CZ295976B6

CZ295976B6 - Hořák pro plynná paliva

Info

Publication number: CZ295976B6
Application number: CZ19993817A
Authority: CZ
Inventors: Feliciano Lasagni; Giorgio Buccilli
Original assignee: Worgas Bruciatori S. R. L.
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2005-12-14
Also published as: DE69810920D1; IT1292721B1; ES2189170T3; AU7646498A; US6561795B1; CZ9903817A3; SK284776B6; EP0979373B1; SK148399A3; WO1998049495A1; DE69810920T2; ITMO970077A0; ITMO970077A1; ATE231599T1; EP0979373A1

Abstract

Hořák pro plynná paliva, pro spalování hyperstechiometrické palivové směsi, je opatřený difuzérem (1) s hlavními štěrbinami (3, 13), uspořádanými do průběžně nebo přerušovaně uspořádaných základních řad (2, 8, 25), které jsou vzájemně odděleny mezikusem (10) difuzéru (1), a jsou v něm provedeny přídavné štěrbiny (5, 14, 17, 18), jejichž podélné osy svírají s podélnými osami hlavních štěrbin (3, 13) nenulový úhel.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká hořáku pro plynná paliva, zejména hořák/pro spalování hyperstechiometrické směsi, tj. směsi, kde množství primárního vzduchu přesahuje stechiometricko u hodnotu.

Dosavadní stav techniky

Hyperstechiometrické směsi umožňují snížit teplotu plamenů a tím snížit množství oxidů dusíku, které se tvoří během spalování. Problémem u hořáků, kde je spalována hyperstechiometrická směs, je stabilita plamenů, neboť ty mají tendenci k občasnému zhášení a tím k jejich odtržení od povrchu hořáku, což má za následek nežádoucí provoz hořáku, emisi nespálených částic avysoký obsah oxidu uhličitého ve spalinách takovým spalováním produkovaných. Čím vyšší je poměr mezi vzduchem a palivem ve směsi v hořáku spalované, tím je vyšší nestabilita plamene.

Tento problém dále zhoršuje přítomnost vzduchu nebo dusíku v palivu přiváděném do hořáku a tlak a vlhkost v prostředí, z něhož pochází vzduch, který je přimícháván do paliva.

Pokusem o vyřešení tohoto problému je rozvod směsi paliva a vzduchu po difuzéru hořáku pomocí štěrbin uspořádaných do souběžně vedených řad. Řady štěrbin, průběžné nebo přerušované, jsou na difuzéru vzájemně odděleny mezikusem, plochou bez jakýchkoliv štěrbin. Na této ploše se při spalování vytváří vakuum a teplota je zde vyšší, než je teplota ostatních částí difuzéru. To brání zhášení plamene a jeho následnému odtržení od povrchu hořáku.

Nicméně sekundární vzduch, který je do plamenů přiváděn, má tendenci je ochlazovat a dále zvyšuje poměr mezi vzduchem a palivem ve směsi proudící štěrbinami hořáku. Proto se nestabilita plamenů při zvýšení poměru vzduchu k palivu opět objevuje a není možno dosáhnout snížení obsahu oxidů dusíku pod určitou mez.

Účelem tohoto vynálezu je návrh hořáku s velmi nízkým obsahem oxidů dusíku ve spalinách, při stabilním hoření plamene.

Podstata vynálezu

Výše uvedeného účelu je dosaženo u hořáku pro hyperstechiometrickou palivovou směs, opatřeného difuzérem s hlavními štěrbinami, uspořádanými do průběžných nebo přerušovaných základních řad, které jsou vzájemně odděleny mezikusem konstantní šířky, v provedení podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že mezikusje opatřen soustavou přídavných štěrbin pro průtok směsi vzduchu a paliva. Tyto přídavné štěrbiny mohou být uspořádány do jedné nebo více průběžně nebo přerušovaně vedených řad, souběžných s podélnou osou mezikusu difuzéru. Přídavné štěrbiny mohou být vedeny kolmo nebo jakkoliv skloněny vůči prvním štěrbinám. Přídavné štěrbiny mohou být dále uspořádány souběžně nebo se sklonem vůči podélné ose mezikusu difuzéru a mohou být přímočaré nebo zakřivené. Výhodou tohoto provedení je vznik pomocného plamene v oblasti mezikusu, ležícího mezi hlavními plameny vytvořenými přilehlými řadami hlavních štěrbin. Tyto pomocné plameny přihřívají hlavní plameny ze strany přivrácené k mezikusu, čímž brání jejich zhášení a tím jejich nestabilitě.

Ό výhodného provedení předmětného vynálezu jsou přídavné štěrbiny tvarovány tak, že rychlost proudění směsi vzduchu a paliva těmito štěrbinami je nižší, než je rychlost proudění směsi prvními štěrbinami. Výhodou tohoto provedení je vytvoření velmi stabilních pomocných plamenů, které účinně podporují stabilitu hlavních plamenů.

-1 CZ 295976 B6

U dalšího výhodného provedení podle předmětného vynálezu je množství směsi vzduchu a paliva proudícího těmito přídavnými štěrbinami nižší, než je množství směsi proudící prvními štěrbinami. Toho je dosaženo tím, že celá plocha pokrytá přídavnými štěrbinami je pod úrovní plochy s hlavními štěrbinami nebo tvarem přídavných štěrbin, které způsobují značnou ztrátu energie směsi proudící těmito štěrbinami. Výhodou tohoto provedení je, že směs vzduchu a plynného paliva, proudící přídavnými štěrbinami v mezikuse difuzéru, podstatně neovlivňuje strukturu hlavních plamenů tvořících se na řadách prvních štěrbin.

V jiném výhodném provedení předmětného vynálezu je mezikus difuzéru zhotoven z tepelně odolného materiálu, který je bez poškození schopen odolat teplotě vyšší než ostatní části difuzéru. Výhodou takového provedení je to, že směs vzduchu a paliva proudící přídavnými štěrbinami v mezikusu difuzéru je ohřívána teplem nahromaděným v tomto mezikusu. Tím se zvyšuje rychlost spalování směsi, což dovoluje dosáhnout mimořádně vysoké stability plamenů, neboť pomocné plameny napomáhají udržet polohu hlavních plamenů.

V dále zlepšeném provedení tohoto vynálezu je použit tepelně odolný materiál s porézní nebo houbovitou strukturou. To dovoluje, aby směs vzduchu a plynného paliva procházela celým tělesem mezikusu. Vhodným materiálem porézní nebo houbovité struktury může být keramický materiál. Výhodou provedení mezikusu z takového materiálu je ohřev směsi vzduchu a paliva proudící přídavnými štěrbinami při současném snížení rychlosti jejího proudění.

V ještě výhodnějším provedení je materiál porézní nebo houbovité struktury uložen v úchytech vytvořených v mezikuse. Výhodou je možnost snadné výměny příslušného kusu, bude-li toho zapotřebí.

Doporučuje se rovněž použít tepelně odolný materiál síťovité struktury. Výhodou tohoto provedení je, že tepelné deformace, kterým je materiál vystaven, se nepřenášejí na ostatní části difuzéru a nezpůsobují tak jejich nadměrné mechanické namáhání.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji objasněn na příkladech jeho praktického provedení, uvedených na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je nakreslen půdorysný pohled na hořák pro spalování hyperstechiometrických směsí, provedený podle dosavadních řešení, se dvěma souběžně uspořádanými řadami hlavních štěrbin a na obr. 2 je řez rovinou II-Π podle obr. 1. Obr. 3 ukazuje půdorysný pohled na hořák podle vynálezu s řadou přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami prvních štěrbin. Obr. 4 ukazuje řez rovinou IV-IV podle obr. 3. Na obr. 5 je půdorysný pohled na hořák podle vynálezu se dvěma řadami přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami prvních štěrbin. Obr. 6 představuje půdorysný pohled na hořák podle vynálezu se třemi řadami přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami prvních štěrbin. Obr. 7 znázorňuje hořák podle vynálezu se čtyřmi řadami prvních štěrbin, které jsou navzájem odděleny mezikusy, z nichž každý je opatřen řadou přídavných štěrbin. Na obr. 8 je nakreslen hořák podle vynálezu se dvěma přerušovaně vedenými základními řadami prvních štěrbin a přerušovanou řadou přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami. Na obr. 9 je částečný pohled na hořák podle vynálezu se dvěma základními řadami šikmo uspořádaných štěrbin a řadou přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami. Obr. 10 ukazuje částečný pohled na hořák podle vynálezu se dvěma řadami prvních štěrbin a řadou přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami, kde přídavné štěrbiny jsou uspořádány šikmo, všechny se stejným sklonem. Obr. 11 představuje provedení obdobné hořáku podle obr. 10, ale s přídavnými štěrbinami skloněnými střídavě v opačném směru. Obr. 12 představuje částečný pohled na hořák podle vynálezu se dvěma přerušovaně vedenými a vzájemně posunuté uspořádanými řadami prvních štěrbin a dvěma průběžnými řadami přídavných štěrbin v mezikusu mezi oběma základními řadami. Obr. 13 ukazuje částečný příčný řez hořákem podle vyná

-2CZ 295976 B6 lezu, se dvěma paralelně vedenými řadami prvních štěrbin, oddělenými mezikusem opatřeným prostředky pro uložení vložky z porézního nebo houbovitého materiálu. Na obr. 14 je řez rovinou XIV-XIV podle obr. 13. Obr. 15 je obdobou obr. 14, ale s jiným provedením prostředků pro uložení vložky difuzéru.

Příklady provedení vynálezu

Jak je uvedeno na obr. 1 až 14, difuzér 1 hořáku je na povrchu opatřen dvěma souběžně uspořádanými, průběžnými základními řadami 2,2a hlavních štěrbin 3 pro průchod směsi vzduchu a plynného paliva, jejímž hořením vzniká na povrchu hořáku dvojice plamenů, např. čepelovitého tvaru. Hlavní štěrbiny 3 mají tvar podlouhlých otvorů, s podélnou osou kolmou na podélnou osu difuzéru I. U provedení zobrazeném na obr. 2 jsou první základní řada 2 a druhá základní řada 2a vzájemně odděleny mezikusem 10, v němž jsou vytvořeny přídavné štěrbiny 5 uspořádané do průběžné vedené, jednoduché meziřady 4. Přídavné štěrbiny 5 mají tvar podlouhlých otvorů, jejichž podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou mezikusu 10, takže je v podstatě kolmá na podélnou osu hlavních štěrbin 3 obou základních řad 2,2a. Směs vzduchu a plynného paliva vycházející z přídavných štěrbin 5 vytváří pomocný plamen 22, který udržuje hlavní plameny 21 na povrchu difuzéru 1 a zajišťuje tak stabilitu hlavních plamenů při vysokém obsahu vzduchu ve směsi.

Obr. 5 ukazuje difuzér 1 hořáku s dvojitou meziřadou 6 přídavných štěrbin 5 v mezikusu 10. Podélná osa přídavných štěrbin 5 je opět vedena souběžně s podélnou osou difuzéru 1 podstatě kolmo na podélné osy hlavních štěrbin 3.

Na obr. 6 je difuzér 1 hořáku s trojitou meziřadou 7 přídavných štěrbin 5, vytvořených v mezikusy 10. Podélná osa přídavných štěrbin 5 je opět vedena souběžně s podélnou osou difuzéru 1, tedy kolmo na podélné osy hlavních štěrbin 3.

Obr. 7 ukazuje difuzér 1 hořáku se čtyřmi souběžně uspořádanými základními řadami 2,2a,2b,2c hlavních štěrbin 3. Sousední řady jsou vzájemně odděleny příslušnými mezikusy 10,10a, 10b. V každém z mezikusu 10,10a, 10b je vytvořena průběžně vedená jednoduchá meziřada 4,4a,4b přídavných štěrbin 5.

Obr. 8 ukazuje difuzér 1 hořáku se dvěma přerušovanými řadami 8,8a hlavních štěrbin 3. První přerušovaná řada 8 a druhá přerušovaná řada 8a jsou vzájemně odděleny mezikusem 10, v němž je vytvořena přerušovaná meziřada 9_přídavných štěrbin 5. Přídavné štěrbiny 5 jsou uspořádány do skupin 24, z nichž každá má dvě řady hlavních štěrbin 3 a mezi nimi řadu přídavných štěrbin 5. Každá skupina 24 je ukončena krajní štěrbinou 11, která v příčném směru překrývá celou šířku skupiny 24.

Na obr. 9 je difuzér 1 hořáku podobného provedení jaké je znázorněno na obr. 3, ale obě základní, krajní řady 12,12a jsou tvořeny hlavními štěrbinami 13 uspořádanými šikmo, tj. nikoliv kolmo na podélnou osu přídavných štěrbin 5.

Další podobné provedení je uvedeno na obr. 10, kde mezikus 10 je opatřen střední řadou 15 šikmých přídavných štěrbin 14. Tyto šikmé přídavné štěrbiny 14 mají všechny svoji podélnou osu nakloněnou vůči podélné ose difuzéru 1 pod stejným úhlem, ve stejném směru.

Obr. 11 představuje obdobu provedení podle na obr. 10, ale mezikus 10 je opatřen prostřední řadou 16 sešikmených přídavných štěrbin 17. Sešikmené přídavné štěrbiny 17 mají svoji podélnou osu nakloněnou vůči podélné ose difuzéru 1, avšak střídavě na opačnou stranu oproti sousední.

Na obr. 12 je znázorněn difuzér 1 hořáku se dvěma přerušovanými, vzájemně posunutými řadami 25,25a hlavních štěrbin 3. Obě řady 25,25a jsou vzájemně odděleny mezikusem 10 s dvojitou meziřadou 6 přídavných štěrbin 5, jejichž podélná osa je souběžná s podélnou osou difuzéru 1.

Obr. 13 až 15 ukazují mezikus 10 difuzéru 1 hořáku, opatřený úchytem pro vložku 20 z porézního nebo houbovitého, tepelně odolného materiálu, např. keramického. Úchyt může mít tvar přímé drážky 19 nebo rybinové drážky 23. Ve spodní části drážky 19,23 je vytvořena soustava průchodů 18, odkud směs vzduchu a plynného paliva projde vložkou 20. Vložka 20 může být vytvořena též z materiálu síťovité struktury.

Z tepelně odolného materiálu, např. keramického, se síťovitou strukturou, může být zhotoven celý mezikus 10 difuzéru 1.

Použití tepelně odolného materiálu umožňuje zahřát směs vzduchu a plynného paliva, proudícího přídavnými štěrbinami 3_mezikusu 10, zvýšit tak rychlost spalování směsi a dosáhnout extrémní stability pomocných plamenů 22, a tím zafixování polohy hlavních plamenů21.

Použití porézního nebo houbovitého materiálu na vložku 20, umožňuje snížit rychlost proudění směsi vzduchu a plynného paliva průchody 18 a přes vložku 20 na povrch difuzéru 1, a tím zamezit výraznému vlivu pomocných plamenů 22 na strukturu hlavních plamenů 21.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Hořák pro plynná paliva, zejména pro spalování hyperstechiometrické palivové směsi, opatřený difuzérem (1) s hlavními štěrbinami (3,13), uspořádanými do základních řad (2,2a,2b,2c,8.8a,25,25a), které jsou vzájemně odděleny mezikusem (10) difuzéru (1), který má konstantní šířku a kde v mezikusu (10) difuzéru (1) jsou vytvořeny přídavné štěrbiny (5,14,17,18), vyznačující se tím, že podélné osy v mezikusu (10) difuzéru (1) vytvořených přídavných štěrbin (5,14,17,18) svírají s podélnou osou hlavních štěrbin (3,13) nenulový úhel.
2. Hořák podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m , že přídavné štěrbiny (5,14,17,18) mají přímkový tvar.
3. Hořák podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m , že přídavné štěrbiny (5,14,17,18) mají křivkový tvar.
4. Hořák podle nároku2, vyznačující se tím, že přídavné štěrbiny (5,18) mají své podélné osy uspořádány souběžně s podélnou osou muzikusu (10) difuzéru (1).
5. Hořák podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že přídavné štěrbiny (14,17) mají své podélné osy skloněny vůči podélné ose mezikusu (10) difuzéru (1).
6. Hořák podle nároku 5, vy z n ač u j í c í se t í m , že dvě sousední přídavné štěrbiny (17) mají své podélné osy skloněny vůči podélné ose mezikusu (10) difuzéru (1) střídavě na opačnou stranu.
7. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, v y z n a č uj í c í se t í m , že základní řady (2) hlavních štěrbin (3,13) jsou vytvořeny průběžně podél muzikusu (10) difuzéru (1).

-4CZ 295976 B6
8. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, vy z n a č uj í c í se t í m , že řady (8,25) hlavních štěrbin (3,13) jsou po délce muzikusu (10) difuzéru (1) přerušované.
9. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že hlavní štěrbiny (3,13) mají podélné osy kolmé na podélnou osu muzikusu (10) difuzéru (1).
10. Hořák podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že hlavní štěrbiny (3,13) mají podélné osy skloněny vůči podélné ose mezikusu (10) difuzéru (1).
11. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přídavné štěrbiny (5,14,17,18) jsou uspořádány do alespoň jedné meziřady (4,4a,4b,6.7,9,15,16), uspořádané souběžně s podélnou osou mezikusu (10) difuzéru (1).
12. Hořák podle nároku 11,vyznačující se tím, že přídavné štěrbiny (5,14,17,18) jsou v meziřadě (4,4a,4b,6,7,9,16) uspořádány průběžně.
13. Hořák podle nároku 11, vy z n a č uj í c í se t í m , že hlavní štěrbiny (3,13) jsou v řadě (25,25a) uspořádány přerušovaně.
14. Hořák podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že tvar a průřez štěrbin (3,13,5,14,17,18) je upraven pro celkový průtok přídavnými štěrbinami (5,14,17,18) menší, než průtok hlavními štěrbinami (3,13).
15. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přídavné štěrbiny (5,14,17,18) jsou tvarovány tak, že rychlost proudění palivové směsi těmito štěrbinami je menší než rychlost proudění palivové směsi hlavními štěrbinami (3,13).
16. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že celková plocha přídavných štěrbin (5,14,17,18) je menší než celková plocha hlavních štěrbin (3,13).
17. Hořák podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mezikus (10) difuzéru (1) je alespoň z části zhotoven z tepelně odolného materiálu.
18. Hořák podle nároku 17, vyznačující se tím, že tepelně odolný materiál má porézní a/nebo houbovitou strukturu, dovolující průchod palivové směsi.
19. Hořák podle nároku 17, vyznačující se tím, že tepelně odolný materiál má síťovitou strukturu, dovolující průchod palivové směsi.
20. Hořák podle kteréhokoliv z nároků 17 až 19, vyznačující se tím, že tepelně odolným materiálem je keramický materiál.
21. Hořák podle kteréhokoliv z nároků 17 až 20, vy z n a č u j í c í se tím, že tepelně odolný materiál je uložen v úchytu, uspořádaném v mezikuse (10) difuzéru (1).
22. Hořák podle nároku 17, vy z n a č uj í c í se t í m , že úchyt je opatřen průchody (18) pro palivovou směs.