RU2624676C1

RU2624676C1 - Recuperative burner

Info

Publication number: RU2624676C1
Application number: RU2016118142A
Authority: RU
Inventors: Юрий Леонидович Леухин; Евгений Владимирович Панкратов
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-07-05

Abstract

FIELD: heating system.

SUBSTANCE: recuperative burner comprises a casing enclosed in a casing to form a smoke channel with a twist generator and a tangential air supply pipe installed in a casing with an annular clearance, a combustion chamber with gas nozzles in the inlet section and equipped with an exit nozzle and a swirler. The case of the recuperative burner is made in the form of a truncated cone tapering towards the exit nozzle.

EFFECT: intensification of heat transfer in the most thermally stressed sections of the combustion chamber and the burner housing near its outlet nozzle will allow the effective cooling by a swirling air flow, reducing the maximum temperatures and increase the operational reliability of the recuperative burner.

3 dwg

Description

Изобретение относится к системам отопления газовых печей нагрева металла и может быть использовано в нагревательных и термических печах.The invention relates to heating systems for gas metal heating furnaces and can be used in heating and thermal furnaces.

Известна рекуперативная высокоскоростная газовая горелка, содержащая корпус с тангенциально установленным патрубком воздуха и расположенную по его оси с образованием кольцевого канала камеру сгорания. Камера сгорания имеет выходное сопло и размещенные в ее фронтовой стенке газовые сопла. Рекуператор горелки - кольцевой канал между корпусом и камерой сгорания, сообщается с объемом камеры сгорания при помощи тангенциально направленных отверстий, расположенных около выходного сопла (патент Франции №2236394, МПК F23R 1/08, 1975 г.) - аналог.A recuperative high-speed gas burner is known, comprising a housing with a tangentially mounted air nozzle and located on its axis with the formation of an annular channel of the combustion chamber. The combustion chamber has an outlet nozzle and gas nozzles located in its front wall. Burner recuperator - an annular channel between the housing and the combustion chamber, communicates with the volume of the combustion chamber using tangentially directed holes located near the outlet nozzle (French patent No. 2236394, IPC F23R 1/08, 1975) - analogue.

Недостатком данной рекуперативной горелки является ее низкая эксплуатационная надежность, вызванная слабой интенсивностью охлаждения воздушным потоком стен камеры сгорания и корпуса горелки, что приводит к их перегреву и разрушению, особенно вблизи выходного сопла горелки.The disadvantage of this regenerative burner is its low operational reliability, caused by the low cooling rate of the walls of the combustion chamber and the burner body by the air flow, which leads to their overheating and destruction, especially near the burner outlet nozzle.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является рекуперативная горелка, содержащая цилиндрический корпус с подводящим воздух узлом, выполненным в виде циклонной камеры, и расположенную по оси корпуса с образованием кольцевого зазора камеру сгорания. Со стороны камеры сгорания имеется выходное сопло и размещенные в ее фронтовой стенке газовые сопла. Кольцевой зазор между корпусом и камерой сгорания сообщается с камерой сгорания через полость, в которой установлен завихритель, и кольцевую щель между выходным соплом и боковой стенкой камеры сгорания (а.с. 1171644, СССР, МПК F23D 14/00, 1985 г.) - прототип.Closest to the technical nature of the present invention is a regenerative burner containing a cylindrical body with an air supply unit made in the form of a cyclone chamber, and located on the axis of the body with the formation of an annular gap combustion chamber. On the side of the combustion chamber there is an output nozzle and gas nozzles located in its front wall. The annular gap between the housing and the combustion chamber communicates with the combustion chamber through the cavity in which the swirl is installed, and the annular gap between the outlet nozzle and the side wall of the combustion chamber (A.S. 1171644, USSR, IPC F23D 14/00, 1985) - prototype.

Недостатком данной рекуперативной горелки является ее низкая эксплуатационная надежность, вызванная тем, что интенсивность охлаждения камеры сгорания и корпуса горелки закрученным воздушным потоком в кольцевом зазоре значительно снижается по направлению от циклонной камеры к выходному соплу горелки. Это приводит к перегреву и разрушению наиболее термически напряженных участков стенки камеры сгорания и корпуса горелки, особенно вблизи ее выходного сопла.The disadvantage of this regenerative burner is its low operational reliability, due to the fact that the cooling rate of the combustion chamber and the burner body by the swirling air flow in the annular gap is significantly reduced in the direction from the cyclone chamber to the burner outlet nozzle. This leads to overheating and destruction of the most thermally stressed sections of the wall of the combustion chamber and the burner body, especially near its outlet nozzle.

Задача изобретения - повышение эксплуатационной надежности рекуперативной горелки за счет интенсификации охлаждения наиболее термически напряженных частей камеры сгорания и корпуса. Для достижения этого в рекуперативной горелке, содержащей корпус, установленную с кольцевым зазором камеру сгорания, узел подачи воздуха в виде генератора закрутки с тангенциально установленным патрубком, выходное сопло, корпус выполнен в виде усеченного конуса, сужающегося в направлении сопла.The objective of the invention is to increase the operational reliability of the regenerative burner by intensifying the cooling of the most thermally stressed parts of the combustion chamber and the housing. To achieve this, in a regenerative burner containing a housing, a combustion chamber installed with an annular gap, an air supply unit in the form of a swirl generator with a tangentially installed nozzle, the output nozzle, the housing is made in the form of a truncated cone, tapering in the direction of the nozzle.

На фиг. 1 изображена горелка, продольный разрез; на фиг. - 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показаны графики изменения по длине кольцевого зазора относительного коэффициента теплоотдачи на внешней поверхности камеры сгорания (линия 1) и внутренней поверхности корпуса горелки (линия 2), выполненного в виде усеченного сужающегося в направлении выходного сопла, при уменьшении по длине кольцевого зазора площади его поперечного сечения в два раза. На фиг. 3 используются обозначения: α_к - коэффициент теплоотдачи для случая исполнения корпуса горелки в виде сужающегося усеченного конуса, α_ц - коэффициент теплоотдачи для случая исполнения корпуса, как в прототипе, в виде цилиндра, z - продольная координата, отсчитываемая от начала кольцевого зазора по направлению к выходному соплу, d₁ и d₂ - внутренний и наружный диаметры кольцевого зазора.In FIG. 1 shows a burner, a longitudinal section; in FIG. - 2 section AA in FIG. one; in FIG. 3 shows graphs of changes in the length of the annular gap of the relative heat transfer coefficient on the outer surface of the combustion chamber (line 1) and the inner surface of the burner body (line 2), made in the form of a truncated tapering in the direction of the output nozzle, while decreasing the cross-sectional area along the length of the annular gap twice. In FIG. 3 designations are used: α _to - heat transfer coefficient for the case of the burner body in the form of a tapering truncated cone, α _c - heat transfer coefficient for the case of the body, as in the prototype, in the form of a cylinder, z - the longitudinal coordinate, measured from the beginning of the annular gap in the direction to the output nozzle, d ₁ and d ₂ - the inner and outer diameters of the annular gap.

Рекуперативная горелка содержит корпус 1 с генератором закрутки воздуха 2, патрубок подачи воздуха 3, расположенный тангенциально по отношению к внутренней поверхности генератора закрутки потока, установленную в корпусе 1 с кольцевым зазором 4 камеру сгорания 5 с газовыми соплами 6 и воздухоподводящими отверстиями 7 во входном торце и выходным соплом 8, при этом корпус 1 заключен в кожух 9 с образованием дымового канала 10 для отвода продуктов сгорания, причем корпус 1 имеет форму усеченного конуса, сужающегося от генератора закрутки воздуха 2 в сторону выходного сопла 8, а на торце камеры сгорания 5 со стороны выходного сопла 8 установлен завихритель 11, соединяющий кольцевой зазор 4 с кольцевой щелью 12.The regenerative burner comprises a housing 1 with an air swirl generator 2, an air supply nozzle 3 located tangentially with respect to the inner surface of the flow swirl generator, installed in the housing 1 with an annular gap 4, a combustion chamber 5 with gas nozzles 6 and air inlets 7 in the inlet end and an output nozzle 8, while the housing 1 is enclosed in a housing 9 with the formation of a smoke channel 10 for removal of combustion products, and the housing 1 has the shape of a truncated cone, tapering from the air swirl generator 2 towards the outlet nozzle 8 and on the combustion chamber 5 from the end 8 of the outlet nozzle swirler 11 is mounted, connecting annular gap 4 with an annular gap 12.

Горелка работает следующим образом.The burner operates as follows.

Через газовые сопла 6 газ направляется в камеру сгорания 5. Воздух к горелке подводится через патрубок 3 тангенциально внутренней поверхности генератора закрутки 2, закручивается и разделяется на два потока, один из которых - первичный воздух - направляется к воздушным соплам 7 и через них в камеру сгорания 5, а второй - основной поток - проходит кольцевой воздушный зазор 4, закручивается в завихрителе 11, поворачивается на 180° и через кольцевую щель 12 направляется в камеру сгорания.Through the gas nozzles 6, gas is directed to the combustion chamber 5. Air is supplied to the burner through the nozzle 3 of the tangentially inner surface of the swirl generator 2, is twisted and divided into two streams, one of which is primary air, which is directed to the air nozzles 7 and through them to the combustion chamber 5, and the second — the main stream — passes through the annular air gap 4, twists in the swirler 11, rotates through 180 °, and goes through the annular gap 12 into the combustion chamber.

Отработанные продукты сгорания за счет инжекции струи, выходящей из сопла 8, и разрежения во внешнем дымовом канале поступают в дымовой канал 10, нагревая воздух, идущий на горение, через стенку корпуса 1.The exhaust products of combustion due to the injection of the jet exiting the nozzle 8 and the vacuum in the external smoke channel enter the smoke channel 10, heating the combustion air through the wall of the housing 1.

В соответствии с представленными на фиг. 3 графиками при выполнении корпуса горелки в виде сужающегося в направлении сопла усеченного конуса коэффициенты теплоотдачи на обеих поверхностях кольцевого зазора увеличиваются в этом же направлении, по сравнению с прототипом, из-за возрастания скорости закрученного воздушного потока при его движении от генератора закрутки к выходному соплу. Причем теплоотдача на внутренней поверхности кольцевого зазора - стенке камеры сгорания, наиболее термически напряженной поверхности, увеличивается более интенсивно (линия 1), чем на внешней поверхности - корпусе горелки (линия 2). Тем не менее, вблизи выходного сопла увеличение теплоотдачи на стенке корпуса составляет примерно 28%, а на стенке камеры сгорания примерно 65%.In accordance with FIG. 3 graphs when performing the burner body in the form of a truncated cone tapering in the direction of the nozzle, the heat transfer coefficients on both surfaces of the annular gap increase in the same direction, compared with the prototype, due to the increase in the speed of the swirling air flow when it moves from the swirl generator to the output nozzle. Moreover, the heat transfer on the inner surface of the annular gap - the wall of the combustion chamber, the most thermally stressed surface, increases more intensively (line 1) than on the outer surface - the burner body (line 2). However, near the exit nozzle, the increase in heat transfer on the wall of the casing is approximately 28%, and on the wall of the combustion chamber approximately 65%.

Представленные результаты получены при численном моделировании аэродинамики и теплоотдачи на поверхностях кольцевого зазора, причем для прототипа расчеты протестированы на опытных данных и хорошо с ними согласуются (Леухин Ю.Л., Сабуров Э.Н. Исследование аэродинамики и теплоотдачи в кольцевых каналах циклонных рекуператоров. Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. №1(12), 2013. - С. 123-129).The presented results were obtained by numerical modeling of aerodynamics and heat transfer on the surfaces of the annular gap, and for the prototype, the calculations were tested on experimental data and are in good agreement with them (Leukhin Yu.L., Saburov E.N. Study of aerodynamics and heat transfer in the annular channels of cyclone heat exchangers. science: research, ideas, results, technologies. No. 1 (12), 2013. - P. 123-129).

Значительное увеличение коэффициентов теплоотдачи на наиболее термически напряженных участках камеры сгорания и корпуса горелки, особенно вблизи ее выходного сопла, позволит, за счет более эффективного охлаждения их закрученным потоком воздуха, существенно снизить их максимальные температуры и, следовательно, повысить эксплуатационную надежность рекуперативной горелки.A significant increase in heat transfer coefficients in the most thermally stressed sections of the combustion chamber and the burner body, especially near its outlet nozzle, will allow, due to more efficient cooling with a swirling air stream, to significantly reduce their maximum temperatures and, therefore, increase the operational reliability of the regenerative burner.

Claims

A regenerative burner comprising a housing enclosed in a casing with the formation of a smoke channel with a swirl generator and a tangential air supply pipe, a combustion chamber with gas nozzles in the inlet section and an outlet nozzle and a swirler installed in the housing with an annular gap, characterized in that the burner housing is made in in the form of a truncated cone, tapering in the direction of the outlet nozzle.