122991 (592741), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Различные ориентации отверстий, выполненных в боковых стенках смесительных трубок (радиальные или тангенциальные), позволяют реализовать предпочтительный вариант смешения в зависимости от вида применяемого газообразного топлива и требуемого соотношения расходов газа и воздуха.
Охарактеризованное указанными выше существенными признаками изобретение на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков заявляемого изобретения, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена предлагаемая газовая горелка; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Газовая горелка содержит камеру 1 для подвода воздуха, нагнетаемого вентилятором (не показан), камеру 2 дл я подачи газа, установленную между камерой 1 и жаровой трубой 3 и сообщенную с источником газа посредством газоподающей трубы 4.
В торцовых стенках 5 и 6 камеры 2 для подачи газа выполнены оппозитно расположенные отверстия, в которых герметично установлены смесительные трубки 7 с кольцевым рядом радиальных или тангенциальных отверстий (каналов) 8 в каждой из них, расположенных внутри камеры 2 для подачи газа.
Камера 2 для подачи газа установлена с образованием кольцевого зазора d между ее боковой цилиндрической стенкой и жаровой трубой 3, при этом в боковой стенке выполнен кольцевой ряд радиальных отверстий 9.
Суммарная площадь радиальных отверстий 9 составляет 0,3-0,5 суммарной площади отверстий 8, выполненных в боковых стенках смесительных трубок 7.
Горелка снабжена запальным устройством 10, размещенным внутри одной из смесительных трубок 7.
Газовая горелка работает следующим образом.
Включают вентилятор, нагнетающий воздух в камеру 1. Через смесительные трубки 7 и кольцевой зазор d воздух поступает во внутреннюю полость жаровой трубы 3. По окончании продувки топочного пространства подается высоковольтное напряжение на электрод поджига запального устройства 10. Одновременно осуществляется подача газа по газоподводящей трубе 4 в камеру 2, а из нее через отверстия 8 в смесительные трубки 7 и через отверстия 9 - в кольцевой зазор d.
Расход газа через отверстия 8 уменьшен на величину расхода газа через радиальные отверстия 9 (на 30-50% - в соответствии с отношением суммарных площадей отверстий 8 и 9). Для предлагаемой конструкции горелки экспериментально установлено, что при расходе газа через отверстия 9, составляющем менее 30% от расхода газа через смесительные трубки 7, недопустимо возрастает содержание NOx а, а при указанном соотношении расходов газа, превышающем 50%, плавный розжиг горелки сильно затруднен. Образующаяся в полостях смесительных трубок 7 обедненная газовоздушная смесь воспламеняется искрой от запального устройства 10, а затем от факела воспламеняется газовоздушная смесь, образованная в кольцевом зазоре d.
Благодаря наличию радиальных отверстий 9, выполненных в боковой цилиндрической поверхности камеры 2, установленной в жаровой трубе 3 с кольцевым зазором d, реализуется двухстадийное сжигание газообразного топлива, позволяющее снизить температуру его горения и уменьшить тем самым содержание оксидов азота (NOx а) в продуктах сгорания.
Наличие участка внезапного расширения при переходе кольцевого зазора d в полость жаровой трубы 3 вызывает отклонение потока газовоздушной смеси, образующейся в зазоре d, от стенки жаровой трубы 3 к центральной продольной оси горелки. Возникающая при этом турбулентность срывающегося с границы торцовой стенки 6 камеры 2 вихря способствует стабилизации факела горелки.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1545025, МПК F 23 D 14/02, опубл. 1990 г.
2. Патент РФ 1768871, МПК F 23 D 14/00, опубл. 1992 г.
3. Проспект фирмы Walter Dreizler GmbH (Германия), 1998 г. - прототип.
Формула изобретения
1. Газовая горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха, камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой выполнен ряд оппозитно расположенных отверстий, смесительные трубки с кольцевым рядом отверстий в боковых стенках и жаровую трубу, отличающаяся тем, что камера для подачи газа установлена между камерой для подвода воздуха и жаровой трубой с образованием кольцевого зазора между ее боковой цилиндрической стенкой и жаровой трубой, при этом смесительные трубки герметично установлены в отверстиях торцовых стенок камеры для подачи газа, в боковой цилиндрической стенке которой выполнен кольцевой ряд радиальных отверстий, а отверстия в боковых стенках смесительных трубок расположены внутри камеры для подачи газа.
2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что суммарная площадь упомянутых радиальных отверстий составляет 0,3-0,5 суммарной площади отверстий, выполненных в боковых стенках смесительных трубок.
3. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в боковых стенках смесительных трубок выполнены радиальными.
4. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в боковых стенках смесительных трубок выполнены в виде тангенциальных каналов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
Реферат:
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к использованию природного газа в качестве источника тепловой энергии. Способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелки с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством включает подведение природного газа, смешение его с воздухом и подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания. Способ обеспечивает улучшение смешения природного газа и воздуха, снижение содержания в выхлопных газах оксида углерода и окислов азота и упрощение конструкции горелки за счет того, что природный газ подводится к всасывающей линии тягодутьевого устройства, выполненной в виде цилиндра с перфорированной вставкой.
Известен способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха (см. Н.Л. Стаскевич и др. "Справочник по газоснабжению и использованию газа", Л., Изд. "Недра", Ленинградское отделение, 1990 г., стр. 499-501). Воздух, необходимый для горения, нагнетается в горелки принудительно тягодутьевым устройством, в основном вентилятором. В качестве тягодутьевого устройства могут быть использованы также воздуходувки или компрессоры. Воздух забирают из атмосферы во всасывающую линию тягодутьевого устройства и далее после прохождения рабочего органа, например, рабочего колеса вентилятора, направляют в нагнетательную линию. В нагнетательной линии непосредственно у места сжигания природного газа проводят закрутку воздушного потока (наиболее часто используемый прием для широко известных конструкций горелок с принудительной подачей воздуха), в который из сопел подают природный газ. Здесь происходит смешение природного газа и воздуха с образованием газовоздушной смеси, которая далее через насадок поступает непосредственно к месту сжигания природного газа. Для получения короткого пламени с высокой температурой, т.е. дл обеспечения горения газа, близкого к кинетическому, необходимо хорошее предварительное смешение природного газа и воздуха. Это достигается за счет удлинения участка смешения, увеличения разности скоростей газа и воздуха, увеличения поверхности соприкосновения газовых струй с воздушным потоком, направления потоков газа и воздуха под углом, вывода газовых струй в интенсивно раскрученный поток воздуха и т.д. Сказанное выше определяет основной недостаток способа подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха, а именно неудовлетворительное качество смешения природного газа и воздуха. При этом улучшение качества смешения сопровождается значительным усложнением конструкции горелки. В свою очередь неудовлетворительное качество смешения имеет следствием повышенное содержание в выхлопном газе оксида углерода (CO) и окислов азота (NOx).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством, реализуемый в газогорелочных автоматизированных блоках (см. указанный выше источник, стр. 599-604). Способ включает те же операции, что и в случае аналога, а именно подведение природного газа, смешение его с принудительно подаваемым и специально турбулизированным потоком воздуха, подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания. Признаком, выделяющим этот способ из ряда аналогичных, является принудительная подача воздуха предназначенным только и только для этой цели совмещенным с горелкой центробежным вентилятором. Суть способа при этом не претерпевает изменений, а следовательно, сохраняются и вышеуказанные его недостатки. Следует отметить, что в настоящее время весьма широко распространены использующие указанный выше способ подготовки природного газа к сжиганию горелки газовые блочные ГБЛ, серийно выпускаемые, например, ОАО "Старорусприбор".
Технический результат предлагаемого способа подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством состоит в улучшении смешения природного газа и воздуха, а следовательно, в улучшении качества газовоздушной смеси при одновременном упрощении конструкции горелки. Технический результат предлагаемого способа состоит также в снижении содержания в выхлопных газах оксида углерода и окислов азота.
Указанный технический результат достигают за счет того, что в способе подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством, включающем подведение природного газа, смешение его с воздухом и подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания, природный газ подводится к всасывающей линии тягодутьевого устройства.
Сущность изобретения состоит в следующем.
При сжигании природного газа с использованием горелок с принудительной подачей воздуха реализуется в основном кинетический принцип сжигания. При кинетическом принципе сжигания природного газа однородная горючая смесь подготавливается до начала процесса горения и содержит воздух в несколько большем количестве, чем его потребно по стехиометрии проходящих при горении химических реакций (коэффициент избытка воздуха при этом a = 1,02-1,05). Сгорание такой смеси проходит без видимых пиролитических процессов, приводящих к образованию сажистых частиц. При реализации указанного принципа горение может протекать при неограниченно высоком объемном теплонапряжении без образования продуктов неполного сгорания. Обязательным условием при этом является высокое качество смешения природного газа и воздуха, для чего применяют специальные и сложные конструкции смесительных устройств (см. указанный выше источник, стр. 327-328). В настоящем изобретении процесс смешения не требует специальных смесительных устройств вообще, поскольку смешение проходит непосредственно в тягодутьевом устройстве, например в рабочем колесе вентилятора. Подведение природного газа к всасывающей линии тягодутьевого устройства допустимо, естественно, только в том случае, если оно предназначено только для нагнетания воздуха в горелку, что и отражено выше при выборе прототипа изобретения. В настоящее время при современном уровне производства и автоматического управления процессами условия безопасности работы горелочного устройства в комплексе могут быть соблюдены без каких-либо осложнений. Наличие электродвигателей во взрывобезопасном исполнении, изготовление рабочего колеса и кожуха вентилятора из материалов, исключающих искрообразование, определяет безопасность механических устройств, необходимых для реализации способа. Необходимость устанавливать клапан блокировки, отключающий подачу газа при прекращении подачи воздуха, является принципиально присущим горелочным устройствам с принудительной подачей воздуха (см. указанный выше источник, стр. 499). Предотвращения отрыва и проскока пламени достигают как и в случае других горелок выбором соответствующих скоростей газовоздушного потока на выходе в топку, установкой стабилизаторов горения и т.д. (см. указанный выше источник, стр. 317-318).
Схематически горелочное устройство, реализующее заявляемый способ подготовки природного газа к сжиганию, приведено на представленном чертеже.
Природный газ подводится из сети по трубопроводу 1 к всасывающей линии 2 вентилятора 3. Всасывающая линия 2 в данном случае выполнена в виде цилиндра с внутренней перфорированной вставкой 4. Вентилятор, засасывающий воздух из атмосферы, приводится во вращение электродвигателем 5. Природный газ и воздух смешивают непосредственно в вентиляторе 3. Газовоздушную смесь подают в горелку 6, из которой смесь истекает в топочное пространство 7. Собственно горелка 6 представляет собой простую трубу с сужением или без него в зависимости от потребной скорости газа на выходе. Выход горелки размещен в стабилизаторе горения 8, представляющем собой цилиндрический туннель с внезапным расширением сечения.
Предлагаемое техническое решение может быть проиллюстрировано следующим примером.
Пример 1. Состав природного газа (об.%):
CH4 а - 98,49, C2 аH6 а - 0,42, C3 аH8 а - 0,18, C4 аH10 а - 0,06;
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
