RU2108516C1 - Flat-flame burner - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering; burning gases in heating furnaces and thermal units with indirect radiant heat exchange; metallurgy; mechanical engineering; petroleum refining and other industries. SUBSTANCE: burner includes air supply housing 1 with screening cover 5 and tangential swirler 3 with gas supply tube 4. Housing 1 is located in wall of furnace chamber lined with burner stone 2. Swirler 3 is mounted along axis of housing 1. End chamber of swirler 3 changes as confuser into circular clearance for escape of gas in radial direction. Clearance is located at distance equal to 0.15 to 0.25 of diameter of burner housing from plane of surface of burner stone. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания газа и может быть использовано в различных нагревательных печах и тепловых агрегатах металлургической, машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленности. The invention relates to a device for burning gas and can be used in various heating furnaces and thermal units of the metallurgical, engineering and oil refining industries.

Известны плоскопламенные горелки (ППГ) [1, с. 183, рис. 75б], содержащие корпус с тангенциально установленным воздухоподающим патрубком, который обращается с источником воздуха, винт-завихритель, размещенный в корпусе, центральную газоподающую трубу с радиальными отверстиями для выхода газа и горелочный камень, примыкающий к корпусу горелки и образующий амбразуру с тороидальной поверхностью. При работе аналогов нагнетаемый поток воздуха интенсивно завихряется, смешивается с газом и газовоздушная смесь тонким веерообразным слоем растекается по поверхности горелочного камня, образуя разомкнутый факел. Known flat flame burners (BCP) [1, p. 183, fig. 75b], comprising a casing with a tangentially installed air supply pipe that contacts the air source, a swirl screw located in the casing, a central gas supply pipe with radial openings for gas outlet and a burner stone adjacent to the burner casing and forming an embrasure with a toroidal surface. During operation of the analogs, the injected air stream is intensively swirling, mixed with gas and the gas-air mixture spreads on a burner stone surface in a thin fan-like layer, forming an open torch.

Недостатками аналогов являются принудительная подача воздуха, сложность устройства, узкий диапазон устойчивости раскрытия факела и регулирования производительности. The disadvantages of the analogues are forced air supply, the complexity of the device, a narrow range of stability of the disclosure of the torch and the regulation of performance.

Наиболее близким аналогом является излучающая горелка [2], содержащая горелочный камень с амбразурой, сообщенной с источником воздуха, центральную газоподающую трубу и дисковый отражатель, установленный за срезом амбразуры и снабженный инжекционной смесительной камерой, сообщенной с амбразурой и с центральной трубой посредством тангенциальных отверстий, имеющих диаметр, составляющий 0,5-1,0 от расстояния между дисками на боковой поверхности отражателя, а расстояние от последнего до выходного среза амбразуры выполнено равным 0,1-0,3 диаметра профилированных дисков. The closest analogue is a radiating burner [2], containing a burner stone with an embrasure in communication with an air source, a central gas supply pipe and a disk reflector installed behind a section of the embrasure and equipped with an injection mixing chamber in communication with the embrasure and the central pipe through tangential openings having a diameter of 0.5-1.0 from the distance between the disks on the side surface of the reflector, and the distance from the last to the exit cut of the embrasure is made equal to 0.1-0.3 diameter and profiled discs.

В прототипе устранена принудительная подача воздуха, однако его недостатками являются сложность устройства и узкий диапазон регулирования производительности. The prototype eliminated forced air supply, however, its disadvantages are the complexity of the device and a narrow range of performance control.

Задачей, решаемой изобретением, является технический результат - упрощение устройства горелки и расширение диапазона регулирования ее производительности. The problem solved by the invention is the technical result - the simplification of the burner and the expansion of the range of regulation of its performance.

Технический результат достигается тем, что воздухоподводящий корпус входным торцом сообщается с атмосферой через зазор, образуемый корпусом и экранирующей крышкой, а выходным торцом - с объемом топочной камеры, у тангенциального завихрителя один торец заглушен, а выходной торец выполнен из кольцевого фланца и примыкающей к нему дискообразной крышки, которые образуют торцевую полость конфузорно-переходящую в кольцевой зазор для выхода газа в радиальном направлении, причем завихритель установлен в корпусе горелки по его оси так, что кольцевой зазор расположен на расстоянии 0,15-0,25 D от плоскости поверхности горелочного камня, где D - диаметр корпуса горелки. The technical result is achieved by the fact that the air supply body with the inlet end communicates with the atmosphere through the gap formed by the body and the shielding cover, and with the outlet end with the volume of the combustion chamber, the tangential swirler has one end face plugged, and the output end face is made of an annular flange and adjacent disk-like covers that form the end cavity confusingly turning into an annular gap for the gas to exit in the radial direction, the swirl being mounted in the burner body along its axis so that the tsevoy gap is located at a distance of 0,15-0,25 D from the surface plane of the burner stone where D - diameter of the burner body.

Упрощение устройства горелки достигается путем установки вместо центральной газоподводящей трубы, обечайки и дискового отражателя - тангенциального завихрителя с газоподводящим патрубком. Тангенциальный завихритель образует сплошную веерообразную струю газа, а в прототипе истечение газа происходит через отдельные тангенциальные отверстия. Кроме того, устраняется разделение потока воздуха на первичный и вторичный. Тангенциальный завихритель создает устойчивую веерообразную струю и раскрытый факел горения в широком диапазоне регулирования расхода газа, т.е. производительности горелки. Simplification of the burner device is achieved by installing a tangential swirl with a gas supply pipe instead of a central gas supply pipe, a shell, and a disk reflector. The tangential swirler forms a continuous fan-shaped stream of gas, and in the prototype the gas flows through separate tangential openings. In addition, the separation of the air flow into primary and secondary is eliminated. The tangential swirler creates a stable fan-shaped jet and an open burning torch in a wide range of gas flow control, i.e. burner performance.

На фиг. 1 показан продольный разрез горелки; на фиг. 2 - продольный разрез тангенциального завихрителя (увеличено по сравнению с фиг. 1). In FIG. 1 shows a longitudinal section through a burner; in FIG. 2 is a longitudinal section through a tangential swirl (enlarged compared to FIG. 1).

Плоскопламенная горелка (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, горелочный камень 2, тангенциальный завихритель 3 с газоподводящим патрубком 4 и экранирующую крышку 5. Корпус 1 размещен в стенке топочной камеры, облицованной горелочным камнем 2. Завихритель 3 установлен по оси горелки у выхода в топочную камеру. Тангенциальный завихритель (фиг. 2) имеет цилиндрический корпус 6, на котором закреплен торцевой фланец 7. Дискообразная крышка 8 с помощью болтового соединения закреплена в заглушенном торце завихрителя. Фланец 7 и крышка 8 образуют торцевую полость, которая в радиальном направлении конфузорно переходит в торцевой зазор 9. The flat-flame burner (Fig. 1) contains a cylindrical housing 1, a burner stone 2, a tangential swirler 3 with a gas supply pipe 4 and a shielding cover 5. The housing 1 is located in the wall of the combustion chamber lined with burner stone 2. The swirl 3 is mounted along the axis of the burner at the exit to combustion chamber. The tangential swirler (Fig. 2) has a cylindrical body 6 on which an end flange is fixed 7. A disk-shaped cover 8 is bolted to the swirl end of the swirl. The flange 7 and the cover 8 form an end cavity, which in the radial direction confusingly passes into the end gap 9.

Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.

Топливный газ подается по патрубку 4 в завихритель 3, где поток газа получает вихревое движение и затем выходит через кольцевой зазор 9 в виде плоской веерообразной струи, которая движется вблизи поверхности горелочного камня 2. Струя газа эжектирует воздух, поступающий из атмосферы по корпусу 1, перемешивается с ним и образует плоский дискообразный (раскрытый) факел. Продукты сгорания нагревают горелочный камень 2, который создает мощный поток теплового излучения, подогревают и воспламеняют газовоздушную смесь. Со стороны топочной камеры образуется зона рециркуляции продуктов горения, которая также воспламеняет и стабилизирует горение в факеле. Fuel gas is supplied through the pipe 4 to the swirl 3, where the gas stream receives a swirling movement and then exits through the annular gap 9 in the form of a flat fan-shaped jet that moves near the surface of the burner stone 2. The gas jet ejects the air coming from the atmosphere through the housing 1, is mixed with it forms a flat disk-shaped (open) torch. The combustion products heat the burner stone 2, which creates a powerful stream of thermal radiation, heat and ignite the gas-air mixture. On the side of the combustion chamber, a zone of recirculation of combustion products is formed, which also ignites and stabilizes combustion in the flare.

Пример конкретного выполнения. Изготовлено несколько десятков образцов предлагаемой ППГ. Корпус горелок выполнен из трубы 426 х 8 мм. Детали завихрителя вытачивались из стали. В качестве горелочного камня использовался шамотный кирпич, из которого выполнена кладка топочной камеры толщиной 1,5 кирпича. Горелки установлены на шести технологических пароперегревательных печах АО "Синтез-каучук", г. Тольятти. На каждой печи установлено 12 горелок: по шесть горелок с двух противоположных сторон, в два яруса. Удаление продуктов сгорания из каждой печи производится через дымовую трубу высотой 45 м. Технические характеристики ППГ приведены в таблице. An example of a specific implementation. Made dozens of samples of the proposed BCP. The burner body is made of 426 x 8 mm pipe. Swirl parts were machined from steel. Chamotte brick was used as a burner stone, of which a brick was laid with a thickness of 1.5 bricks. Burners are installed on six technological superheater furnaces of Synthesis-rubber JSC, Togliatti. Each burner has 12 burners installed: six burners from two opposite sides, in two tiers. The removal of combustion products from each furnace is carried out through a chimney height of 45 m. The technical characteristics of the BCP are shown in the table.

В ходе наладочных испытаний установлено, что оптимальная работа горелок наблюдается, когда кольцевой зазор для выхода веерообразной струи газа расположен на расстоянии h = 0,15 - 0,25 D от плоскости поверхности горелочного камня, где D - диаметр корпуса горелки. При величинах h < 0,15 D поступает количество воздуха, недостаточное для полного сгорания газа, а при h > 0,25 D, напротив, воздух поступает в избытке. During commissioning tests, it was found that the optimal operation of the burners is observed when the annular gap for the exit of the fan-shaped gas stream is located at a distance h = 0.15 - 0.25 D from the plane of the surface of the burner stone, where D is the diameter of the burner body. At values h <0.15 D, the amount of air supplied is insufficient for complete combustion of the gas, and at h> 0.25 D, on the contrary, air enters in excess.

Опыт эксплуатации указанных печей с ППГ в течение четырех лет показал:
- простоту монтажа и удобство эксплуатации горелок благодаря их несложной конструкции и малому весу;
- устойчивую работу в широком диапазоне регулирования тепловой мощности;
- высокую эффективность горения газа при минимальном избытке воздуха;
- интенсивный и равномерный нагрев поверхности трубчатых теплообменников;
- эффективное сжигание водородсодержащего абгаза.The operating experience of these furnaces with BCP for four years has shown:
- ease of installation and ease of operation of the burners due to their simple design and low weight;
- steady work in a wide range of regulation of thermal power;
- high efficiency of gas combustion with a minimum excess of air;
- intensive and uniform heating of the surface of tubular heat exchangers;
- effective combustion of hydrogen-containing gas.

Применение предлагаемой горелки в различных термических и технологических печах, в теплообменных агрегатах позволит повысить эффективность использования топливного газа, осуществить интенсивный и равномерный подвод тепла к нагреваемой поверхности, а также уменьшить эмиссию вредных веществ, особенно оксидов азота. The use of the proposed burner in various thermal and technological furnaces, in heat exchange units will increase the efficiency of fuel gas use, provide an intensive and uniform supply of heat to the heated surface, and also reduce the emission of harmful substances, especially nitrogen oxides.

Claims (1)

Плоскопламенная горелка, содержащая воздухоподводящий корпус, размещенный в стенке топочной камеры, голерочный камень, которым облицована камера, тангенциальный завихритель с газоподводящим патрубком и экранирующую крышку, отличающаяся тем, что воздухоподводящий корпус входным торцом сообщается с атмосферой через зазор, образуемый корпусом и экранирующей крышкой, а выходным торцом - с объемом топочной камеры, у тангенциального завихрителя один торец заглушен, а выходной торец выполнен из кольцевого фланца и примыкающей к нему дискообразной крышки, которые образуют торцевую полость, конфузорно переходящую в кольцевой зазор для выхода газа в радиальном направлении, причем завихритель установлен в корпусе горелки по его оси так, что кольцевой зазор расположен на расстоянии 0,15 - 0,25 D от плоскости поверхности горелочного камня, где D - диаметр корпуса горелки. A flat-flame burner containing an air supply housing located in the wall of the combustion chamber, a goblet, which is facing the chamber, a tangential swirl with a gas supply pipe and a shielding cover, characterized in that the air supply body inlet end communicates with the atmosphere through the gap formed by the body and the shielding cover, and output end - with the volume of the combustion chamber, the tangential swirler has one end face muffled, and the output end face is made of an annular flange and adjacent disco different lids that form an end cavity confusingly turning into an annular gap for the gas to exit in the radial direction, the swirl being mounted in the burner body along its axis so that the annular gap is located at a distance of 0.15 - 0.25 D from the plane of the surface of the burner stone where D is the diameter of the burner body.

Images