Радиационная газовая горелка с двойным подсосом: инжектор, вторичный воздушный тракт и огнеупорная панель

Здесь газ нужен не просто для получения факела. В радиационной горелке он сгорает у огнеупорной керамической панели, разогревает её, а уже панель излучением передаёт теплоту трубчатому змеевику печи. Именно такую конструкцию Института газа АН УССР описывают Н. Р. Ентус и В. В. Шарихин. Чтобы понять её работу, надо проследить два пути: как собирается газовоздушная смесь и как теплота доходит до змеевика. Сам змеевик принимает теплоту, но в смесительное устройство горелки не входит.

Почему подсос назван двойным? Атмосферный воздух входит в двух разных местах, причём увлекают его разные потоки. Первичный воздух затягивает струя топливного газа на входе инжектора. Вторичный подходит через отдельный тракт корпуса, и его подсос создаёт уже движущаяся газовоздушная смесь. Если смешать эти пути в один, будет непонятно, зачем нужны короб, двойное днище и кольцевой проход возле панели.

Поясняющая схема и границы её прочтения

На схеме можно проследить оба воздушных пути и найти семь позиций горелки. Но считывать с неё размеры или крепления нельзя: трёхмерное расположение отверстий здесь не восстановлено. Два положения горелки относительно футеровки разобраны ниже словами. Единственный приведённый для одного из них размер, 170 мм, относится к углублению панели относительно футеровки. Это не ширина воздушного прохода.

ЛОКАЛЬНЫЙ ЧЕРНОВИК R2 · НЕ ОПУБЛИКОВАНО

Упрощённый разрез и пути потоков

На узком экране прокрутите схему по горизонтали или откройте полный SVG/PNG по ссылкам ниже.

Редактируемый SVG · Растровый просмотр

1–7

Нумерация сохранена по подписи рис. II-15: 1 — инжектор; 2 — газовое сопло; 3 — регулирующий диск; 4 — выходной цилиндрический насадок; 5 — отражатель; 6 — горелочный камень; 7 — кожух.

γ; сплошные стрелки

Подвод топливного газа и движение смеси. Раздвоение стрелки у отражателя означает направление к огнеупорной поверхности, а не рассчитанные линии тока.

α; пунктир

Первичный атмосферный воздух вовлекается газовой струёй на входе инжектора. Регулирующий диск изменяет его подвод.

β → δ → ε; пунктир

Вторичный атмосферный воздух: угловые отверстия короба → полость двойного днища → кольцевой зазор между насадком и амбразурой камня. β — условная точка присоединения этого пути к разрезу, не изображение отверстия. Две ветви показывают пересечения одного кольцевого пространства плоскостью схемы; это не утверждение о числе отверстий.

δ и ε

δ обозначает полость за панелью; ε — проход вокруг выходного насадка. Разрывы и расстояния увеличены ради читаемости и не задают размеры.

Q; тонкие волнистые стрелки

Излучение нагретой панели. Принимающий теплоту змеевик здесь не нарисован.

Технический предел

Схема помогает понять, откуда приходит воздух и где он встречает смесь. Для монтажа этого недостаточно: положения угловых отверстий в объёмном коробе, креплений и размеров проходов здесь нет. Два варианта установки относительно футеровки на разрезе не показаны. Поэтому размер 170 мм намеренно не нанесён: в книге он описывает углубление панели, а поставленный возле воздушного зазора создал бы неверное представление о геометрии.

Использованная информация

Н. Р. Ентус, В. В. Шарихин. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1987. С. 63–64, рис. II-15. Физические страницы PDF совпадают с печатными. Использован точный экземпляр с SHA256 c62e336cbb95aaae15ac0a6b29c263e74072b154197899681628ab0e363b3ac7. Книжные пиксели не включены. Право повторной публикации оригинала не установлено.

Первичная смесь: сопло, инжектор и смесительная камера

Основа горелки состоит из металлического короба и огнеупорной керамической панели. На коробе находятся газовое сопло, орган изменения подвода первичного воздуха, инжектор, смесительная камера и распределительное устройство. Работа начинается с сопла: газ выходит струёй, создаёт разрежение в инжекторе и увлекает атмосферный воздух. Дальше оба компонента попадают в смеситель, где, по описанию авторов, интенсивно перемешиваются. Так к выходу подводится уже смесь, а не один только газ.

Подвод первичного воздуха меняет регулирующий элемент на его входе. Однако по одному наличию регулировки нельзя определить, сколько воздуха подсосётся при заданной подаче топлива и другом составе газа: полной расходной характеристики здесь нет. Постоянное соотношение топлива и воздуха для всех составов тоже не подтверждено. В книге рядом описана чашеобразная горелка со своими коэффициентами избытка воздуха и оценкой постоянства смеси. Переносить эти характеристики на рассматриваемую конструкцию было бы ошибкой.

После смешения поток надо направить к огнеупорной поверхности. Для этого передний конец выходного насадка выведен за керамическую панель, а распределительное устройство направляет смесь к горелочному камню. На разрезе отдельно обозначены инжектор, газовое сопло, регулирующий диск, цилиндрический выходной насадок, отражатель, горелочный камень и кожух. Видно разделение функций: металлический узел формирует смесь, затем она поступает на нагреваемую керамику. Размеров проходов в доступном описании нет, поэтому численно оценить эту подачу по рисунку не получится.

Вторичный воздух проходит через короб и двойное днище

У вторичного воздуха маршрут длиннее. Он входит через угловые отверстия короба, проходит полость двойного днища и подходит к кольцевому зазору между выходным насадком инжектора и амбразурой горелочного камня. Его увлекает движущаяся газовоздушная смесь. Газовое сопло этот воздух минует. Полную последовательность подтверждает текст книги; разрез даёт опору для понимания, но не раскрывает отдельно геометрию всех угловых отверстий. Поэтому путь можно объяснить, а число и форму отверстий по упрощённой схеме назначать нельзя.

Получается, металлический короб здесь ещё и часть воздушного тракта. Двойное днище соединяет периферийные отверстия с областью выхода смеси у панели, а кольцевой зазор завершает этот путь. Считать их просто наружным ограждением было бы недостаточно для понимания работы. Но насколько равномерно воздух подходит по сечению и какая его доля первичная, а какая вторичная, источник не сообщает: ни распределения скоростей, ни расходов по этим путям нет.

Дальше химическая энергия газа переходит в нагрев панели. Авторы связывают его с интенсивным горением смеси на огнеупорной поверхности, от которой теплота излучением идёт к змеевику. Поэтому представлять эту горелку только как источник свободного длинного факела неудобно: нагретая керамика участвует в передаче теплоты. Какую долю всего теплового баланса печи составляет именно излучение, такое качественное описание ещё не устанавливает.

Два варианта расположения по-разному используют огнеупорную стенку

Способ установки меняет работу огнеупорной стенки. В первом, амбразурном варианте четыре огнеупорные плиты образуют амбразуру, горелка находится в её центре, а поверхность горелочного камня утоплена относительно общей футеровки. Для этого конкретного расположения книга даёт 170 мм. Авторы связывают его с направленным излучением и возможностью формировать температурный профиль по зонам печи пиролиза. Размер помогает представить компоновку, но универсальной глубиной установки любой радиационной горелки не становится.

Во втором варианте горелка стоит заподлицо со стенкой. По периметру короба предусмотрены щели; их ширину и глубину авторы связывают с теплопроизводительностью, однако чисел не приводят. По их объяснению, дымовые газы идут над щелью, создают местное разрежение и прижимаются к огнеупорной стенке, сильнее её разогревая. Здесь речь уже о взаимодействии дымовых газов со стенкой. Считать этот эффект ещё одним, третьим подводом первичного воздуха в инжектор нельзя.

Утопленную панель и установку заподлицо поэтому рассматриваем отдельно: связь с футеровкой у них разная. Даже если понятна идея зонного излучения, для управления температурой конкретного змеевика ещё нужны расположение горелок, их нагрузки и тепловые характеристики самой печи. Одной глубины панели для этого недостаточно.

Авторы связывают повышение надёжности по сравнению со старой моделью с охлаждением деталей газовоздушной смесью. Однако какие именно детали охлаждаются и с какой моделью идёт сравнение, эта фраза не уточняет. Так же осторожно приходится читать заявление книги об отсутствии вредных выбросов в атмосферу: численных результатов, состава выбросов, методики и условий измерения рядом нет. Измеренный ресурс и полная карта устойчивости работы также не приведены. Поэтому охлаждение, долговечность и выбросы остаются качественными авторскими оценками, а не гарантированными характеристиками для проектирования.