RU2172895C1 - Gas burner and process of burning of gaseous fuel - Google Patents
Gas burner and process of burning of gaseous fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2172895C1 RU2172895C1 RU2000127600/06A RU2000127600A RU2172895C1 RU 2172895 C1 RU2172895 C1 RU 2172895C1 RU 2000127600/06 A RU2000127600/06 A RU 2000127600/06A RU 2000127600 A RU2000127600 A RU 2000127600A RU 2172895 C1 RU2172895 C1 RU 2172895C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- air
- chamber
- burner
- combustion chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам и способам сжигания газообразного топлива с раздельной подачей газа и воздуха, и может быть использовано в системах отопления сушильных, нагревательных, термических и плавильных печей. The invention relates to heat engineering, in particular to devices and methods for burning gaseous fuels with a separate supply of gas and air, and can be used in heating systems for drying, heating, thermal and smelting furnaces.
Известна газовая горелка из свидетельства РФ N 5011, 6 F 23 D 14/22 [1], содержащая корпус, запальное устройство, камеру сгорания, соединенную с центральным каналом газового сопла и газовой камерой, при этом центральный канал газового сопла соединен посредством радиально расположенных отверстий с газовой камерой, а другим концом с воздушной камерой. Known gas burner from the certificate of the Russian Federation N 5011, 6 F 23
Недостатком горелки является неравномерное перемешивание газовоздушной смеси по всему объему камеры сгорания за счет односторонней подачи воздуха из корпуса, а следовательно, недостаточная эффективность сжигания газа. Наличие отдельной воздушной камеры для подачи воздуха на розжиг горелки увеличивает эксплуатационные затраты. Горелка металлоемкая и дорогостоящая за счет толстостенного корпуса из жаропрочной стали. The disadvantage of the burner is the uneven mixing of the gas-air mixture over the entire volume of the combustion chamber due to the one-way air supply from the housing, and therefore the insufficient efficiency of gas combustion. The presence of a separate air chamber for supplying air to the ignition of the burner increases operating costs. The burner is metal-intensive and expensive due to the thick-walled case made of heat-resistant steel.
Наиболее близкой по решаемой задаче является горелка для сжигания газа, описанная в патенте РФ N 2105244, 6 F 23 D 14/20 [2]. Горелка содержит корпус с коаксиально расположенной в нем камерой сгорания, узел смесеобразования, газовую и воздушную камеры. Для улучшения перемешивания газовоздушной смеси щелевидные отверстия горелки снабжены ребрами, выступающими над наружной и внутренней поверхностями камеры сгорания, при этом камера сгорания установлена с возможностью вращения. Closest to the problem being solved is a burner for burning gas, described in the patent of the Russian Federation N 2105244, 6 F 23
Данная горелка явилась шагом вперед по сравнению с вышеизложенной в части повышения эффективности сжигания топлива, расширения диапазона регулирования тепловой мощности и коэффициента избытка воздуха. Однако она сложна в изготовлении и эксплуатации, а также не лишена недостатков описанной выше горелки. This burner was a step forward compared to the above in terms of increasing the efficiency of fuel combustion, expanding the range of regulation of thermal power and coefficient of excess air. However, it is difficult to manufacture and operate, and is also not without disadvantages of the burner described above.
Задачей изобретения является повышение эффективности сжигания газообразного топлива, расширение диапазона регулирования тепловой мощности, повышение скорости истечения пламени, упрощение конструкции и уменьшение металлоемкости. The objective of the invention is to increase the efficiency of burning gaseous fuels, expanding the range of regulation of thermal power, increasing the speed of the outflow of flame, simplifying the design and reducing metal consumption.
Поставленная задача решается тем, что в горелке для сжигания газообразного топлива, содержащей корпус с коаксиально расположенной в нем камерой сгорания, узел смесеобразования, газовую и воздушную камеры, запальное устройство, согласно изобретению газовая камера состоит из наружной и внутренней камер, установленных с зазором и соединенных перепускными патрубками, корпус имеет равномерно расположенные по окружности отверстия, воздушная камера охватывает корпус в зоне отверстий, газовое сопло выполнено многоструйным, в центральном канале газового сопла установлен стабилизатор с возможностью осевого перемещения. Кроме того, с целью экономии дорогостоящей жаропрочной стали и создания модульной конструкции корпус выполнен составным, а с целью улучшения розжига и стабилизации процесса сгорания топлива запальное устройство установлено в центральном канале газового сопла, а на стабилизаторе установлен завихритель. The problem is solved in that in a burner for burning gaseous fuel, comprising a housing with a combustion chamber coaxially located therein, a mixing unit, a gas and air chamber, an ignition device, according to the invention, the gas chamber consists of an outer and an inner chamber, installed with a gap and connected bypass pipes, the casing has openings evenly spaced around the circumference, the air chamber covers the casing in the area of the openings, the gas nozzle is multi-jet, in the central channel A gas nozzle is equipped with a stabilizer with the possibility of axial movement. In addition, in order to save expensive heat-resistant steel and create a modular design, the housing is made integral, and in order to improve the ignition and stabilize the fuel combustion process, the ignition device is installed in the central channel of the gas nozzle, and a swirler is installed on the stabilizer.
На фиг. 1 изображен общий вид горелки в разрезе. In FIG. 1 shows a General view of the burner in section.
На фиг. 2 - узел смесеобразования в разрезе. In FIG. 2 - section of the mixture formation.
Горелка для сжигания газообразного топлива состоит из корпуса 1, содержащего жаростойкую камеру 2 и коаксиально расположенную в них камеру сгорания 3 с выходным соплом 4. На корпусе выполнены отверстия 5 для равномерной подачи воздуха из воздушной камеры 6, охватывающей корпус 1, к камере сгорания 3. На воздушной камере 6 расположен патрубок 7 для подачи воздуха. Газовая камера состоит из наружной 8 и внутренней 9 камер, установленных с зазором и соединенных между собой перепускными патрубками 10. Узел смесеобразования включает внутреннюю камеру 9 с газовым соплом 11. Центральный канал 12 служит для подачи воздуха из корпуса 1 в камеру сгорания 3 и для образования запальной смеси. Посредством отверстий 13 и 14 газовая камера 9 соединена соответственно с камерой сгорания 3 и центральным каналом 12. В центральном канале 12 установлены стабилизатор 15 с возможностью осевого перемещения. На боковой поверхности газовой камеры 8 расположен патрубок 16 для подачи газа. Круглые отверстия 17 и щелевые 18 на поверхности камеры сгорания служат для подачи воздуха из корпуса 1 в камеру сгорания 3. В центральном канале 12 установлено запальное устройство 19 и завихритель 20. В нескольких точках по длине камеры сгорания установлены электроды контроля пламени (не показаны). The burner for burning gaseous fuel consists of a housing 1 containing a heat-resistant chamber 2 and a combustion chamber 3 coaxially located in them with an outlet nozzle 4. Holes 5 are made on the housing for uniformly supplying air from the air chamber 6 covering the housing 1 to the combustion chamber 3. On the air chamber 6 there is a pipe 7 for supplying air. The gas chamber consists of an outer 8 and an inner 9 chambers, installed with a gap and interconnected
Горелка работает следующим образом. Подают через патрубок 7 воздушной камеры 6 воздух, который проходит через отверстие 5 корпуса 1. Из корпуса 1 воздух поступает через зазор между газовыми камерами 8 и 9 в центральный канал 12 газового сопла 11 и далее в камеру сгорания 3, в которую одновременно поступает воздух через отверстия 17 и 18. Подают газ через патрубок 16 в газовую камеру 8 и через перепускные патрубки 10 во внутреннюю газовую камеру 9, из которой газ поступает через отверстия 13 и 14 газового сопла 11 соответственно в камеру сгорания 3 и центральный канал 12, где он смешивается с воздухом, образуя запальную газовоздушную смесь. Включают запальное устройство 19, от искры которого воспламеняется запальная газовоздушная смесь в центральном канале 12 и у торца газового сопла 11 и устанавливается стабильное горение. Одновременно воспламеняется основная газовоздушная смесь, что фиксируют электроды контроля пламени (не показаны), которые установлены в нескольких точках по длине камеры сгорания. Продукты сгорания выходят через сопло 4. Для улучшения перемешивания газовоздушной смеси в центральном канале может быть установлен завихритель 20. Горелку настраивают на определенный режим работы путем перемещения стабилизатора 15 вдоль центрального канала 12. При установке стабилизатора в крайнее левое положение сжигание горючей смеси, идущей через центральный канал, осуществляется в начале камеры сгорания. При перемещении стабилизатора вправо зона горения смеси смещается вдоль камеры сгорания в сторону выходного сопла, что позволяет стабилизировать горение основной газовоздушной смеси, улучшить эффективность сжигания топлива и регулировать параметры факела. The burner operates as follows. Air is supplied through the nozzle 7 of the air chamber 6, which passes through the opening 5 of the housing 1. From the housing 1, air enters through the gap between the
В процессе работы горелки идет постоянный подогрев газа во внутренней газовой камере 9 путем нагрева сопла 11 горячими газами, находящимися в камере сгорания 3. Кроме того, идет подогрев воздуха в воздушной камере 6 за счет снятия тепла с камеры сгорания и внутренней части корпуса 1. Практически все тепло, излучаемое наружной поверхностью камеры сгорания 3, используется внутри горелки на нагрев газа и воздуха. Также подогрев воздуха осуществляется за счет разбавления его продуктами сгорания через щели камеры сгорания. Таким образом, идет внутренняя рекуперация тепла, повышающая эффективность сжигания газа и снижающая эмиссию CO и NOx. За счет выполнения газовой камеры из двух частей: наружной 8 и внутренней 9, разделенных зазором, и расположения камеры сгорания в двух воздушных "рубашках" почти полностью исключается излучение тепла в окружающую среду. Установка стабилизатора 15 в центральном канале 12 с возможностью его осевого перемещения позволила дополнительно перемещать зону горения вдоль оси горелки, тем самым реализуя заданные теплотехнические и газодинамические параметры струи продуктов сгорания на выходе из горелки.In the process of operation of the burner, gas is constantly heated in the
Расположение части корпуса 1 внутри воздушной камеры 6 позволило сделать эту часть тонкостенной из конструкционной стали, а жаростойкую камеру 2 выполнить съемной и также тонкостенной из жаропрочной стали. Это значительно уменьшило вес горелки и ее стоимость. Кроме того, при разъемном корпусе стало возможным сделать конструкцию модульной, т.е. не меняя габаритных размеров базовой конструкции, заменив только газовое сопло, камеру сгорания с выходным соплом, горелка переходит в новый типоразмер с другим уровнем мощности, что значительно снижает затраты как у изготовителя, так и у потребителя при модернизации производства. The location of the housing part 1 inside the air chamber 6 made it possible to make this part thin-walled from structural steel, and the heat-resistant chamber 2 to make removable and also thin-walled from heat-resistant steel. This significantly reduced the weight of the burner and its cost. In addition, with the detachable case, it became possible to make the design modular, i.e. Without changing the overall dimensions of the basic design, replacing only the gas nozzle, the combustion chamber with the outlet nozzle, the burner transfers to a new standard size with a different power level, which significantly reduces costs for both the manufacturer and the consumer during production modernization.
Основным и главным достоинством новой горелки является то, что новая конструкция горелки позволила осуществить новый, более эффективный многоструйный и постадийный способ сжигания газа в широком диапазоне тепловой мощности и коэффициента избытка воздуха с возможностью регулирования теплотехнических и газодинамических характеристик факела. The main and main advantage of the new burner is that the new design of the burner made it possible to implement a new, more efficient multi-jet and stepwise method of burning gas in a wide range of thermal power and excess air coefficient with the possibility of controlling the thermal and gas-dynamic characteristics of the torch.
Известен из патента РФ N 2105244, 6 F 23 D 14/20 [2] способ сжигания топлива путем раздельной подачи газа и воздуха, смесеобразования в центральном канале, розжига горелки, при этом газовую смесь в камере сгорания подвергают принудительному перемешиванию, воздействуя на нее ребрами камеры сгорания при вращении последней. Известный способ позволил расширить диапазон регулирования тепловой мощности до 1:10, коэффициента избытка воздуха 1:7. Однако он не может обеспечить максимально высокий коэффициент активации горения и высокую кинетическую энергию факела, что снижает теплосодержание продуктов сгорания и ухудшает циркуляцию продуктов сгорания в печи. При работе на средне- и низкотемпературных режимах недостаточна стабилизация процесса горения, что приводит к срыву пламени и погасанию горелки. Кроме того, горелка, реализующая способ, сложна в изготовлении и эксплуатации. Known from the patent of the Russian Federation N 2105244, 6 F 23
Задачей изобретения является повышение эффективности подготовки и сжигания газовоздушной смеси, стабилизация процесса горения во всем диапазоне тепловых нагрузок, расширение диапазона регулирования тепловой мощности, увеличение температуры и скорости истечения струи. The objective of the invention is to increase the efficiency of preparation and burning of a gas-air mixture, stabilize the combustion process in the entire range of thermal loads, expand the range of regulation of thermal power, increase the temperature and velocity of the jet.
Поставленная задача решена в способе сжигания газообразного топлива, включающем раздельную подачу газа и воздуха, подготовку запальной смеси, розжиг горелки, принудительное перемешивание газовоздушной смеси, в котором согласно изобретению подготовку газовоздушной смеси при низких расходах газа производят во внутренней газовой камере, а при высоких - в центральном канале и камере сгорания, регулируют длину газовоздушной струи, поступающей через центральный канал, путем осевого перемещения стабилизатора и стабилизируют процесс сжигания горючей смеси по длине камеры сгорания; повышают давление газа и смещают фронт горения внутри камеры сгорания, создавая за ним зону разрежения, эжектируют часть горячих газов из зоны высокого давления, перемешивают с воздухом и инжектируют в зону разрежения камеры сгорания. The problem is solved in a method of burning gaseous fuels, including the separate supply of gas and air, preparation of the ignition mixture, ignition of the burner, forced mixing of the gas-air mixture, in which according to the invention the preparation of the gas-air mixture at low gas flow rates is carried out in the internal gas chamber, and at high - the central channel and the combustion chamber, regulate the length of the gas stream entering through the central channel by axial movement of the stabilizer and stabilize the combustion process Oia of the combustible mixture along the length of the combustion chamber; increase the gas pressure and shift the combustion front inside the combustion chamber, creating a rarefaction zone behind it, eject a part of the hot gases from the high pressure zone, mix it with air and inject it into the rarefaction zone of the combustion chamber.
Способ сжигания газа осуществляется следующим образом. Подают воздух через патрубок 7 в воздушную камеру 6, и далее через отверстие 5 корпуса 1 воздух равномерно по окружности поступает в отверстия 17 камеры сгорания 3. Одновременно воздух поступает в центральный канал 12 со стороны торца внутренней газовой камеры 9. Подают газ через патрубок 16 в наружную газовую камеру 8 и далее через перепускные патрубки 10 во внутреннюю газовую камеру 9. Создают превышение давления газа над давлением воздуха Pг > Pв. На этом этапе газ подступает через отверстия 13 и 14 газового сопла соответственно в камеру сгорания 3 и центральный канал 12, где он смешивается с воздухом, образуя запальную смесь. Включают запальное устройство 19. Происходит розжиг горелки и одновременно воспламенение основной газовоздушной смеси во всем объеме камеры сгорания 3. Регулируют скорость и длину запальной струи путем осевого перемещения стабилизатора 15. Для работы горелки в режиме низких тепловых нагрузок уменьшают давление газа Pг < Pв. Воздух из центрального канала 12 поступает через отверстие 14 в газовую камеру 9, где происходит многоструйное перемешивание его с газом и образование газовоздушной смеси, которая поступает в камеру сгорания также многоструйным потоком через отверстия 13. Происходит устойчивая работа горелки с высоким коэффициентом избытка воздуха (Ки.в.) При этом возможно получение температуры продуктов сгорания на выходе горелки ≥ 60oC с Ки.в. ~ 40. Таким образом, в зависимости от значения давления газа и воздуха перед горелкой в узле смесеобразования происходит изменение зон образования газовоздушной смеси, а именно либо в центральном канале и камере сгорания, либо во внутренней газовой камере, что обеспечивает стабильную работу газовой горелки в широком диапазоне тепловой мощности. При этом для повышения однородности газовоздушной смеси и стабилизации горения существенное значение имеет двухсторонняя подача воздуха из корпуса 1 в камеру сгорания 3 в перпендикулярных друг другу направлениях, а именно через центральный канал 12 и через отверстия 17 в течение всего времени работы горелки. В известном же способе воздух через центральный канал подают только для образования запальной смеси. Важное значение для повышения эффективности сжигания газа имеют, с одной стороны, равномерная подача подогретого воздуха по всему периметру камеры сгорания, с другой стороны, многоструйная подача также подогретого газа через отверстия 13 и 14. Процесс сжигания проводят постадийно по длине камеры сгорания по мере образования газовоздушной смеси. При различных давлениях газа смещается зона фронтального горения по длине камеры сгорания. При повышении расхода газа происходит увеличение скорости истечения газовых струй и улучшение перемешивания смеси. При дальнейшем увеличении скорости струй происходит смещение высокотемпературного и высокоскоростного пламени в сторону выходного сопла, создавая перед собой зону высокого давления, а за собой зону разрежения. Большая часть продуктов сгорания со скоростью 200 м/час выходит в сопло, а часть высокотемпературных газов эжектируется через щелевидные отверстия 18 в воздушный поток, перемешивается с ним и возвращается обратно путем инжекции через отверстия 17 в зону разрежения камеры сгорания. Таким образом, осуществляется внутренняя рекуперация тепла и принудительное перемешивание газовоздушной смеси. В оптимальном режиме работы горелки, когда Ки.в. = 2, объем газа 10 м3/час, объем воздуха ~ 190 м3/час, температура пламени на срезе сопла достигает 1350oC, а скорость струи 200 м/сек. Для сравнения, исходя из расчета сгорания природного газа [3], максимальная температура, которую можно получить без подогрева воздуха с коэффициентом активации горения ~ 1.0, составляет 1180oC. Для получения температуры, которая достигается в предлагаемом способе, в известном способе необходим подогрев воздуха до 300oC [3].The method of burning gas is as follows. Air is supplied through the pipe 7 to the air chamber 6, and then through the hole 5 of the housing 1, the air evenly enters into the openings 17 of the combustion chamber 3. At the same time, air enters the
Преимуществом способа является то, что он позволил получить недостигаемые до сих пор в практике показатели по эффективности сжигания топлива и регулированию параметров горелки, а именно: коэффициент активации сгорания топлива ~ 1.0, коэффициент регулирования тепловой мощности 1:100, коэффициент избытка воздуха 1:40, скорость истечения струи продуктов сгорания на выходе из сопла 20-200 м/с, диапазон регулирования температуры от 60 до 1750oC.The advantage of the method is that it made it possible to obtain indicators that are still unattainable in practice in terms of fuel combustion efficiency and regulation of burner parameters, namely: fuel combustion activation coefficient ~ 1.0, thermal power regulation coefficient 1: 100, air excess coefficient 1:40, the flow rate of the stream of combustion products at the exit of the nozzle 20-200 m / s, the temperature control range from 60 to 1750 o C.
Источники информации
1. Газовая горелка. Свидетельство РФ на полезную модель N 5011, 6 F 23 D 14/22. Аналог.Sources of information
1. Gas burner. Certificate of the Russian Federation for utility model N 5011, 6 F 23
2. Способ сжигания газообразного топлива и устройство для его осуществления. Патент РФ N 2105244, 6 F 23 D 14/20. Прототип
3. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник./ Под редакцией Тымчака В.М. М.: Металлургия, 1983, с. 345, рис. 11.7.2. A method of burning gaseous fuel and a device for its implementation. RF patent N 2105244, 6 F 23
3. Calculation of heating and thermal furnaces. Reference. / Edited by Tymchak V.M. M .: Metallurgy, 1983, p. 345, fig. 11.7.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127600/06A RU2172895C1 (en) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Gas burner and process of burning of gaseous fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127600/06A RU2172895C1 (en) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Gas burner and process of burning of gaseous fuel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2172895C1 true RU2172895C1 (en) | 2001-08-27 |
Family
ID=48282067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000127600/06A RU2172895C1 (en) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Gas burner and process of burning of gaseous fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2172895C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471117C1 (en) * | 2011-08-10 | 2012-12-27 | Александр Викторович Фролов | Recuperative gas burner, and air heating method using that burner |
RU2509954C1 (en) * | 2012-08-17 | 2014-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-производственный центр "ВОКЭНЕРГОМАШ" | Multiflame gas burner |
RU180416U1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-06-13 | Александр Викторович Фролов | HOT GAS GENERATOR |
-
2000
- 2000-11-02 RU RU2000127600/06A patent/RU2172895C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471117C1 (en) * | 2011-08-10 | 2012-12-27 | Александр Викторович Фролов | Recuperative gas burner, and air heating method using that burner |
RU2509954C1 (en) * | 2012-08-17 | 2014-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-производственный центр "ВОКЭНЕРГОМАШ" | Multiflame gas burner |
RU180416U1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-06-13 | Александр Викторович Фролов | HOT GAS GENERATOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6872070B2 (en) | U-tube diffusion flame burner assembly having unique flame stabilization | |
US5240404A (en) | Ultra low NOx industrial burner | |
JP2002535598A (en) | Burners and methods of operating gas turbines | |
US4298337A (en) | Fuel burner having flame stabilization by internal recirculation | |
RU2364790C2 (en) | Gas burner with low polluting emissions | |
JPH05187639A (en) | Burner for operating combustion engine, combustion chamber of gas turbo group or furnace | |
GB1592490A (en) | Blue-flame oil burner | |
AU668440B2 (en) | Premix burner for furnace with gas enrichment | |
US6461148B1 (en) | Compact, high-temperature, low-flow rate, liquid fuel-fired burner | |
JPS5848803B2 (en) | How to operate a melting furnace and burners used for this operation | |
US4060380A (en) | Furnace having burners supplied with heated air | |
JP3675163B2 (en) | Tubular flame burner | |
RU2172895C1 (en) | Gas burner and process of burning of gaseous fuel | |
US3737281A (en) | Fuel mixing shroud for heating torches | |
CN105531541B (en) | For burn gas fuel or fluid combustion device assembly and method | |
KR20010045378A (en) | Oil burner used with gas fuel | |
RU2079684C1 (en) | Steam generator | |
RU26108U1 (en) | GAS-BURNER | |
RU73054U1 (en) | GAS-BURNER | |
RU2083921C1 (en) | Rotary burner for liquid fuel | |
JP2005003360A (en) | Tubular flame burner | |
RU208401U1 (en) | Gas-oil burner with variable embrasure shape | |
RU215191U1 (en) | Oil-gas burner with variable flame angle | |
JPH04306410A (en) | Heater and liquid fuel burner used for heater | |
RU2186130C2 (en) | Furnace heating method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20081029 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121103 |