RU2044220C1 - Gas multi-torch burner - Google Patents

Abstract

FIELD: boiler engineering. SUBSTANCE: housing of the burner consists of gas and air chambers separated with the pipe plate. Gas pipes are mounted inside the air chamber. The gas pipe is welded to the pipe plate and ended with the tip made up as a nozzle with swirler. The central pipe is mounted along the axis of the burner. The additional pipe is mounted inside the air chamber and connected with the steam source. The steam source has a set of openings and faces the central pipe. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в горелочных устройствах котельных установок и печей. The invention relates to a power system and can be used in burners of boiler plants and furnaces.

Известна горелка, в корпусе которой имеется пучок газоподводящих труб, задние концы которых установлены в трубной решетке, а выходные концы снабжены в торце глухими перегородками [1] Надежная работа данной конструкции может быть обеспечена только при использовании низкокалорийного топлива, поэтому использовать эту горелку для сжигания природного газа невозможно. Known burner, in the housing of which there is a bunch of gas supply pipes, the rear ends of which are installed in the tube sheet, and the output ends are provided with blind partitions at the end [1] Reliable operation of this design can be ensured only when using low-calorific fuel, therefore, use this burner to burn natural gas is impossible.

Наиболее близким устройством к заявленному по совокупности признаков является горелка для паровых и водогрейных котлов [2] Горелка состоит из двух соединенных между собой камер: меньшей газовой и большей воздушной. Газовая камера с одной стороны заглушена, а с другой стороны имеет трубную решетку, к которой приварены газовые трубы. Газовые трубы проходят через воздушную камеру и крепятся по центру отверстий для выхода воздуха. Каждое отверстие снабжено завихрителем. На концах газовых труб со стороны входа в теплоагрегат размещены наконечники-форсунки. В середине горелки, вдоль ее продольной оси, расположена труба, которая используется при работе агрегата на газе для зажигания горелки и наблюдения за горением. Данная конструкция принята за прототип. Газовая горелка работает следующим образом. Газ через газовый патрубок поступает в газовую камеру, а затем по газовым трубам к наконечникам-форсункам и выходит в топку. Воздух, необходимый для горения, подается через воздушный патрубок в воздушную камеру и через завихритель, закручивающий поток воздуха, к наконечнику-форсунке. Смешиваясь с газом, закрученный поток воздуха образует газовоздушную смесь, которая сгорает. Разделение потоков газа и воздуха на струи и интенсивная крутка воздуха обеспечивают хорошее смешение газа с воздухом и сгорание газа в коротком факеле, с высокой температурой. The closest device to the one claimed by the totality of features is a burner for steam and hot water boilers [2]. The burner consists of two interconnected chambers: a smaller gas one and a larger air one. The gas chamber is plugged on one side, and on the other hand has a tube sheet to which the gas pipes are welded. Gas pipes pass through the air chamber and are mounted in the center of the air outlet openings. Each hole is equipped with a swirl. At the ends of the gas pipes from the side of the inlet to the heat generator nozzle tips are placed. In the middle of the burner, along its longitudinal axis, there is a pipe that is used when the unit is running on gas to ignite the burner and monitor combustion. This design is taken as a prototype. Gas burner operates as follows. Gas through a gas pipe enters the gas chamber, and then through gas pipes to the nozzle tips and enters the furnace. The air required for combustion is supplied through the air pipe into the air chamber and through the swirl, which swirls the air flow, to the nozzle tip. Mixed with gas, a swirling flow of air forms a gas-air mixture that burns. Separation of gas and air flows into jets and intensive air twisting ensure good mixing of gas with air and gas combustion in a short flame, with a high temperature.

Недостаток такой горелки высокая концентрация окислов азота в продуктах сгорания, которая приводит к загрязнению окружающей среды высокотоксичными веществами. The disadvantage of such a burner is a high concentration of nitrogen oxides in the combustion products, which leads to environmental pollution by highly toxic substances.

Цель изобретения снижение образования окислов азота в продуктах сгорания. The purpose of the invention is to reduce the formation of nitrogen oxides in the combustion products.

Для достижения этой цели в горелке, включающей воздушную и газовую камеры, разделенные трубной решеткой, проходящие через воздушную камеру газовые трубы, заканчивающиеся наконечником-форсункой с завихрителем, приваренные другим концом к трубной решетке, и центральную трубу, в воздушную камеру помещена дополнительная труба, в которой выполнен ряд отверстий, направленных на центральную трубу. Один конец дополнительной трубы заглушен, а другой подключен к источнику пара. Центральная труба со стороны газовой камеры подключена к дополнительной газовой горелке. To achieve this, in the burner, including the air and gas chambers, separated by a tube sheet, gas pipes passing through the air chamber, ending with a nozzle tip with a swirl, welded at the other end to the tube sheet, and the central pipe, an additional pipe is placed in the air chamber, which made a series of holes directed to the Central pipe. One end of the additional pipe is plugged and the other is connected to a steam source. The central pipe from the side of the gas chamber is connected to an additional gas burner.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с прототипом позволяет признать данное техническое решение соответствующим критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the claimed technical solution with the prototype allows you to recognize this technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" был проведен дополнительный сравнительный анализ известных технических решений, определяющих уровень техники, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения. Результаты анализа показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". To verify the conformity of the claimed invention with the criterion of "inventive step", an additional comparative analysis of the known technical solutions that determine the level of technology was carried out in order to identify signs that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention. The results of the analysis show that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

На фиг.1 изображена многофакельная газовая горелка, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1 shows a multi-torch gas burner, General view; figure 2 section aa in figure 1.

Корпус газовой горелки состоит из двух цилиндрических камер. Газовая камера 1 заглушена с одной стороны, другой торец газовой камеры примыкает к трубной решетке 2. Внутри воздушной камеры 3 расположены приваренные к трубной решетке 2 газовые трубы 4. Газовые трубы заканчиваются наконечником-форсункой 5 с завихрителем 6. Вдоль оси горелки закреплена центральная труба 7, подключенная к дополнительной горелке 8. Внутри воздушной камеры расположена труба 9, заглушенная с одного конца. Другой конец этой трубы подключен к патрубку подачи пара 10. На поверхности трубы 9, обращенной к центральной трубе 7, выполнен ряд отверстий 11. The gas burner housing consists of two cylindrical chambers. The gas chamber 1 is muffled on one side, the other end of the gas chamber adjoins the tube sheet 2. Inside the air chamber 3 there are gas pipes welded to the tube sheet 2 4. The gas pipes end with a nozzle tip 5 with a swirl 6. A central pipe 7 is fixed along the axis of the burner connected to the additional burner 8. Inside the air chamber is a pipe 9, which is plugged at one end. The other end of this pipe is connected to the steam supply pipe 10. On the surface of the pipe 9 facing the central pipe 7, a series of holes 11 are made.

Предложенная горелка работает следующим образом. Газ через газовый патрубок поступает в газовую камеру 1, а затем по газовым трубам 4 к наконечникам-форсункам 5 и выходит в топку, где сгорает. Одновременно газовоздушная смесь, образующаяся в дополнительной горелке 8, сгорает в факеле внутри центральной трубы 7. Пар подается к патрубку 10 и выходит через отверстия 11 в воздушную камеру 3 струями, направленными на центральную трубу 7. Газ сжигается в горелке 8 с недожогом (при коэффициенте избытка воздуха α < 1). Оптимальное количество газа, сжигаемого в дополнительной горелке 8, как показатели эксперименты, должно составлять примерно 10 15% от количества газа, сжигаемого в основной горелке. При сжигании газа в дополнительной горелке образующееся количество окислов азота существенно снижается благодаря сниженной температуре факела. В центральной трубе происходит процесс конверсии метана. При высокой температуре метан в присутствии продуктов сгорания вступает с ними в химическую реакцию, которая описывается следующей формулой:
CH₄ + 1/3 (CO₂ + 2H₂O) ->> 4/3 CO + 8/3 H₂. Реакция идет с поглощением теплоты. При выходе из центральной трубы 7 конвертированное топливо сгорает по реакции:
4/3 CO + 8/3 H₂ + 2(O₂ + 3,76 N₂) ->>
->> 4/3 (CO₂+2H₂O)+7,52 N₂.The proposed burner operates as follows. Gas through the gas pipe enters the gas chamber 1, and then through the gas pipes 4 to the nozzle tips 5 and goes into the furnace, where it burns. At the same time, the gas-air mixture generated in the additional burner 8 burns in a torch inside the central pipe 7. Steam is supplied to the pipe 10 and exits through the openings 11 into the air chamber 3 by jets directed to the central pipe 7. The gas is burned in the burner 8 with a non-burn (at excess air α <1). The optimal amount of gas burned in the additional burner 8, as experimental indicators, should be approximately 10 15% of the amount of gas burned in the main burner. When gas is burned in an additional burner, the resulting amount of nitrogen oxides is significantly reduced due to the reduced flame temperature. In the central tube, a methane conversion process takes place. At high temperature, methane in the presence of combustion products enters into a chemical reaction with them, which is described by the following formula:
CH ₄ + 1/3 (CO ₂ + 2H ₂ O) - >> 4/3 CO + 8/3 H ₂ . The reaction is with the absorption of heat. When leaving the central pipe 7, the converted fuel burns out by the reaction:
4/3 CO + 8/3 H ₂ + 2 (O ₂ + 3.76 N ₂ ) - >>
- >> 4/3 (CO ₂ + 2H ₂ O) +7.52 N ₂ .

Выделяется теплота, равная теплоте сгорания конвертированного топлива. Центральная труба 7 служит пароперегревателем для пара, поступающего в воздушную камеру. Благодаря конструкции горелки пар не конденсируется в воздушном потоке, а, интенсивно перемешиваясь с воздухом, снижает температуру факела основной горелки. Одновременные процесс конверсии метана, идущий с поглощением теплоты, и охлаждение стенок центральной трубы 7 паром и воздухом повышает срок службы центральной трубы 7. В предложенной горелке происходят достаточно сложные механизмы, влияющие на образование окислов азота в продуктах сгорания топлива. Heat equal to the heat of combustion of the converted fuel is released. The Central pipe 7 serves as a superheater for steam entering the air chamber. Due to the design of the burner, steam does not condense in the air stream, but, intensively mixing with air, reduces the temperature of the main torch torch. The simultaneous process of methane conversion, which takes place with the absorption of heat, and cooling of the walls of the central pipe 7 with steam and air increases the service life of the central pipe 7. In the proposed burner, quite complex mechanisms occur that affect the formation of nitrogen oxides in the fuel combustion products.

Как показали эксперименты, проведенные на паровом котле типа ДКВР, при сгорании газа выход кислот азота снижается при нагрузке котла выше 60% в два раза по отношению к прототипу, а при меньшей нагрузке в три раза. As shown by experiments conducted on a steam boiler of the DKVR type, when the gas is burned, the yield of nitrogen acids decreases when the boiler load is above 60% two times with respect to the prototype, and with a lower load three times.

Вышеизложенные сведения, а также результаты экспериментальных исследований подтверждают возможность применения заявленной горелки в теплоэнергетике, в частности в горелочных устройствах котельных установок. Следовательно, изобретение соответствует критерию изобретения "промышленная применимость". The above information, as well as the results of experimental studies confirm the possibility of using the claimed burner in the power system, in particular in the burner devices of boiler plants. Therefore, the invention meets the criteria of the invention of "industrial applicability".

Claims (1)

ГАЗОВАЯ МНОГОФАКЕЛЬНАЯ ГОРЕЛКА, содержащая расположенные в корпусе центральную трубу, а также разделенные трубной решеткой газовую и воздушную камеры, в последней из которых расположены приваренные к трубной решетке газовые трубы с наконечниками в виде форсунки и завихрителя, отличающаяся тем, что она содержит дополнительные газовую горелку, установленную на выходе в центральной трубе, и заглушенную с выходного торца паровую трубу, на боковой поверхности которой со стороны центральной трубы выполнены отверстия. A GAS MULTI-TORCH BURNER containing a central tube located in the housing, as well as gas and air chambers separated by a tube grill, in the latter of which there are gas pipes welded to the tube grill with nozzle and swirl tips, characterized in that it contains an additional gas burner, installed at the outlet in the Central pipe, and muffled from the output end of the steam pipe, on the side surface of which from the Central pipe holes are made.

Images