UA56602A - Gas burner - Google Patents

Abstract

Gas burner has outer cylindrical housing with a dense end wall, branch pipes for gas and air supply, air and gas chambers. Chambers are separated with additional wall with openings, there in parallel to the axis of the burner air pipes are installed; the opposite end wall is made as distribution plate with openings for gas supply; in gas chamber are installed and fixed with opposite ends in the openings of the additional wall air pipes with openings in side walls. Ends of air pipes fixed in the openings of the additional and distribution plates go out of the boundaries of those, and the axes of the openings for air pipes in distribution and additional plates are arranged at equal distance from the axes of the nearest adjoining air openings. Burner is equipped with inner housing with insulated from the outer housing additional branch pipe for gas supply and additional branch pipe for air supply, this is connected to the inner housing with conical gasket. At that, inside the inner housing of the burner between the additional and distribution walls and air pipes inner gas chamber is formed, and between the additional wall and air branch pipe – inner air chamber. Inner gas chamber has the shape of hexagonal cylinder.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід належить до газових пальників з наперед підготовленою газовою сумішшю та з окремими каналами 2 для повітря та газу. Пальник може використовуватись в котлах будь-яких типів, у теплогенераторах, в камерах згорання газових турбін, тощо.The invention relates to gas burners with a pre-prepared gas mixture and separate channels 2 for air and gas. The burner can be used in boilers of any type, in heat generators, in combustion chambers of gas turbines, etc.

Пальники, які використовуються за цим призначенням, мусять відрізнятися простотою конструкції і технологічністю у виготовленні, надійністю у роботі, продукти спалювання повинні відповідати нормативним вимогам щодо емісії шкідливих речовин, в першу чергу, оксидів азоту. Пальники повинні працювати у широкому 70 діапазоні надлишку повітря, забезпечуючи номінальну потужність в області надлишків повітря, що наближуються до одиниці (0--»1.0) в топках парових та водогрійних котлів, та високих і змінних надлишках повітря 422.0) в камерах згорання ГТУ та топках промислових теплогенераторів; конструктивні особливості повинні дозволяти синтезувати пальники на будь-яку потужність без зміни принципової конструктивної схеми, та забезпечувати широкий діапазон робочого регулювання по тепловій потужності.The burners used for this purpose must be distinguished by their simplicity of design and manufacturability, reliability in operation, combustion products must meet regulatory requirements for the emission of harmful substances, primarily nitrogen oxides. The burners must operate in a wide 70 range of excess air, providing rated power in the area of excess air approaching unity (0--»1.0) in the furnaces of steam and water heating boilers, and high and variable excess air 422.0) in the combustion chambers of gas turbines and furnaces industrial heat generators; design features should allow synthesizing burners for any capacity without changing the basic design scheme, and provide a wide range of operating adjustment in terms of thermal power.

Відомий газовий пальник (Христич В.А., Любчик Г.Н. Газогорелочнье устройства для сжигания газа при високих и переменньїх избьітках воздуха. -- М. ВНИЙЗГАЗПРОМ, 1978. --59с.), який складається з двох елементів: перфорованих пластин-стабілізаторів та багатосоплових газових форсунок. Використання пластин-стабілізаторів у сукупності з багатосопловими форсунками сприяє не тільки ефективному дозуванню та розподілу компонентів палива, а й забезпечує при цьому подрібнення зони сумішоутворення та горіння завдяки простим конструктивним рішенням пальника. Використання перфорованих пластин також сприяє досягненню широкого діапазону регулювання по коефіцієнту надлишку повітря.A well-known gas burner (V. A. Hrystich, G. N. Lyubchyk. Gas burner devices for burning gas at high and variable air pressures. -- M. VNIYZGAZPROM, 1978. -- 59 p.), which consists of two elements: perforated plates stabilizers and multi-nozzle gas injectors. The use of stabilizer plates in combination with multi-nozzle nozzles contributes not only to effective dosing and distribution of fuel components, but also ensures grinding of the mixture formation and combustion zone due to simple design solutions of the burner. The use of perforated plates also contributes to the achievement of a wide range of regulation of the coefficient of excess air.

До причин, що перешкоджають ефективно спалювати паливо при малих (552.0) коефіцієнтах надлишку повітря, слід віднести роздільну подачу повітря та палива в зону горіння, що забезпечує дифузійний механізм горіння. Крім того, особливості розподілу палива та повітря не дають змоги отримати уніфіковане конструктивне рішення для пальників різної номинальної потужності. «Reasons that prevent fuel from burning effectively at low (552.0) air excess ratios include the separate supply of air and fuel to the combustion zone, which provides a diffusion combustion mechanism. In addition, the peculiarities of the distribution of fuel and air do not make it possible to obtain a unified design solution for burners of different nominal power. "

Відомий також пальник (пат. Англ. Мо 1440071, м.кл. ЕБ23, ОО 15/04, 1976 р.), який складається з центральновстановленої газорозподільної багатосоплової форсунки та перфорованого диска-стабілізатора, який виконує функцію пластини-дозатора повітря. Пластина-дозатор розподіляє повітря на первинне та вторинне. Комбінована газорозподільна форсунка, у свою чергу, розподіляє газове паливо для попереднього с 3о (перед пластиною) та дифузійного (за пластиною) змішування. (ав)A burner is also known (pat. Engl. Mo 1440071, m.cl. EB23, OO 15/04, 1976), which consists of a centrally installed gas distribution multi-nozzle nozzle and a perforated disk-stabilizer, which performs the function of an air metering plate. The metering plate distributes the air into primary and secondary air. The combined gas distribution nozzle, in turn, distributes gaseous fuel for pre-c 3o (in front of the plate) and diffusion (after the plate) mixing. (av)

Відомий пальник не вирішує у повній мірі поставленої задачі, а саме отримання необхідних екологічних показників продуктів згорання та можливості уніфікації конструкції, тому, що частина палива, яку подають на ї-о попереднє змішування з повітрям, має можливість проскочення зони горіння (за пластиною-дозатором) вздовж (Се) стінок корпусу, що призводить до втрати неспаленого палива.The known burner does not fully solve the set task, namely, obtaining the necessary environmental indicators of combustion products and the possibility of unifying the design, because part of the fuel that is fed to it, pre-mixed with air, has the possibility of slipping into the combustion zone (behind the metering plate ) along (Se) the walls of the case, which leads to the loss of unburned fuel.

Відомий газовий пальник, що обраний за прототип (пат. Укр. Мо 34812 м. кл. Е230 14/02, Е230 14/22. Бюл. Мо й 2, 15.03.2001) що містить корпус зі щільною торцевою стінкою, повітряну та газову камери, між якими розташована додаткова стінка з отворами, трубки, а також патрубки для підводу газу та повітря, протилежну торцеву стінку, виконану у вигляді розподільної пластини з отворами для подачі газу та розміщених в газовій « дю камері і закріплених протилежними кінцями в отворах додаткової стінки повітряних трубок з отворами на бокових з стінках, причому закріплені в отворах додаткової та розподільної пластин кінці повітряних трубок виходять за с їх межі, а осі отворів для повітряних трубок у розподільній пластині розташовані на рівній відстані від осей :з» найближчих суміжних повітряних отворів.The well-known gas burner selected as a prototype (pat. Ukr. Mo 34812 m. cl. E230 14/02, E230 14/22. Bul. Mo y 2, 15.03.2001) containing a housing with a dense end wall, air and gas chambers, between which there is an additional wall with holes, tubes, as well as nozzles for gas and air supply, the opposite end wall, made in the form of a distribution plate with holes for gas supply and placed in the gas chamber and fixed with opposite ends in the holes of the additional wall air tubes with holes on the side walls, and the ends of the air tubes fixed in the holes of the additional and distribution plates extend beyond their limits, and the axes of the holes for the air tubes in the distribution plate are located at an equal distance from the axes of the nearest adjacent air holes.

Пальник дає змогу організувати ефективне спалювання газу при коефіцієнтах надлишку повітря, близьких 1.0, за рахунок комбінованого сумішоутворення забезпечує зниження емісії токсичних оксидів азоту, за рахунок сл 15 регулярної структури розміщення повітряних каналів та каналів палива дозволяє вирішити проблему утворення уніфікованого ряду пальників будь-якої теплової потужності. (о) Конструктивне виконання пальника не вирішує у повній мірі поставленої задачі, а саме, за рахунок б комбінованого (попереднього та дифузійного) сумішоутворення не забезпечується ефективне горіння при високих надлишках повітря, а діапазон робочого регулювання по тепловій потужності при незмінному надлишку (ав) 50 повітря не може перевищувати 2 - 3-х кратної зміни потужності і не забезпечує підтримання "з санітарно-гігієнічних вимог до продуктів згорання.The burner makes it possible to organize effective combustion of gas with excess air ratios close to 1.0, due to the combined mixture formation, it ensures a reduction in the emission of toxic nitrogen oxides, due to the 15th regular structure of the placement of air channels and fuel channels, it allows to solve the problem of creating a unified row of burners of any heat capacity . (o) The design of the burner does not fully solve the task, namely, due to the combined (preliminary and diffusion) mixture formation, effective combustion is not ensured at high air excesses, and the operating range of thermal power adjustment at a constant excess (ав) is 50 air cannot exceed 2-3 times the power change and does not ensure maintenance of sanitary and hygienic requirements for combustion products.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалити газовий пальник, у якому внаслідок застосування двох пар ізольованих газових та повітряних камер забезпечується можливість експлуатації пальника в різних режимах: повної та часткової подачі палива при незмінному коефіцієнті надлишку повітря, що наближається до одиниці (0-1.0), або при частковій витраті палива при високих надлишках повітря ( х22.0). Це дозволяє в» розширити діапазон роботи пальника як по тепловій потужності, так і по коефіцієнту надлишку повітря з дотриманням вимог до екологічних характеристик.The invention is based on the task of improving a gas burner, in which, due to the use of two pairs of isolated gas and air chambers, it is possible to operate the burner in different modes: full and partial fuel supply with a constant ratio of excess air approaching unity (0-1.0), or with partial fuel consumption with high excess air (x22.0). This allows you to expand the range of burner operation both in terms of thermal power and the coefficient of excess air while complying with the requirements for environmental characteristics.

Поставлена задача вирішується тим, що газовий пальник, що містить корпус зі щільною торцевою стінкою, во патрубки для підводу газу та повітря, повітряну та газову камери, розділені додатковою стінкою з отворами, у яких паралельно до осі пальника розташовані повітряні трубки, протилежну торцеву стінку, виконану у вигляді розподільної пластини з отворами для подачі газу та розміщені в газовій камері і закріплені протилежними кінцями в отворах додаткової стінки повітряні трубки з отворами на бокових стінках, причому закріплені в отворах додаткової та розподільної пластин кінці повітряних трубок виходять за їх межі, а осі отворів для повітряних трубок у розподільній та додатковій пластинах розташовані на рівній відстані від осей найближчих б5 суміжних повітряних отворів. Згідно з винаходом новим є те, що пальник оснащено внутрішнім корпусом з ізольованими від зовнішнього корпусу додатковим патрубком для подачі газу та додатковим патрубком для подачі повітря, з'єднаним з внутрішнім корпусом конічною проставкою. При цьому, в середині внутрішнього корпусу пальника між додатковою і розподільною стінками та повітряними трубками утворена внутрішня газоваThe task is solved by the fact that the gas burner, which contains a body with a dense end wall, into nozzles for gas and air supply, air and gas chambers, separated by an additional wall with holes in which air tubes are located parallel to the axis of the burner, the opposite end wall, made in the form of a distribution plate with holes for gas supply and placed in the gas chamber and fixed with opposite ends in the holes of the additional wall, air tubes with holes on the side walls, and the ends of the air tubes fixed in the holes of the additional and distribution plates go beyond their limits, and the axes of the holes for air tubes in the distribution and additional plates are located at an equal distance from the axes of the nearest b5 adjacent air holes. According to the invention, what is new is that the burner is equipped with an internal housing with an additional gas supply nozzle and an additional air supply nozzle, which are isolated from the external housing, and are connected to the internal housing by a conical spacer. At the same time, in the middle of the internal body of the burner, between the additional and distribution walls and the air tubes, an internal gas

Камера, а між додатковою стінкою та повітряним патрубком - внутрішня повітряна камера, що забезпечує розширення діапазону робочого регулювання як по тепловій потужності, так і по коефіцієнту надлишку повітря, а також можливість мінімізації емісії токсичних СО та МОХ за рахунок реалізації стадійного горіння та рівномірний розподіл повітря між повітряними трубками, що розташовані в зовнішній камері, і позитивно впливає на ефективність вигорання палива. 70 Крім того, внутрішній корпус може мати форму шестигранного циліндр, що забезпечує регулярне компонування повітряних трубок як в зовнішній, так і у внутрішній повітряних камер, завдяки чому досягається високий рівень гомогенізації горючої суміші незалежно від схеми подачі палива по трактам пальника, а також зберігається можливість уніфікації його конструктивної схеми, що в свою чергу забезпечує економію матеріалів та спрощення технології виробництва таких пальників. 15 На фіг.1 зображено загальний вигляд газового пальника - поздовжній розріз, на фіг.2, фіг.3 розріз по А-А,The chamber, and between the additional wall and the air nozzle - an internal air chamber, which provides an expansion of the range of operating regulation both in terms of thermal power and the coefficient of excess air, as well as the possibility of minimizing the emission of toxic CO and MOX due to the implementation of staged combustion and uniform distribution of air between the air tubes located in the outer chamber and has a positive effect on the efficiency of fuel combustion. 70 In addition, the inner body can have the shape of a hexagonal cylinder, which ensures a regular arrangement of air tubes in both the outer and inner air chambers, thanks to which a high level of homogenization of the combustible mixture is achieved regardless of the fuel supply scheme along the burner paths, and the possibility remains unification of its design scheme, which in turn ensures saving of materials and simplification of the production technology of such burners. 15 Fig. 1 shows the general view of a gas burner - a longitudinal section, Fig. 2, Fig. 3 a section along A-A,

Б-Б на фіг.1.B-B in Fig.1.

Газовий пальник має зовнішній циліндричний корпус 1 зі щільною торцевою стінкою 2, патрубки для підводу газу З та повітря 4, що разом з внутрішнім корпусом 12, додатковою 5 і розподільною 6 стінками та повітряними трубками 9 утворюють зовнішні газову 7 та повітряну 8 камери. Між додатковою та розподільною стінкою 2о паралельно до вісі пальника розташовані повітряні трубки 9, на циліндричній поверхні яких розташовані отвори для подачі палива на попереднє сумішоутворення. Протилежна торцева стінка б виконана у вигляді розподільної пластини з отворами для подачі газу 11 для дифузійного сумішоутворення. Всередині зовнішнього корпусу пальника міститься внутрішній корпус 12, який теж має додатковий патрубок для подачі газу 13 та патрубок для подачі повітря 14, а також конічну проставку 15, що з'єднує внутрішній корпус 12 з повітряним ов патрубком 14.The gas burner has an external cylindrical body 1 with a dense end wall 2, nozzles for the supply of gas C and air 4, which together with the internal body 12, additional 5 and distribution walls 6 and air tubes 9 form the external gas 7 and air 8 chambers. Between the additional and distribution wall 2o, parallel to the axis of the burner, there are air tubes 9, on the cylindrical surface of which there are holes for supplying fuel to the preliminary mixture formation. The opposite end wall would be made in the form of a distribution plate with gas supply holes 11 for diffusion mixture formation. Inside the outer casing of the burner there is an inner casing 12, which also has an additional nozzle for gas supply 13 and a nozzle for air supply 14, as well as a conical spacer 15 connecting the inner casing 12 with the air nozzle 14.

В середині внутрішнього корпусу пальника 12 між додатковою 5 і розподільною б стінками та повітряними « трубками 9 утворена внутрішня газова камера 17, а між додатковою стінкою 5 та повітряним патрубком 14 - внутрішня повітряна камера 18.An internal gas chamber 17 is formed in the middle of the internal body of the burner 12 between the additional 5 and distribution walls and air tubes 9, and an internal air chamber 18 is formed between the additional wall 5 and the air nozzle 14.

Між зовнішнім корпусом пальника та конічною проставкою внутрішнього корпусу утворюється конфузорний с зо Канал 16.Between the outer body of the burner and the conical spacer of the inner body, a confusing channel 16 is formed.

Газовий пальник працює наступним чином: о - В режимі стехіометрічного горіння (о-»51.0) при максимальній тепловій потужності. ГеThe gas burner works as follows: o - In the stoichiometric combustion mode (o-»51.0) at maximum heat output. Ge

Паливний газ патрубками З та 13 подається, відповідно, в зовнішню та внутрішню газові камери 7 і 17.The fuel gas is supplied to the external and internal gas chambers 7 and 17 through the nozzles Z and 13, respectively.

Повітря подається патрубками 4 та 14 у відповідні зовнішні та внутрішні повітряні камери 8 та 18. В цьому оAir is supplied through nozzles 4 and 14 to the corresponding external and internal air chambers 8 and 18. In this o

Зз5 випадку частина паливного газу в обох контурах пальника подається через отвори 10 в повітряні трубки 9, де в ю каналах повітряних трубок утворюється бідна попередньо підготовлена суміш паливного газу та повітря.In the third case, part of the fuel gas in both circuits of the burner is supplied through holes 10 to the air tubes 9, where a lean pre-prepared mixture of fuel gas and air is formed in the channels of the air tubes.

Інша частина палива з газових камер через отвори 11 в розподільній пластині 6 подається безпосередньо в зону горіння, де відбувається дифузійне сумішоутворення та горіння горючої суміші.Another part of the fuel from the gas chambers through the holes 11 in the distribution plate 6 is supplied directly to the combustion zone, where diffusion mixture formation and combustion of the combustible mixture takes place.

При такому варіанті подачі палива реалізується максимальна теплова потужність (максимальна витрата « паливного газу) при мінімальному коефіцієнті надлишку повітря, що наближається до одиниці (о-»1.0). шщ с На цьому ж режимі можлива мінімізація емісії оксидів азоту (МОХ), якщо застосувати перерозподіл паливного ц газу по трактам пальника. "» Так, при 94-»1.0, збільшуючи подачу палива до внутрішнього контуру за рахунок відповідного зменшення подачі палива до зовнішнього контуру, можна реалізувати режим горіння на внутрішньому контурі при недостачі повітря (051.0), а на зовнішньому - при його надлишку (021.0), що є характерною ознакою так званого 1 стадійного горіння, в результаті реалізації якого можна досягти зниження емісії МО на 5095 та більше. бу - В режимі стехіометрічного горіння (о--»1.0) при зменшеній тепловій потужності.With this variant of fuel supply, the maximum thermal power (maximum fuel gas consumption) is realized with a minimum coefficient of excess air approaching unity (o-»1.0). шщ с In the same mode, it is possible to minimize the emission of nitrogen oxides (NOX), if the redistribution of fuel gas along the burner tracts is used. "» So, at 94-»1.0, by increasing the fuel supply to the internal circuit due to the corresponding decrease in fuel supply to the external circuit, it is possible to implement the combustion mode on the internal circuit with a lack of air (051.0), and on the external circuit with its excess (021.0) , which is a characteristic feature of the so-called 1-stage combustion, as a result of which it is possible to achieve a decrease in MO emissions by 5095 or more. bu - In the stoichiometric combustion mode (о--»1.0) with reduced thermal power.

В цьому випадку відключається подача палива на одному з контурів пальника (наприклад - зовнішньому). На б» зовнішній контур подається тільки незначна кількість повітря (до 5... 1095 від загальної кількості) і все о 50 паливо подається тільки на внутрішній контур.In this case, the fuel supply to one of the burner circuits (for example, the external one) is turned off. Only a small amount of air (up to 5...1095 of the total amount) is supplied to the b» external circuit, and all 50 fuel is supplied only to the internal circuit.

В такому випадку забезпечується ефективне горіння при «-»1.0 в широкому діапазоні витрат газу. Причому, о) співвідношення між максимальною та мінімальною тепловою потужністю може досягати рівня 5... 10 та більше. - В режимі нестехіометрічного горіння (49222.0) при зменшеній тепловій потужності.In this case, effective combustion is ensured at "-"1.0 in a wide range of gas consumption. Moreover, o) the ratio between the maximum and minimum thermal power can reach the level of 5... 10 or more. - In the mode of non-stoichiometric combustion (49222.0) with reduced thermal power.

В цьому випадку повітря подається на всі контури пальника, а паливний газ - тільки на один з контурів. 252 Вибір варіанту подачі паливного газу залежить від технічних умов роботи топки та необхідної для ве технологічного процесу структури факелу. Так, при подачі паливного газу через внутрішній контур факел буде мати високотемпературне ядро з відносно холодною оболонкою (і навпаки). Середній коефіцієнт надлишку повітря при цьому буде суттєво більший за одиницю.In this case, air is supplied to all circuits of the burner, and fuel gas to only one of the circuits. 252 The choice of the fuel gas supply option depends on the technical conditions of the furnace and the torch structure necessary for the technological process. Thus, when supplying fuel gas through the internal circuit, the torch will have a high-temperature core with a relatively cold shell (and vice versa). In this case, the average coefficient of excess air will be significantly greater than unity.

Claims (2)

Формула винаходуThe formula of the invention 1. Газовий пальник, що містить зовнішній циліндричний корпус зі щільною торцевою стінкою, патрубки для підводу газу та повітря, повітряну та газову камери, розділені додатковою стінкою з отворами, у яких бо паралельно до осі пальника розташовані повітряні трубки, протилежну торцеву стінку, виконану у вигляді розподільної пластини з отворами для подачі газу, та розміщені в газовій камері і закріплені протилежними кінцями в отворах додаткової стінки повітряні трубки з отворами на бокових стінках, причому закріплені в отворах додаткової та розподільної пластин кінці повітряних трубок виходять за їх межі, а осі отворів для повітряних трубок у розподільній та додатковій пластинах розташовані на рівній відстані від осей найближчих суміжних повітряних отворів, який відрізняється тим, що його оснащено внутрішнім корпусом з ізольованими від зовнішнього корпусу додатковим патрубком для подачі газу та додатковим патрубком для подачі повітря, з'єднаним з внутрішнім корпусом конічною прокладкою, при цьому всередині внутрішнього корпусу пальника між додатковою і розподільною стінками та повітряними трубками утворена внутрішня газова камера, а між додатковою стінкою та повітряним патрубком - внутрішня повітряна камера. 70 1. A gas burner containing an external cylindrical body with a dense end wall, nozzles for gas and air supply, air and gas chambers, separated by an additional wall with holes in which air tubes are located parallel to the axis of the burner, the opposite end wall, made in in the form of a distribution plate with holes for gas supply, and air tubes with holes on the side walls placed in the gas chamber and fixed with opposite ends in the holes of the additional wall, and the ends of the air tubes fixed in the holes of the additional and distribution plates extend beyond their limits, and the axes of the holes for of air tubes in the distribution and additional plates are equidistant from the axes of the nearest adjacent air openings, which is characterized by the fact that it is equipped with an inner housing with an additional gas supply nozzle isolated from the outer housing and an additional air supply nozzle connected to the inner housing conical gasket, etc In addition, an internal gas chamber is formed inside the internal body of the burner between the additional and distribution walls and the air tubes, and an internal air chamber is formed between the additional wall and the air nozzle. 70 2. Газовий пальник за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішня газова камера має форму шестигранного циліндра. « с то о (Се) (Се) І в)2. Gas burner according to claim 1, which is characterized by the fact that the internal gas chamber has the shape of a hexagonal cylinder. « s to o (Se) (Se) And c) - . и? 1 (о) (о) («в) Ко) 60 б5- and? 1 (o) (o) («c) Ko) 60 b5