Газовая горелка

(51)23 14/24 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Лапцевич Павел Степанович Суворов Александр Васильевич Курочкина Мария Федоровна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Газовая горелка, включающая установленные в одном корпусе трубопровод подачи газа с кольцевым газовым коллектором на выходе, трубопровод подачи воздуха с лопаточным завихрителем на выходе и рассекатель пламени, отличающаяся тем, что рассекатель пламени состоит из по крайней мере двух, расположенных один в другом теплообменников в виде усеченных конусов, образованных отдельными элементами различной длины, консольно закрепленными под различными углами к оси горелки по охватывающим лопаточный завихритель воздуха окружностям, с образованием газопроницаемых боковых поверхностей теплообменников. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что элементы рассекателя пламени выполнены из жаропрочного металла или керамики в виде труб или стержней, или прямых или изогнутых пластин. 8535 1 2006.10.30 Изобретение относится к горелочным устройствам для сжигания природного газа и может быть использовано в различных топливосжигающих установках. Известны серийно выпускаемые комбинированные газомазутные горелки типа ГМГ,которые содержат установленные в корпусе трубопровод подачи газа с кольцевым газовым коллектором на выходе и трубопроводы подачи первичного и вторичного воздуха с лопаточными завихрителями на выходе 1. Недостатками данных горелок являются большое содержание в продуктах сгорания оксидов азота вследствие высокой температуры в зоне горения, небольшая доля передаваемого излучением тепла вследствие слабой светимости факела и нестабильности факела. Известны способ повышения энергетических и экологических показателей горелочных устройств и устройство для его реализации 2, сущность которого заключается в предварительном смешении части газообразного топлива с воздухом перед входом в зону горения. Однако данные способ и устройство позволяют лишь несколько улучшить процесс горения, но не устранить недостатки, присущие горелкам типа ГМГ. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является конструкция газовой горелки по пат. США (прототип) 3. Горелка оборудована рассекателем пламени, который установлен на выходе газовоздушной смеси. Рассекатель пламени выполнен в виде удлиненного открытого с торцов патрубка, состоящего из двух продольных частей. Боковые стенки патрубка имеют верхние и нижние кромки с продольными фланцами, придающими патрубку необходимую жесткость. На боковых стенках патрубков выполнены ребра, расположенные перпендикулярно фланцам. Ребра сообщают патрубку дополнительную жесткость и препятствуют изгибу патрубка при воздействии на него факела. В боковых стенках выполнены удлиненные отверстия,которые служат для компенсации термических деформаций патрубка при термоциклировании. Периферийная зона факела ограничена стенками патрубка. Материал патрубка поглощает часть тепла из периферийной зоны факела, что способствует некоторому снижению температуры факела в этой зоне до значения, при котором образование оксидов азота уменьшается. Недостатками такой горелки являются, во-первых, небольшая поверхность теплообмена между факелом и рассекателем пламени и, во-вторых, то, что рассекатель пламени лишь опоясывает факел снаружи, но не погружен в него. В связи с этим лишь небольшая доля тепла от факела передается рассекателю, температура факела и связанная с нею эмиссия оксидов азота уменьшается незначительно и небольшая доля тепла передается теплопотребителю излучением. Кроме того, изготовление предлагаемого рассекателя является достаточно трудоемким и дорогостоящим. Задачей предлагаемого изобретения является создание газовой горелки с низким содержанием оксидов азота в продуктах сгорания, высоким коэффициентом полезного действия, высокой стабильностью факела. Задача решается следующим образом. В газовой горелке, включающей установленные в одном корпусе трубопровод подачи газа с кольцевым газовым коллектором на выходе,трубопровод подачи воздуха с лопаточным завихрителем на выходе и рассекатель пламени, причем рассекатель пламени состоит из по крайней мере двух, расположенных один в другом теплообменников в виде усеченных конусов, образованных отдельными элементами различной длины, консольно закрепленными под различными углами к оси горелки по охватывающим лопаточный завихритель воздуха окружностям, с образованием газопроницаемых боковых поверхностей теплообменников. Элементы рассекателя пламени выполнены из жаропрочного металла или керамики в виде труб или стержней, или прямых или изогнутых пластин. Это обеспечивает повышение коэффициента полезного действия горелки, повышение стабильности факела и уменьшение содержания оксидов азота в продуктах сгорания. 2 8535 1 2006.10.30 На фигуре изображена предлагаемая горелка, продольный разрез. Газовая горелка содержит собранные в одном корпусе патрубок подачи газа 1, который через кольцевой газопровод 2 связан с рядом отверстий, расположенных по окружности кольцевого газового коллектора 3 патрубок подачи воздуха 4, который через кольцевой воздухопровод 5 связан с лопаточным завихрителем воздуха 6 кольцевое опорное устройство 7, в держателях 8 которого закреплены две группы отдельных наклоненных внутрь под различным углом элементов 9 и 10 различной длины, образующих два расположенных один в другом теплообменника 11 и 12 в виде усеченных конусов различной высоты, но с общим большим основанием 13, образующая которого охватывает завихритель воздуха 6. На чертеже показана горелка, имеющая два теплообменника 11 и 12. Однако их число может быть и большим. При этом каждый теплообменник образуется группой элементов одинаковой длины, наклоненных под одним углом, и все теплообменники имеют общее основание, но отличаются по длине и углу наклона элементов. Помимо элементов в виде трубы, как это показано на чертеже, теплообменники могут быть образованы из элементов в виде круглых, квадратных, шестигранных или иной формы в поперечном сечении стержней, в виде прямых или изогнутых пластин, в поперечном сечении имеющих форму уголка, прямоугольника, швеллера и других. Материалом для изготовления элементов может служить жаропрочная сталь или керамика. Предлагаемая газовая горелка работает следующим образом. Газообразное топливо подается через патрубок 1 в кольцевой газопровод 2 и выходит в зону горения в виде отдельных струй через ряд отверстий кольцевого газового коллектора 3. В зоне горения топливо интенсивно смешивается с воздухом, который подается через патрубок 4, кольцевой воздухопровод 5 и лопаточный завихритель 6. После поджига горелки образующийся факел взаимодействует с расположенными в зоне горения теплообменниками 11 и 12. На начальном участке горения факел по периферии полностью ограничен элементами 9 и 10, которые, нагреваясь до высокой температуры, способствуют быстрому воспламенению подаваемых новых порций газовоздушной смеси и тем самым стабилизируют факел. Далее по длине факела элементы 9 меньшей длины располагаются внутри факела, а элементы 10 большей длины - по периферии факела. Нагреваясь до высокой температуры (температуры свечения), элементы 9 и 10 поглощают значительную часть тепла как внутри, так и по периферии факела, уменьшая температуру в зоне горения,и одновременно становятся мощным источником радиационного излучения. Благодаря снижению температуры в зоне горения уменьшается образование оксидов азота в продуктах сгорания, а наличие еще одного, помимо факела, источника радиационного излучения в виде элементов 9 и 10 способствует увеличению доли тепла, передаваемого потребителю наиболее совершенным лучистым способом, и тем самым способствует увеличению коэффициента полезного действия горелки. Преимущества предлагаемой конструкции газовой горелки подтверждаются данными,приведенными в таблице, где приводятся сравнительные результаты промышленных испытаний котлов ДКВР - 10/13. Котлы были реконструированы на водогрейный режим работы и один из них был оборудован двумя серийными горелками типа ГМГ (котел 1), а другой - двумя новыми горелками, описание конструкции которых приведено выше (котел 2). Наименование параметров Суммарная тепловая мощность горелок, кВт Расход природного газа на горелки, нм 3/ч Давление газа перед горелками, Па Давление воздуха перед горелками, Па Расход воды через котел, т/ч Температура сетевой воды на входе в котел, С Температура сетевой воды на выходе из котла, С Коэффициент избытка воздуха за котлом Температура уходящих газов за котлом, С Состав продуктов сгорания за котлом О 2,СО 2,СО,,Коэффициент полезного действия котла брутто,Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4