RU2234030C2 - Gas multi-jet burner - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: gas multi-jet burner has chamber for air supply, flame tube, and chamber for gas supply interposed between them. The face of the gas supply chamber faced the flame tube is provided with the central opening, which tightly receives the cylindrical pin made of a sleeve. The side of the sleeve has a row of radial holes. The igniting burner is mounted outside of the sleeve. The mixing pipes are tightly mounted in the faces of the gas supply chamber. The side of the mixing pipes has the first row of radial holes. The side of the sleeve has the second ring row of the radial holes interposed between the bottom of the sleeve and the first ring row of the radial holes.

EFFECT: decreased harmful emission.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к горелочным устройствам, работающим на природном газе с принудительной подачей воздуха, предназначенным преимущественно для использования в топках водогрейных котлов.The invention relates to power engineering, in particular to burners operating on natural gas with forced air supply, intended primarily for use in the furnaces of hot water boilers.

Известно горелочное устройство (см., например, SU 1768871 A1, кл. F 23 D 14/20, опубл. 1992), содержащее смесительные трубы, каждая из которых установлена в корпусе с образованием полости, подключенной к топливопроводу, воздухоподводящие патрубки, тангенциально присоединенные одним концом к смесительной трубе, а другим - к корпусу. В стенках оснований каждого воздушного патрубка выполнены ряды отверстий. В полостях патрубков струи топлива, направленные поперечно, смешиваются с продольным потоком воздуха. Далее перемешанная смесь воздуха и топлива поступает в объеме смесительных труб, где происходит ее воспламенение и горение.A burner device is known (see, for example, SU 1768871 A1, class F 23 D 14/20, publ. 1992), containing mixing pipes, each of which is installed in the housing with the formation of a cavity connected to the fuel line, air supply pipes tangentially connected one end to the mixing pipe, and the other to the body. Rows of holes are made in the walls of the bases of each air nozzle. In the cavities of the nozzle nozzles, the fuel jets directed transversely mix with the longitudinal air flow. Next, the mixed mixture of air and fuel enters the volume of the mixing pipes, where it ignites and burns.

За счет предварительного перемешивания топлива и воздуха в патрубках выравнивается поле концентраций топлива и воздуха в зоне горения, и температура горения газовоздушной смеси приближается к средней, что позволяет уменьшить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.Due to preliminary mixing of fuel and air in the nozzles, the field of fuel and air concentrations in the combustion zone is leveled, and the combustion temperature of the gas-air mixture approaches the average, which allows to reduce the content of nitrogen oxides in the combustion products.

К недостаткам известного горелочного устройства следует отнести сложность конструктивного исполнения, а также незначительное снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания (до 150-170 мг/м³).The disadvantages of the known burner device include the complexity of the design, as well as a slight decrease in the content of nitrogen oxides in the combustion products (up to 150-170 mg / m ³ ).

Кроме того, процесс смесеобразования в известном устройстве сопровождается повышенным уровнем шума.In addition, the process of mixing in the known device is accompanied by an increased noise level.

Наиболее близкой к заявленной горелке по совокупности существенных признаков является газовая многофакельная горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха от вентилятора, камеру для подачи газа под давлением, установленные в камере для подвода воздуха смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках и жаровую трубу, полость внутри которой сообщена с камерой для подвода воздуха (см., например, проспект фирмы "WALTER DREIZLER GMBH" (Германия), 1998).The closest to the claimed burner in terms of essential features is a gas multi-torch burner with forced air supply, containing a chamber for supplying air from the fan, a chamber for supplying gas under pressure, mixing tubes with openings in the side walls and a heat pipe installed in the chamber for supplying air, the cavity inside which communicates with the chamber for supplying air (see, for example, the prospectus of the company "WALTER DREIZLER GMBH" (Germany), 1998).

При работе горелки воздух, нагнетаемый вентилятором, разделяется на два потока, один из которых (первичный воздух) коаксиально со струей газа подается в смесительную трубку, а другой (вторичный воздух) поступает непосредственно из камеры для подвода воздуха в полость жаровой трубы коаксиально смесителям.During operation of the burner, the air pumped by the fan is divided into two flows, one of which (primary air) is coaxially supplied with a gas stream into the mixing tube, and the other (secondary air) is supplied directly from the chamber to supply air to the cavity of the flame tube coaxially to the mixers.

Подача вторичного воздуха коаксиально смесителям обеспечивает дожигание продуктов неполного сгорания, образующихся при сжигании при пониженной температуре топлива, смешанного с первичным воздухом, и тем самым снижение выброса оксидов азота.The secondary air supply coaxially to the mixers provides afterburning of incomplete combustion products resulting from the combustion of fuel mixed with primary air at a lower temperature, and thereby reducing the emission of nitrogen oxides.

К недостаткам известной газовой многофакельной горелки следует отнести:The disadvantages of the known gas multi-torch burner include:

- значительные поперечные габариты горелки;- significant transverse dimensions of the burner;

- сложность конструкции и монтажа горелки, обусловленные, в частности, необходимостью обеспечения строгой соосности газовых сопел и трубок смесителей.- the complexity of the design and installation of the burner, due, in particular, the need to ensure strict alignment of gas nozzles and mixer tubes.

Техническим результатом изобретения является уменьшение концентрации вредных выбросов оксидов азота.The technical result of the invention is to reduce the concentration of harmful emissions of nitrogen oxides.

Указанный технический результат достигается тем, что в газовой многофакельной горелке с принудительной подачей воздуха, содержащей камеру для подвода воздуха, жаровую трубу и размещенную между ними камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой закреплены смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках, расположенные в, по крайней мере, один цилиндрический ярус вокруг центральной продольной оси горелки, и цилиндрический наконечник в виде стакана, установленного со стороны жаровой трубы в центральном отверстии торцовой стенки камеры для подачи газа, в боковой стенке которого выполнен первый кольцевой ряд радиальных отверстий, согласно изобретению в боковой стенке стакана выполнен второй кольцевой ряд радиальных отверстий, расположенный между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий.The specified technical result is achieved in that in a gas multi-torch burner with forced air supply containing a chamber for supplying air, a flame tube and a chamber for supplying gas placed between them, in the end walls of which are fixed mixing tubes with holes in the side walls located in at least one cylindrical tier around the central longitudinal axis of the burner, and a cylindrical tip in the form of a cup mounted on the side of the flame tube in the central hole of the end wall amers for supplying gas in the side wall of which is formed a first annular series of radial holes, according to the invention in a side wall of cups made annular second series of radial holes disposed between the bottom nozzle and the first ring close radial openings.

Кроме того, суммарная площадь отверстий второго кольцевого ряда, выполненных в боковой стенке стакана, составляет 10-20% общей площади отверстий в боковых стенках всех смесительных трубок и 40-60% общей площади отверстий первого кольцевого ряда.In addition, the total area of the holes of the second annular row made in the side wall of the glass is 10-20% of the total area of the holes in the side walls of all the mixing tubes and 40-60% of the total area of the holes of the first annular row.

Выполнение в боковой стенке стакана второго кольцевого ряда радиальных отверстий, расположенного между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий, позволяет организовать двухстадийное сжигание топлива, снизить температуру горения и вследствие этого значительно уменьшить содержание оксидов азота в продуктах сгорания, причем организация двухстадийного сжигания топлива осуществлена не за счет подачи первичного и вторичного воздуха, а за счет подачи первичного и вторичного газа в указанных выше соотношениях. Это в принципе позволяет уменьшить выброс вредных веществ при минимальных габаритах и шуме горелке, поскольку необходимое сечение воздушного тракта намного превышает сечение топливопроводов. Заявляемое техническое решение вообще не требует организации каких-либо дополнительных топливопроводов. Необходимое увеличение длины стакана для оптимального размещения второго кольцевого ряда радиальных отверстий не ухудшает плавность запуска горелки (наличие стакана в прототипе обусловлено решением задачи плавного запуска). Расстояние L от торцовой стенки камеры для подачи газа до плоскости, в которой лежат оси второго ряда радиальных отверстий стакана, подбирается экспериментальным путем таким образом, чтобы, с одной стороны, максимально уменьшить содержание в продуктах сгорания оксидов азота (NO_Х), а с другой, чтобы это не привело к значительному увеличению содержания в них окиси углерода (СО).The implementation in the side wall of the glass of the second annular row of radial holes located between the bottom of the glass and the first annular row of radial holes allows you to organize a two-stage combustion of fuel, reduce the temperature of combustion and as a result significantly reduce the content of nitrogen oxides in the combustion products, and the organization of two-stage combustion of fuel is not carried out due to the supply of primary and secondary air, and due to the supply of primary and secondary gas in the above ratios. This, in principle, allows to reduce the emission of harmful substances with a minimum size and noise of the burner, since the required section of the air path is much larger than the section of the fuel lines. The claimed technical solution generally does not require the organization of any additional fuel pipelines. The necessary increase in the length of the glass for the optimal placement of the second annular row of radial holes does not impair the smoothness of the burner start-up (the presence of the glass in the prototype is due to the solution of the soft start problem). The distance L from the end wall of the chamber for supplying gas to the plane in which the axes of the second row of radial holes of the cup lie lie is selected experimentally in such a way that, on the one hand, the content of nitrogen oxides (NO _X ) in the combustion products is minimized, and on the other so that this does not lead to a significant increase in their carbon monoxide (CO) content.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена газовая многофакельная горелка, продольный разрез.The invention is illustrated by the drawing, which shows a gas multi-torch burner, a longitudinal section.

Горелка содержит камеру 1 для подвода воздуха, нагнетаемого вентилятором 2, камеру 3 для подачи газа, расположенную между камерой 1 и жаровой трубой 4. В торцовых стенках 5 и 6 камеры 3 для подачи газа закреплены смесительные трубки 7, сообщающие камеру 1 для подвода воздуха с полостью внутри жаровой трубы 4.The burner contains a chamber 1 for supplying air pumped by the fan 2, a chamber 3 for supplying gas located between the chamber 1 and the flame tube 4. In the end walls 5 and 6 of the chamber 3 for supplying gas, mixing tubes 7 are connected, communicating the chamber 1 for supplying air with cavity inside the flame tube 4.

В боковых стенках смесительных трубок 7 выполнены отверстия 8, расположенные внутри камеры 3 для подачи газа. Смесительные трубки 7 расположены в два цилиндрических яруса вокруг центральной продольной оси горелки.In the side walls of the mixing tubes 7 are made holes 8 located inside the chamber 3 for gas supply. The mixing tubes 7 are arranged in two cylindrical tiers around the central longitudinal axis of the burner.

В торцовой стенке 6 камеры 3 для подачи газа выполнено центральное отверстие, в котором со стороны жаровой трубы 4 установлен цилиндрический наконечник в виде стакана 9. В боковой стенке стакана 9 выполнены два кольцевых ряда радиальных отверстий 10 и 11. Отверстия 10 расположены в непосредственной близости от стенки 6, а кольцевой ряд радиальных отверстий 11, расположенных со стороны днища стакана 9, - на расстоянии L от стенки 6. Суммарная площадь отверстий 11 составляет 10-20% общей площади отверстий 8 в боковых стенках всех смесительных трубок 7 и 40-60% общей площади отверстий первого кольцевого ряда.A central hole is made in the end wall 6 of the gas supply chamber 3, in which a cylindrical tip in the form of a glass 9 is installed on the side of the flame tube 4. Two circular rows of radial holes 10 and 11 are made in the side wall of the glass 9. The openings 10 are located in close proximity to walls 6, and the annular row of radial holes 11 located on the bottom side of the glass 9, at a distance L from the wall 6. The total area of the holes 11 is 10-20% of the total area of the holes 8 in the side walls of all the mixing tubes 7 and 40-60 % of the total area of the holes of the first annular row.

Горелка снабжена также запальной горелкой 12, установленной на месте одной из смесительных трубок 7 внутреннего яруса.The burner is also equipped with a pilot burner 12, installed in place of one of the mixing tubes 7 of the inner tier.

Газовая многофакельная горелка работает следующим образом.Gas multi-torch burner operates as follows.

Включают вентилятор 2, нагнетающий воздух в камеру 1. Подают газ в запальную горелку 12 и осуществляют ее розжиг, добиваясь устойчивого горения факела. Пламя запальной горелки 12 осуществляет предварительный нагрев как поверхности стакана 9, так и боковой поверхности жаровой трубы 4. Затем газ подают в камеру 3. Газ, поступая в полость жаровой трубы 4 через отверстия 10 и 11 в боковой поверхности стакана 9, смешивается с воздухом, поступающим из смесительных трубок 7, и воспламеняется от факела запальной горелки 12, образуя слой поджигающего пламени цилиндрической формы. Одновременно воздух, подаваемый на горение из камеры 1, перемешивается в смесительных трубках 7 с газом, поступающим из камеры 3 в трубки 7 через отверстия 8, расход которого уменьшен на величину расхода газа через отверстия 10 и 11 стакана 9. Образующаяся обедненная газовоздушная смесь поступает во внутреннюю полость жаровой трубы 4, где поджигается от факела пламени, образующегося вокруг стакана 9, при этом за счет выполнения отверстий 10, расположенных в непосредственной близости от торцовой стенки 6 камеры 3 для подачи газа, осуществляется плавный розжиг горелки, а выполнение отверстий 11 на расстоянии L от торцовой стенки 6 камеры 3 для подачи газа позволяет осуществить двухстадийное сжигание топлива, уменьшить температуру его горения и тем самым снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания. Расстояние L для различных по мощности горелок подбирается экспериментальным путем из условиях минимального содержания NO_Х и СО.Turn on the fan 2, forcing air into the chamber 1. They supply gas to the ignition burner 12 and carry out its ignition, achieving stable burning of the torch. The flame of the ignition burner 12 pre-heats both the surface of the cup 9 and the side surface of the flame tube 4. Then, gas is supplied to the chamber 3. Gas entering the cavity of the flame tube 4 through openings 10 and 11 in the side surface of the glass 9 is mixed with air, coming from the mixing tubes 7, and ignites from the torch of the pilot burner 12, forming a layer of an igniting flame of a cylindrical shape. At the same time, the air supplied to the combustion from the chamber 1 is mixed in the mixing tubes 7 with the gas entering from the chamber 3 into the tubes 7 through the openings 8, the flow rate of which is reduced by the gas flow rate through the openings 10 and 11 of the glass 9. The resulting depleted gas-air mixture enters the internal cavity of the flame tube 4, where it is ignited by a flame that forms around the glass 9, while due to the holes 10 located in the immediate vicinity of the end wall 6 of the chamber 3 for gas supply, explicit ignition of the burner, and the holes 11 at a distance L from the end wall 6 of the chamber 3 for supplying gas allows for two-stage combustion of the fuel, to reduce its combustion temperature and thereby reduce the content of nitrogen oxides in the combustion products. The distance L for burners of different power is selected experimentally from the conditions of the minimum content of NO _X and CO.

Claims (2)

1. Газовая многофакельная горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха, жаровую трубу и размещенную между ними камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой закреплены смесительные трубки с отверстиями в боковых стенках, расположенные в, по крайней мере, один цилиндрический ярус вокруг центральной продольной оси горелки, и цилиндрический наконечник в виде стакана, установленного со стороны жаровой трубы в центральном отверстии торцовой стенки камеры для подачи газа, в боковой стенке которого выполнен первый кольцевой ряд радиальных отверстий, отличающаяся тем, что в боковой стенке стакана выполнен второй кольцевой ряд радиальных отверстий, расположенный между днищем стакана и первым кольцевым рядом радиальных отверстий.1. Gas multi-torch burner with forced air supply, containing a chamber for supplying air, a flame tube and a chamber for supplying gas placed between them, in the end walls of which are fixed mixing tubes with holes in the side walls located in at least one cylindrical tier around the central longitudinal axis of the burner, and a cylindrical tip in the form of a cup mounted on the side of the flame tube in the Central hole of the end wall of the chamber for supplying gas, in the side wall of which nen first annular series of radial openings, characterized in that the cup sidewall is formed a second annular series of radial holes disposed between the bottom nozzle and the first ring close radial openings. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что суммарная площадь отверстий второго кольцевого ряда, выполненных в боковой стенке стакана, составляет 10-20% общей площади отверстий в боковых стенках всех смесительных трубок и 40-60% общей площади отверстий первого кольцевого ряда.2. The burner according to claim 1, characterized in that the total area of the openings of the second annular row made in the side wall of the glass is 10-20% of the total area of the openings in the side walls of all the mixing tubes and 40-60% of the total area of the openings of the first annular row .