RU2059154C1

RU2059154C1 - Gas burner

Info

Publication number: RU2059154C1
Application number: RU93054246A
Authority: RU
Inventors: В.В. Шарихин; В.В. Степанчук; А.С. Печников; А.С. Малиновский; А.Н. Кезин; Ю.В. Гусев; М.С. Габутдинов
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: fuel combustion in combustion chambers and boiler furnaces. SUBSTANCE: chamber is provided, in addition, with facility for fuel combustion at low capacities, ratio of outer diameter of facility case to swirl chamber diameter being 0.45-0.8, ratio of facility cylindrical portion length to swirl chamber diameter, 0.6-1.5, disk deflector to burner nozzle diameter ratio, 0.5-0.75, and angle of transition from cylindrical case to burner axis, not over 30 deg. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей и котлов. The invention relates to energy and can be used to burn fuel in the furnaces of furnaces and boilers.

Известна горелка, предназначенная для сжигания газообразного топлива, разработанная Институтом Газа АН УССР. Эта горелка имеет смеситель, эжектор, сопло, футеровку сферической формы, на которой происходит горение топливо-воздушной смеси. Топливо-воздушная смесь в этих горелках готовится внутри корпуса, сгорание топлива происходит на выходе из горелки с максимальной местной теплонапряженностью топочного пространства [1]
Недостатком чашеобразных горелок является чрезмерная локальная концентрация излучения, особенно в центральной части панели, что приводит к местным перегревам продуктового змеевика.Known burner designed to burn gaseous fuels, developed by the Gas Institute of the Ukrainian SSR. This burner has a mixer, an ejector, a nozzle, a spherical lining, on which the combustion of the fuel-air mixture takes place. The fuel-air mixture in these burners is prepared inside the housing, the combustion of fuel occurs at the outlet of the burner with the maximum local heat stress of the furnace space [1]
The disadvantage of cup-shaped burners is an excessive local concentration of radiation, especially in the central part of the panel, which leads to local overheating of the food coil.

Эти недостатки устранены в центробежных горелках с настилом пламени на гладкую излучающую поверхность топки. These disadvantages are eliminated in centrifugal burners with a flame deck on the smooth radiating surface of the furnace.

Наиболее близкой к предлагаемой является центробежная горелка, содержащая вихревую смесительную камеру с тороидальной выходной амбразурой, против которой установлен дисковый отражатель, завихритель с газовыми каналами в виде многозаходной спирали, сформированными внутренней поверхностью корпуса газовой горелки и прорезями на внешнем контуре завихрителя [2]
Вращающийся поток топливного газа способствует образованию зоны разрежения в центре вихревой смесительной камеры, что обеспечивает подсос части воздуха, необходимого для горения, в корпус газовой горелки, а регулировкой кольцевого зазора между тороидальной выходной амбразуpой и дисковым отражателем в зависимости от производительности обеспечивается оптимальный расход воздуха, топливо-воздушная смесь на выходе из сопла под действием центробежной силы разворачивается в плоский горящий ореол пламени, равномерно настилающийся на излучающую поверхность.Closest to the proposed one is a centrifugal burner containing a vortex mixing chamber with a toroidal outlet embrasure, against which a disk reflector, a swirler with gas channels in the form of a multi-helix, formed by the inner surface of the gas burner body and slots on the outer contour of the swirl are installed [2]
The rotating flow of fuel gas contributes to the formation of a rarefaction zone in the center of the vortex mixing chamber, which ensures the suction of part of the air necessary for combustion into the gas burner body, and by adjusting the annular gap between the toroidal outlet embrasure and the disk reflector, depending on the performance, optimal air consumption is provided, fuel - the air mixture at the exit of the nozzle under the action of centrifugal force unfolds in a flat burning halo of flame, evenly resting on the beam ayuschuyu surface.

Недостатком этой газовой горелки является появление объемного горения топливо-воздушной смеси при малых производительностях по топливному газу, когда из-за недостатка центробежной силы горящий факел имеет аксиальное направление, в частности при разогреве кладки, в период пуска и останова печи, при выжиге кокса в продуктовом змеевике и т.д. что приводит к нарушению теплового режима в топке и снижению эффективности ее работы. The disadvantage of this gas burner is the appearance of volumetric combustion of the fuel-air mixture at low fuel gas capacities, when, due to the lack of centrifugal force, the burning torch has an axial direction, in particular when masonry is heated, during the start-up and shutdown of the furnace, when coke is burned in the grocery coil, etc. which leads to a violation of the thermal regime in the furnace and a decrease in the efficiency of its operation.

Задачей изобретения является
повышение эффективности сжигания газообразного топлива в широком диапазоне производительности;
равномерное распределение топливо-воздушной смеси на излучающей кладке топки печи во всех режимах работы в период пуска и останова, при выжиге кокса, в эксплуатационном режиме;
улучшение эксплуатации материальной части печных агрегатов сырьевых змеевиков, подвесок и т.д.The objective of the invention is
increasing the efficiency of burning gaseous fuels in a wide range of performance;
uniform distribution of the fuel-air mixture on the radiating masonry of the furnace furnace in all operating modes during start-up and shutdown, during coke burning, in the operating mode;
improving the operation of the material part of the furnace assemblies of raw material coils, pendants, etc.

Предлагаемая газовая горелка имеет следующие отличительные признаки:
размещение в дисковом отражателе устройства для сжигания топлива при малых производительностях с разворотом факела на 180^о;
установление отношения внешнего диаметра цилиндрической части устройства для сжигания топлива к диаметру вихревой камеры равным d/D 0,45-0,8;
установление отношения длины цилиндрической части устройства для сжигания топливного газа, входящей в вихревую камеру, к диаметру вихревой камеры равным l/D 0,6-1,5;
установление отношения диаметра дискового отражателя к диаметру сопла горелки равным D₁/D₂ 0,5-0,75;
установление угла перехода от внутреннего цилиндра к оси газовой горелки α на более 30^о.The proposed gas burner has the following distinctive features:
placing the reflector in a disk apparatus for burning fuel at low production rates with a turn ^of the torch 180;
establishing the ratio of the outer diameter of the cylindrical part of the device for burning fuel to the diameter of the vortex chamber equal to d / D 0.45-0.8;
establishing the ratio of the length of the cylindrical part of the device for burning fuel gas entering the vortex chamber to the diameter of the vortex chamber equal to l / D 0.6-1.5;
establishing the ratio of the diameter of the disk reflector to the diameter of the nozzle of the burner equal to D ₁ / D ₂ 0.5-0.75;
establishing the angle of transition from the inner cylinder to the axis of the gas burner α by more than 30 ^about .

На чертеже показана газовая горелка, продольный разрез. The drawing shows a gas burner, a longitudinal section.

Горелка содержит корпус 1, внутри которого расположена вихревая смесительная камера 2, заканчивающаяся тороидальной выходной амбразурой 3, против которой соосно установлен дисковый отражатель 4, завихритель с газовыми каналами 5; внутри смесительной камеры установлено устройство для сжигания топлива при малых производительностях, содержащее газовую трубу 6, корпус 7, внутри которого расположены газовые каналы 8 для топлива; устройство для сжигания топлива крепится на скобе 8. The burner contains a housing 1, inside which there is a vortex mixing chamber 2, ending with a toroidal outlet embrasure 3, against which a disk reflector 4, a swirler with gas channels 5 are coaxially mounted; inside the mixing chamber, a device for burning fuel at low capacities is installed, comprising a gas pipe 6, a housing 7, inside which gas channels 8 for fuel are located; the device for burning fuel is attached to the bracket 8.

Газовая горелка работает следующим образом. Gas burner operates as follows.

Топливный газ по газовой трубе 6 поступает в газовые каналы 8 устройства для сжигания топлива при малых производительностях; закрученный поток выходит на отражатель 4, разворачивается в плоский диск, перемешивается с воздухом и горит в режиме настильного пламени. Подача топлива в корпус 7 обеспечивает стабильную работу печи на малых производительностях по топливному газу, что необходимо для обеспечения режимов пуска печи, выжига кокса и т.д. когда нужно подать в печь 10-30% топливного газа от оптимального при сохранении настильного горения без всплесков пламени и объемного горения. При выводе печи на режим топливный газ подается в патрубок 10, газовые каналы 5 и смесительную камеру 2; закрученный поток топливного газа создает разрежение по оси горелки, куда подсасывается из окружающей среды воздух, необходимый при горении топливного газа; топливо-воздушная смесь равномерным слоем по периметру вихревой смесительной камеры 2 поступает на тороидальную амбразуру 3, разворачивается в плоский диск и подается на горение. Предусмотрены возможность работы газовой горелки в эксплуатационный период без подключения устpойства для сжигания топливного газа, а также совместная их работа. Fuel gas through a gas pipe 6 enters the gas channels 8 of the device for burning fuel at low capacities; the swirling flow enters the reflector 4, unfolds into a flat disk, mixes with air and burns in the mode of flat flame. The fuel supply to the housing 7 ensures stable operation of the furnace at low fuel gas capacities, which is necessary to ensure the start-up of the furnace, coke burning, etc. when it is necessary to feed into the furnace 10-30% of the optimal fuel gas while maintaining flat burning without bursts of flame and volumetric combustion. When the furnace is switched to the mode, fuel gas is supplied to the pipe 10, gas channels 5 and the mixing chamber 2; the swirling flow of fuel gas creates a vacuum along the axis of the burner, where the air necessary for the combustion of fuel gas is drawn in from the environment; the fuel-air mixture in a uniform layer around the perimeter of the vortex mixing chamber 2 enters the toroidal embrasure 3, unfolds in a flat disk and is fed to the combustion. It is possible to operate a gas burner during the operational period without connecting a device for burning fuel gas, as well as their joint work.

Заявляемые отношения геометрических размеров элементов газовой горелки объясняются следующим образом. The claimed relationship of the geometric dimensions of the elements of the gas burner are explained as follows.

При отношении диаметров d/D > 0,8 из-за значительного сужения щели между цилиндрической частью устройства для сжигания топлива и поверхностью вихревой смесительной камеры резко возрастает сопротивление закрученному топливо-воздушному потоку, падает энергия закрутки, настильное сжигание топлива на выходе из горелки переходит в объемное. При отношении диаметров d/D < 0,45 не обеспечиваются условия для размещения в смесительной камере устройства с необходимыми для топливного газа каналами, обеспечивающими подачу 10-30% топлива от номинального значения. With a diameter ratio of d / D> 0.8, due to a significant narrowing of the gap between the cylindrical part of the device for burning fuel and the surface of the vortex mixing chamber, the resistance to swirling fuel-air flow sharply increases, the swirling energy drops, flat burning of fuel at the exit of the burner goes into volumetric. When the ratio of diameters d / D <0.45, conditions are not ensured for placement in the mixing chamber of the device with the channels necessary for fuel gas, providing 10-30% of the fuel from the nominal value.

При отношении длины цилиндрической части устройства для сжигания топлива к диаметру вихревой камеры l/D > 1,5 из-за значительного сопротивления движению топливного газа с воздухом в щели длиной l резко падает центробежная сила на выходе из сопла газовой горелки, нарушается тепловой режим в топке печи. При отношении l/D <0,6 не успевает стабилизироваться закрученный топливо-воздушный поток в канале между устройством для сжигания топлива и поверхностью смесительной камеры, что проявляется в неравномерности плотности газового потока по периметру газового сопла, приводящей к местным перегревам элементов огневых нагревателей. When the ratio of the length of the cylindrical part of the device for burning fuel to the diameter of the vortex chamber l / D> 1.5 due to the significant resistance to the movement of fuel gas with air in a slit of length l, the centrifugal force at the exit of the nozzle of the gas burner drops sharply, the thermal regime in the furnace is violated ovens. When the ratio l / D <0.6, the swirling fuel-air flow in the channel between the fuel burning device and the surface of the mixing chamber does not have time to stabilize, which is manifested in the uneven density of the gas flow around the perimeter of the gas nozzle, leading to local overheating of the elements of the fire heaters.

При отношении диаметра дискового отражателя к диаметру сопла горелки более 0,75 газовый закрученный поток из устройства для сжигания топлива, попадая на настильную поверхность сопла, не успевает стабилизироваться в плоский ореол из-за малого диаметра сопла горелки; по краю сопла образуется зона завихрения, сопровождающаяся объемным сжиганием топливного газа. При отношении менее 0,5 у края сопла диаметром D₂ при малых производительностях топливного устройства для сжигания топливного газа начинается процесс горения, приводящий к обгоранию металла и выходу из строя всей газовой горелки.When the ratio of the diameter of the disk reflector to the diameter of the nozzle of the burner is more than 0.75, the gas swirling flow from the device for burning fuel, falling on the floor surface of the nozzle, does not have time to stabilize in a flat halo due to the small diameter of the nozzle of the burner; a swirl zone forms along the nozzle edge, accompanied by volumetric combustion of fuel gas. With a ratio of less than 0.5 at the edge of the nozzle with a diameter of D ₂ at low capacities of the fuel device for burning fuel gas, the combustion process begins, leading to metal burning and failure of the entire gas burner.

При угле перехода от внутреннего цилиндра топливного устройства к оси горелки α более 30^о закрученный поток топливно-воздушной смеси газовой горелки из-за значительного сопротивления в месте перехода смесительной камеры к топливному устройству встречает большое сопротивление, образуются вихревые потоки, приводящие к нарушению аэродинамики на выходе из сопла и, как следствие, всего теплового режима горелки.At an angle transition meets a large resistance from inner cylinder fuel unit to the burner axis α of more than 30 ^{on the} swirling flow of fuel-air gas burner mixture because of significant resistance at the junction of the mixing chamber to the fuel apparatus are formed vortex flows, resulting in disruption of the aerodynamics at the output from the nozzle and, as a result, the entire thermal regime of the burner.

Claims

A GAS BURNER containing a vortex mixing chamber located in the housing with a toroidal outlet embrasure, as well as a disk reflector, characterized in that a device for burning fuel at low capacities with a cylindrical and conical sections is installed in the mixing chamber, the ratio of the external diameter and length of the cylindrical section of the device for fuel combustion, the diameter of the vortex mixing chamber, respectively, is 0.45 0.8 and 0.6 1.5, the ratio of the diameter of the disk reflector to the external ametru toroidal output embrasures 0.75 is 0.5, and the inclination angle conical portion forming apparatus for burning fuel to the burner axis is not more than 30 ^o.