RU2021558C1 - Burner - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: burner has case 1 with swirlers 2. Central gas pipe 3 is positioned at outlet and provided with cylindrical tip 4 made of a sleeve having smooth deflector 5 from air side and a part of sudden expansion from gas side. The part of sudden expansion is provided with inlet air radial 6 and/or inclined passages 7. Splitters 8 are positioned at outlet of tip 4. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в черной и цветной металлургии для отопления нагревательных и термических печей. The invention relates to a device for burning gaseous fuels and can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy for heating heating and thermal furnaces.

Известна газовая горелка, содержащая воздухоподающий корпус, установленную на оси корпуса заглушенную с выходного торца газовую трубу с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности и коаксиально размещенный насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения и который на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры, а меньшим плотно скрепленный с боковой стенкой газовой трубы, причем камера подключена к полости корпуса при помощи отверстий, выполненных в обечайке, оси которых наклонены к оси камеры. Known gas burner containing an air supply housing mounted on the axis of the housing is a gas pipe muffled from the outlet end with inclined holes on its side surface and coaxially placed nozzles, in the cavity of which a pre-mixing chamber is made and which at the inlet is equipped with a conical shell connected with a large inner diameter with a larger diameter of the conical section of the chamber, and a smaller one tightly bonded to the side wall of the gas pipe, and the chamber is connected to the cavity of the housing using holes made in the shell, the axis of which are inclined to the axis of the camera.

Однако известная горелка имеет ряд недостатков. Исключается возможность применения искусственных и запыленных газов из-за постепенного зарастания наклонных отверстий газовой трубы высокомолекулярными углеводородными соединениями. Кроме того, несовершенный гидравлический режим работы требует повышенных давлений в газо- и воздухопроводах, что снижает экономичность горелки. However, the known burner has several disadvantages. The possibility of using artificial and dusty gases due to the gradual overgrowing of the inclined openings of the gas pipe by high molecular weight hydrocarbon compounds is excluded. In addition, an imperfect hydraulic mode of operation requires increased pressures in the gas and air pipelines, which reduces the efficiency of the burner.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности является газовая горелка - горелочное устройство, содержащая снабженный завихрителем воздухоподводящий корпус с центральной газовой трубой с воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, труба при этом снабжена рассекателями. Closest to the proposed technical essence is a gas burner - a burner device containing an air supply housing equipped with a swirl with a central gas pipe with air channels in the area of the preliminary mixing chamber, the pipe being equipped with dividers.

Недостатками данной горелки являются невозможность применения искусственных и запыленных газов из-за постепенного зарастания отверстий перфорированной перегородки высокомолекулярными углеводородными соединениями, а также недостаточный диапазон пределов регулирования по коэффициенту расхода воздуха и тепловой мощности, что снижает экономичность и эксплуатационную надежность горелки. The disadvantages of this burner are the inability to use artificial and dusty gases due to the gradual overgrowth of the perforated bore holes with high molecular weight hydrocarbon compounds, as well as the insufficient range of regulation limits for air flow rate and thermal power, which reduces the efficiency and operational reliability of the burner.

Задачей изобретения является расширение диапазона регулирования, повышение экономичности и эксплуатационной надежности. Это достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем воздухоподающий корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженной рассекателями, центральная газовая труба на выходном конце снабжена цилиндрическим наконечником в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3-0,6, имеющим обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные каналы расположены на участке внезапного расширения. При этом воздушные каналы или в обтекателе или радиально в стенке канала, или там и там. The objective of the invention is to expand the range of regulation, increasing efficiency and operational reliability. This is achieved by the fact that in the burner device containing an air supply housing with swirls at the outlet and a central gas pipe with air inlets in the area of the preliminary mixing chamber equipped with dividers, the central gas pipe at the output end is equipped with a cylindrical tip in the form of a cup with a ratio of internal diameters of 0 , 3-0.6, having a fairing with a smooth transition from the air side and a section of sudden expansion from the side of the gas channel, while the inlet air channels are located us in the area of sudden expansion. In this case, the air channels are either in the fairing or radially in the channel wall, or both.

На чертеже представлено предлагаемое устройство, продольный разрез. The drawing shows the proposed device, a longitudinal section.

В воздухоподводящем корпусе 1 с завихрителями 2 на выходе расположена центральная газовая труба 3, снабженная на выходном конце цилиндрическим наконечником 4 в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3-0,6, имеющим плавный обтекатель 5 с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные радиальные отверстия 6 в стенке стакана и (или) наклонные каналы 7 расположены на участке внезапного расширения. При выходе наконечника 4 установлены рассекатели 8. In the air supply housing 1 with swirls 2 at the outlet there is a central gas pipe 3, equipped at the output end with a cylindrical tip 4 in the form of a glass with a ratio of internal diameters of 0.3-0.6, having a smooth fairing 5 on the air side and a section of sudden expansion on the side gas channel, while the inlet air radial holes 6 in the wall of the glass and (or) inclined channels 7 are located on the plot of sudden expansion. When the tip 4 is installed, dividers 8 are installed.

Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.

По центральной трубе 3 подается газ, по периферийному каналу корпуса 1 - воздух. На участке внезапного расширения создается зона максимального разрежения в районе радиальных 6 и (или) наклонных 7 воздушных отверстий. При этом обеспечивается подсос необходимого количества воздуха за счет кинетической энергии газовой струи для предварительного смешения в насадке 4, что исключает нестабильную работу горелки в различных тепловых режимах и значительно расширяет пределы регулирования по тепловой мощности и коэффициенту расхода воздуха. Завихрители 2, центрирующие наконечник одновременно с рассекателями 8, установленные на пути воздуха и газовоздушной смеси, дополнительно улучшают предварительное смесеобразование. При выполнении указанных соотношений диаметров достигаются оптимальные условия для процесса смесеобразования и существенно расширяются пределы регулирования, благодаря чему горелка позволяет реализовать практически любой тепловой режим, что увеличивает ее экономичность. Gas is supplied through the central pipe 3, and air is supplied through the peripheral channel of the housing 1. In the area of sudden expansion, a zone of maximum rarefaction is created in the region of radial 6 and (or) inclined 7 air holes. This ensures the suction of the required amount of air due to the kinetic energy of the gas stream for preliminary mixing in the nozzle 4, which eliminates the unstable operation of the burner in various thermal conditions and significantly expands the regulation limits for thermal power and air flow coefficient. The swirlers 2, centering the tip simultaneously with the dividers 8, installed in the path of the air and gas-air mixture, further improve the preliminary mixing. When these diameters are satisfied, optimal conditions are achieved for the mixture formation process and the regulation limits are significantly expanded, due to which the burner allows you to implement almost any thermal regime, which increases its efficiency.

При выборе оптимального соотношения внутренних диаметров центральной газовой трубы и камеры предварительного смешения исходят из теоретических предпосылок уравнения Бернулли для создания разрежения при истечении газовой струи с целью подсоса необходимого количества первичного воздуха. Исследованиями установлено, что стабильная работа горелочного устройства обеспечивается при коэффициенте расхода первичного воздуха для предварительного смешения α_перв. = 0,2-0,3. Этот коэффициент достигается при соотношении диаметров не более 0,6. Дальнейшее сближение диаметров не позволяет реализовать инжектирующий режим истечения и обеспечить наличие развитой зоны разрежения у корня газовой струи. При соотношении диаметров менее 0,3 наблюдается значительное увеличение гидравлического сопротивления участка внезапного расширения, что ведет к энергетическим потерям предварительного перемешивания или требует создания повышенного давления газа и воздуха перед горелкой.When choosing the optimal ratio of the inner diameters of the central gas pipe and the premixing chamber, the Bernoulli equations are used from the theoretical premises to create a vacuum when the gas stream expires in order to suck in the required amount of primary air. Studies have established that the stable operation of the burner device is ensured with a primary air flow coefficient for preliminary mixing α _first. = 0.2-0.3. This coefficient is achieved with a diameter ratio of not more than 0.6. Further convergence of the diameters does not allow to implement the injection mode of outflow and to ensure the presence of a developed rarefaction zone at the root of the gas stream. When the ratio of the diameters is less than 0.3, a significant increase in the hydraulic resistance of the sudden expansion section is observed, which leads to energy losses of pre-mixing or requires the creation of increased gas and air pressure in front of the burner.

Угол наклона входных воздушных каналов к оси горелки в районе участка внезапного расширения выбирается в зависимости от теплотворной способности топлива. При горении природного газа стехиометрическое соотношение газ-воздух составляет примерно 1:10, т.е. для обеспечения α_перв. = 0,2-0,3 малым количеством газа требуется подсосать большое количество воздуха. Для этого случая рекомендуется соосное расположение каналов, чтобы уменьшить коэффициенты сопротивления при движении воздуха и увеличить их пропускную способность. Другой предельный случай - горение доменного газа, когда стехиометрическое соотношение 1: 4, т.е. энергии газовой струи вполне достаточно для того, чтобы просасывать воздух в необходимых для первичного смешения количествах через радиальные отверстия в стенке стакана. В то же время наличие наклонных каналов в этом случае повышает количество первичного воздуха вследствие меньших коэффициентов сопротивления и увеличивает возможность отрыва пламени при малых расходах газа, т.е. снижает стабильность работы горелки. Для остальных вариантов газовых смесей рекомендуется угол наклона воздушных каналов к оси горелки 0-90^о в зависимости от теплотворной способности и соответственно количества воздуха для предварительного смешения. В случае применения пропан-бутановой смеси возможно одновременное размещение радиальных и наклонных каналов для увеличения количества первичного воздуха, так как в этом случае стехиометрическое соотношение газ-воздух достигает 1:25.The angle of inclination of the inlet air channels to the axis of the burner in the area of the sudden expansion section is selected depending on the calorific value of the fuel. When burning natural gas, the stoichiometric gas-air ratio is approximately 1:10, i.e. to ensure α _first. = 0.2-0.3 a small amount of gas is required to suck in a large amount of air. For this case, the coaxial arrangement of the channels is recommended in order to reduce the drag coefficients during air movement and increase their throughput. Another limiting case is the combustion of a blast furnace gas, when the stoichiometric ratio is 1: 4, i.e. the energy of the gas stream is enough to suck in the air necessary for the primary mixing through the radial holes in the wall of the glass. At the same time, the presence of inclined channels in this case increases the amount of primary air due to lower resistance coefficients and increases the possibility of flame detachment at low gas flow rates, i.e. reduces burner stability. For other gas mixtures recommended for this angle of inclination to the air channels 0-90 ^on the burner axis depending on the calorific value and hence the amount of air for premixing. In the case of using a propane-butane mixture, it is possible to simultaneously place radial and inclined channels to increase the amount of primary air, since in this case the stoichiometric gas-air ratio reaches 1:25.

Горелочное устройство может применяться в различных модификациях в зависимости от расположения входных воздушных каналов. The burner device can be used in various modifications depending on the location of the air inlet channels.

На камерных печах термического цеха завода ДСС опробована горелка, входные воздушные отверстия которой размещены радиально на участке внезапного расширения, т.е. реализован случай, при котором гидравлическое сопротивление на пути движения первичного воздуха максимально. В действующей конструкции отношение внутреннего диаметра центральной газовой трубы к внутреннему диаметру наконечника 0,46. Печи отапливаются коксодоменной смесью с теплотворной способностью 6,7 МДж/м³. Максимальные расходы газа 800 м³/ч, воздуха 1250 м³/ч. Эксперимент представляет собой пятикратное повторение ступенчатого изменения расхода газа от 800 до 50 м³/ч с шагом 50 м³/ч при постоянном расходе воздуха 1250 м³/ч. Испытание в реальных условиях фиксирует стабильную работу горелки при соотношении "газ-воздух" 1:25. Затем проводят исследования стехиометрического сжигания топлива в данной горелке. Предел регулирования по расходу газа при стехиометрическом соотношении газ-воздух 1: 40, что значительно расширяет пределы регулирования тепловой мощности горелочного устройства (7,44-297,78 кВт).A burner was tested on the chamber furnaces of the thermal workshop of the DSS plant; its inlet air holes are located radially in the area of sudden expansion, i.e. a case has been realized in which the hydraulic resistance in the path of primary air movement is maximum. In the current design, the ratio of the inner diameter of the central gas pipe to the inner diameter of the tip is 0.46. The furnaces are heated by a coke domain mixture with a calorific value of 6.7 MJ / m ³ . Maximum gas consumption 800 m ³ / h, air 1250 m ³ / h. The experiment is a five-fold repetition of a stepwise change in gas flow from 800 to 50 m ³ / h in increments of 50 m ³ / h with a constant air flow of 1250 m ³ / h. A real-world test records the stable operation of the burner with a gas-to-air ratio of 1:25. Then, studies of stoichiometric combustion of fuel in this burner are carried out. The limit of regulation of gas flow with a stoichiometric ratio of gas to air is 1: 40, which greatly expands the limits of regulation of the thermal power of the burner (7.44-297.78 kW).

Ни одно из описанных топливосжигающих устройств не обеспечивает таких параметров. None of the described fuel burning devices provides such parameters.

Благодаря высокой устойчивости горения (соотношение газ-воздух достигает 1: 25) горелка работает стабильно и не нуждается в запальных устройствах и средствах контроля факела. Нет необходимости периодической чистки горелок вследствие зарастания высокомолекулярными углеводородными соединениями. Кроме того, расширенные пределы регулирования и возможность реализовать практически любой тепловой режим позволяют эффективно использовать перспективные разработки средств автоматизации и внедрение современных режимов отопления. Due to the high stability of combustion (gas-air ratio reaches 1: 25), the burner works stably and does not need ignition devices and means of flame control. There is no need for periodic cleaning of the burners due to overgrowth of high molecular weight hydrocarbon compounds. In addition, the extended regulation limits and the ability to implement almost any thermal regime make it possible to effectively use promising developments of automation tools and the introduction of modern heating modes.

Claims (4)

1. ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с завихрителями на выходе и центральную газовую трубу с входными воздушными каналами в районе камеры предварительного смешения, снабженной рассекателями, отличающееся тем, что центральная газовая труба на выходном конце снабжена цилиндрическим наконечником в форме стакана с отношением внутренних диаметров 0,3 - 0,6, имеющим обтекатель с плавным переходом с воздушной стороны и участок внезапного расширения со стороны газового канала, при этом входные воздушные каналы расположены на участке внезапного расширения. 1. BURNER DEVICE, comprising a housing with swirls at the outlet and a central gas pipe with air inlets in the vicinity of the preliminary mixing chamber equipped with dividers, characterized in that the central gas pipe at the output end is provided with a cylindrical tip in the form of a cup with a ratio of internal diameters of 0, 3 - 0.6, having a fairing with a smooth transition from the air side and a section of sudden expansion from the gas channel, while the inlet air channels are located on the outside pnogo expansion. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушные каналы расположены радиально в стенке стакана. 2. The device according to claim 1, characterized in that the air channels are located radially in the wall of the glass. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушные каналы расположены в обтекателе. 3. The device according to claim 1, characterized in that the air channels are located in the fairing. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушные каналы расположены в стенке канала и в обтекателе. 4. The device according to claim 1, characterized in that the air channels are located in the channel wall and in the fairing.