Патент на изобретение №2150043

(54) ГАЗОГОРЕЛОЧНЫЙ БЛОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к использованию природного газа в качестве источника тепловой энергии. Технический результат изобретения состоит в получении на выходе из горелки пульсирующего потока газовоздушной смеси. Указанный технический результат получают за счет того, что газогорелочный блок, содержащий газовую горелку с корпусом и трубопроводы для подвода воздуха и природного газа, снабжен связанным с источником давления или вакуума пульсатором и двумя заполненными жидкостью и соединенными между собой понизу емкостями, а корпус горелки оснащен расположенным по ходу газа после точки его введения в воздушный поток устройством для отбора и обратного подвода газовой смеси с транспортирующим ее трубопроводом, причем верхняя часть одной емкости связана с пульсатором, а верхняя часть другой – с отводящим трубопроводом. 1 ил.

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к использованию природного газа в качестве источника тепловой энергии.

Известен газогорелочный блок, содержащий основную горелку, газопровод, подводящий к ней газ, вентилятор для нагнетания в горелку воздуха и систему автоматического управления (см. Л.И. Друскин. Эффективное использование природного газа в промышленных установках. Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1992 г., стр. 50-51). Недостаток газогорелочного блока данного типа заключается в стабильном расходе горючей смеси, что имеет следствием последующее равномерное ее сгорание в топке.

Наиболее близким к настоящему изобретению является газогорелочный блок, содержащий горелку с корпусом, трубопровод для подвода газа, вентилятор с воздухопроводом для нагнетания воздуха в горелку и щит автоматического управления (см. указанный выше источник, стр. 51-52). Основной недостаток газогорелочного блока данного типа также заключается в стабильном расходе горючей смеси.

Следует отметить следующее. В вышеприведенных конструкциях газогорелочных блоков использованы газовые горелки с принудительной подачей воздуха. Подобные горелки отличаются образованием высококачественной газовоздушной смеси, т. е. достаточно хорошими характеристиками смесительных устройств. Предлагаемое техническое решение, однако, может быть реализовано и при использовании газовых горелок инжекционного типа, у которых подача необходимого для горения воздуха осуществляется за счет кинетической энергии струи природного газа, вытекающего из сопла.

Технический результат настоящего изобретения состоит в получении на выходе из горелки пульсирующего потока газовоздушной смеси, что в свою очередь приводит к увеличению интенсивности теплообменных процессов, происходящих в теплоэнергетическом аппарате, использующем тепло сгорания природного газа (паровой котел, газовоздушный теплообменник и т.д.).

Указанный технический результат получают за счет того, что газогорелочный блок, содержащий газовую горелку с корпусом и трубопроводы для подвода воздуха и природного газа, снабжен связанным с источником давления или вакуума пульсатором и двумя заполненными жидкостью и соединенными между собой понизу емкостями, а корпус горелки оснащен расположенным по ходу газа после точки его введения в воздушный поток устройством для отбора и обратного подвода газовой смеси с транспортирующим ее трубопроводом, причем верхняя часть одной емкости связана с пульсатором, а верхняя часть другой – с отводящим трубопроводом.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Использование пульсаций при проведении различных процессов известно. Однако пульсирующий режим подачи газовоздушной смеси к месту ее сжигания допустим при выполнении ряда условий, главным из которых является сохранение постоянного состава газовоздушной смеси с оговоренным коэффициентом избытка воздуха. В горелках с принудительной подачей воздуха необходимо при этом создать синхронные пульсации газового и воздушного потока, т.е. равнозначное изменение их расхода, что в значительной мере усложнит конструкцию горелки и систему автоматического управления ее работой. При использовании инжекционных горелок пульсирующий поток природного газа не может при выбранной и, естественно, неизменяемой в ходе работы конструкции горелки обеспечить сохранение постоянного соотношения между количеством подаваемого газа и количеством подсасываемого воздуха. Предлагаемое техническое решение обеспечивает стабильность состава газовоздушной смеси при одновременном пульсирующем режиме ее подачи в газоиспользующий аппарат. При этом изменение потока по времени может носить различный характер. Для достижения технического результата достаточно отобрать часть потока готовой газовоздушной смеси, т. е. после проведения процесса смешения природного газа и воздуха, и далее вернуть отобранную часть обратно.

Две заполненные жидкостью и соединенные понизу емкости представляют собой обычные сообщающиеся сосуды. Очевидная возможность изготовления емкостей с одной общей стенкой (см. описанное ниже конструктивное решение) не меняет сути дела. Воздействие на одну из емкостей источника давления или вакуума производит противоположные изменения в положении уровня находящейся в емкостях жидкости. При этом жидкость выполняет функцию поршня в поршневом насосе. Носящее разнообразный характер пульсирующее воздействие источника давления или вакуума формируют за счет использования пульсаторов различного типа (см. С. М. Карпачева, Б.Е. Рябчиков. Пульсационная аппаратура в химической технологии. – М.: Химия, 1983 г., стр. 14-23).

Схематически конструкция газогорелочного блока по настоящему изобретению показана на представленном чертеже.

Газогорелочный блок содержит газовую горелку 1, имеющую корпус 2. В данном варианте использована горелка с принудительной подачей воздуха. Горелка 1 соединена с подводящим газ трубопроводом 3 и подводящим воздух трубопроводом 4. В корпусе горелки установлен завихритель 5. Корпус горелки 2 снабжен устройством для отбора и обратного подвода горючей смеси 6 с транспортирующим трубопроводом 7. Устройство для отбора горючей смеси 6 в данном варианте выполнено в виде расположенного на корпусе 2 кольцевого полого прилива, в зоне которого корпус 2 снабжен перфорацией. Устройство для отбора горючей смеси расположено по ходу газа после завихрителя 5, т.е. после точки введения природного газа в воздушный поток. Газогорелочный блок оснащен также двумя емкостями 8 и 9. В нижней части емкости 8 и 9 связаны между собой (в данном варианте показаны емкости с одной общей стенкой). Емкость 9 соединена трубопроводом с пульсатором 10. В данном варианте показан пневматический пульсатор, представляющий собой золотниково-распределительный механизм. Пульсатор 10 имеет корпус 11, золотник 12 с отверстием (прорезью) 13, подающий патрубок 14 и выхлопной патрубок 15. Золотник 12 размещен на вращающемся валу 16. Емкость 8 соединена посредством транспортирующего трубопровода 7 с устройством для отбора и обратного подвода горючей смеси 6. Пульсатор 10 связан посредством подающего патрубка 14 с источником давления или вакуума (на чертеже не показан).

Газогорелочный блок работает следующим образом.

В горелку 1 по трубопроводу 4 подают необходимый для сгорания воздух. По трубопроводу 3 одновременно подают сжигаемый природный газ. Посредством устройств известного типа расходы воздуха и природного газа стабилизированы. Газовоздушная смесь высокого качества, обеспеченного интенсивным перемешиванием потоков, получают после прохождения потоками газа и воздуха завихрителя 5. Пульсатор 10 связан с источником вакуума посредством патрубка 14. При вращении размещенного в корпусе 11 пульсатора 10 вала 16 происходит и вращение сидящего на валу 16 золотника 12 дискового типа, имеющего отверстие (прорезь) 13. При совмещении отверстия 13 с подающим патрубком 14 емкость 9 оказывается под вакуумом. При этом столб жидкости в емкости 9 поднимается, а столб жидкости в емкости 8 опускается. При опускании столба жидкости происходит отбор готовой газовой смеси из корпуса горелки через устройство для отбора горючей смеси 6. Газовая смесь через перфорационные отверстия в корпусе 2 горелки 1 поступает в полость кольцевого прилива устройства 6 и далее по транспортирующему трубопроводу 7 в емкость 8. При совмещении отверстия (прорези) 13 золотника 12 с выхлопным патрубком 15, связанным с окружающим пространством, емкость 9 вновь оказывается под атмосферным давлением. Происходит опускание жидкостного столба в емкости 9 и, соответственно, подъем столба жидкости в емкости 8. Газовая смесь из этой емкости через транспортирующий трубопровод 7 и устройство 6, выполняющее в данное время функцию устройства для обратного подвода горючей смеси, поступает в горелку 1. Далее цикл повторяется. Таким образом, при стабильном составе горючей смеси происходит пульсирующая ее подача на сжигание.

К описанию конструкции газогорелочного блока и его работы следует сделать следующие замечания. Устройство для отбора и обратного подвода газовой смеси может быть выполнено различным образом вплоть до введения в корпус горелки простого патрубка. Характер пульсаций может быть различным в зависимости от типа пульсатора (механические или пневматические разнообразнейших типов).

В приведенном выше примере, как указывалось ранее, использован пневматический пульсатор с золотниково-распределительным механизмом. При соответствующем выборе формы и размера прорезей в золотнике пульсации могут иметь синусоидальный или пилообразный характер. Частота пульсаций при этом зависит от числа оборотов золотника.

Целесообразно привести пример работы газогорелочного блока для объяснения проходящих в данном случае процессов. При тепловой мощности котла, например, 1,2 МВт на сжигание поступает 120,7 нм³/час природного газа среднего состава. При коэффициенте избытка воздуха =1,035 образуется 1308 нм³/час (363 литра в секунду) газовой смеси, подаваемой на сжигание. Положим, что конструкция и число оборотов золотника обеспечивает равномерный отбор 40 литров газовой смеси в течение 0,8 с и обратную ее подачу в горелку в течение 0,2 с. Следовательно, в течение 0,8 с средний расход газовой смеси на сжигание составляет (363- 40/0,8)= 313 л/с (1127 нм³/час). В последующие 0,2 с расход газовой смеси на сжигание в среднем составит (363 +40/0,2)=563 л/с (2027 нм³/час). Очевиден пульсирующий характер горения факела. При выборе иной формы и размеров прорези змеевика возможно, например, создать плавные синусоидальные пульсации горения факела.

Пульсирующий характер горения связан с турбулизацией потока дымовых газов в объеме газового пространства котла. По предварительным экспериментам происходило увеличение коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к теплопередающим поверхностям котла на 15-20%.

Таким образом, основной технико-экономический эффект использования настоящего технического решения состоит в увеличении интенсивности работы газоиспользующего аппарата.

Формула изобретения

Газогорелочный блок, содержащий газовую горелку с корпусом и трубопроводы для подвода воздуха и природного газа, отличающийся тем, что блок снабжен связанным с источником давления или вакуума пульсатором и двумя заполненными жидкостью и соединенными между собой понизу емкостями, а корпус горелки оснащен расположенным по ходу газа после точки его введения в воздушный поток устройством для отбора и обратного подвода газовой смеси с транспортирующим ее трубопроводом, причем верхняя часть одной емкости связана с пульсатором, а верхняя часть другой – с транспортирующим трубопроводом.

РИСУНКИ