в боковой стенке стакана, составляет 10-20% общей площади отверстий в боковых стенках всех смесительных трубок и 40-60% общей площади отверстий первого кольцевого ряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1