RU2396488C1

RU2396488C1 - Burner for gas burning

Info

Publication number: RU2396488C1
Application number: RU2009112151/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Таймаров (RU); Валерий Михайлович Таймаров; Михаил Александрович Таймаров (RU); Михаил Александрович Таймаров
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: burner for gas burning comprises cylindrical vessel, stabiliser, gas swirler, besides cylindrical vessel is equipped with controlled gate for air supply, and at other side of vessel there is a stabiliser installed along axis with pipe of gas supply, and secondary air swirler blades are rigidly fixed on external cylindrical surface of stabiliser, in inner cavity there is injector installed coaxially and rigidly fixed near end of air and gas supply, and on its outer surface there are blades of gas swirler fixed, and on inner side there is a plate swirler of primary air fixed with two twist flows, besides blades of gas swirlers and secondary air swirlers and plate swirler of primary air have the same twisting direction, and gas swirlers and secondary air swirlers also have equal number of rigidly fixed and axially arranged blades. ^ EFFECT: improved quality of fuel burning by improved arrangement for mixing of fuel gas, primary and secondary air jets. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии сжигания газообразного топлива в топках котлов и печах.The invention relates to a technology for burning gaseous fuels in boiler furnaces and furnaces.

Известна горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая корпус, отражатель, инжектор и регулятор подачи воздуха (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.156). В этой горелке топливный газ поступает в инжектор, на выходе из которого за счет высокой скорости газа к газовой струе подсасывается воздух и далее вся газовоздушная смесь за счет отражателя поворачивается под углом 90° к оси горелки и к смеси подсасывается вторичный воздух, поступающий через отверстия в корпусе горелки.Known burner for burning gaseous fuels, containing a housing, a reflector, an injector and an air supply regulator (N.R. Entus, V.V. Sharikhin. Gas burners of tube furnaces. - M.: TsNIITEneftekhim, 1984, p.156). In this burner, fuel gas enters the injector, at the outlet of which, due to the high gas velocity, air is sucked into the gas stream and then the whole gas-air mixture is turned at an angle of 90 ° to the axis of the burner due to the reflector and secondary air is sucked into the mixture through the openings burner housing.

Известна горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая корпус, отражатель с завихрителем, инжектор и регулятор подачи воздуха (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.160). В этой горелке топливный газ поступает в инжектор, в который также к газовой струе подсасывается воздух, происходит смешение в цилиндрическом канале и далее вся газовоздушная смесь поступает на завихритель, совмещенный с отражателем, за счет которого смесь поворачивается на угол 90° к оси горелки, и в этот момент к смеси подсасывается вторичный воздух, поступающий через отверстия в корпусе горелки.Known burner for burning gaseous fuels, containing a housing, a reflector with a swirl, an injector and an air supply regulator (N.R. Entus, V.V. Sharikhin. Gas burners of tube furnaces. - M .: TSNIITEneftekhim, 1984, p.160). In this burner, fuel gas enters the injector, into which air is also sucked into the gas stream, mixing occurs in a cylindrical channel, and then the entire air-gas mixture enters a swirl combined with a reflector, due to which the mixture rotates 90 ° to the axis of the burner, and at this moment secondary air is sucked into the mixture through the openings in the burner body.

Недостатками известных горелок является следующее.The disadvantages of the known burners is the following.

1. Прогорание отражателя из-за прямого контакта с факелом при длительной работе в процессе эксплуатации, в результате чего горелка преждевременно выходит из строя.1. The burnout of the reflector due to direct contact with the torch during prolonged operation during operation, as a result of which the burner prematurely fails.

2. Закоксовывание зазора между отражателем и корпусом при эксплуатации в результате плохого перемешивания газа и воздуха, плохой очистки газа, а также при переменных режимах работы горелки при пуске и останове.2. Coking of the gap between the reflector and the housing during operation as a result of poor mixing of gas and air, poor gas purification, as well as with variable burner operating conditions during start-up and shutdown.

3. Недостаточная полнота сгорания топлива в факеле из-за плохого перемешивания газа с воздухом, так как смешение струй воздуха и газа идет в одной плоскости.3. The lack of completeness of fuel combustion in the flare due to poor mixing of gas with air, since the mixing of jets of air and gas is in the same plane.

4. Необходимость демонтажа горелки для регулирования зазора между отражателем и корпусом с целью изменения диаметра факела.4. The need for dismantling the burner to regulate the gap between the reflector and the housing in order to change the diameter of the flame.

5. Малая площадь поверхности обогрева печного пространства из-за незначительного диаметра раскрытия факела, так как теряется скорость газовоздушной смеси при столкновении ее с отражателем.5. Small surface area of the heating of the furnace space due to the insignificant diameter of the flare opening, since the velocity of the gas-air mixture is lost when it collides with the reflector.

6. Малые пределы регулирования тепловой мощности горелки, так как на всех режимах требуется повышенное давление газа из-за большого аэродинамического сопротивления сопла, которое подсасывает воздух.6. Small limits for regulating the thermal power of the burner, since in all modes an increased gas pressure is required due to the large aerodynamic resistance of the nozzle, which draws in air.

Более близкой к заявляемому изобретению является горелка для сжигания газообразного топлива, содержащая цилиндрический корпус, отражатель, стабилизатор, тангенциальный завихритель газа и регулятор зазора между отражателем и корпусом (Н.Р.Ентус, В.В.Шарихин. Газовые горелки трубчатых печей. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с.175 - прототип).Closer to the claimed invention is a burner for burning gaseous fuels, comprising a cylindrical body, a reflector, a stabilizer, a tangential gas swirl and a regulator of the gap between the reflector and the body (N.R. Entus, V.V. Sharikhin. Gas burners of tube furnaces. - M .: TsNIITEneftekhim, 1984, p.175 - prototype).

В горелке газ проходит через тангенциальный завихритель, после которого, на выходе к нему, подсасывается первичный воздух. Далее газовоздушная смесь подается на отражатель, который изменяет на 90° к оси горелки направление движения газовоздушной смеси. Угол разворота фиксируется стабилизатором, после которого в топливную смесь поступает вторичный воздух. Зазор между отражателем и корпусом регулируется с помощью винта, перемещающего отражатель по оси горелки.In the burner, the gas passes through a tangential swirl, after which, at the outlet to it, primary air is sucked in. Next, the gas-air mixture is fed to the reflector, which changes 90 ° to the axis of the burner the direction of movement of the gas-air mixture. The turning angle is fixed by the stabilizer, after which secondary air enters the fuel mixture. The gap between the reflector and the housing is adjusted using a screw that moves the reflector along the axis of the burner.

Недостатками известной горелки является следующее.The disadvantages of the known burner is the following.

1. Прогорание отражателя из-за прямого контакта с факелом при длительной работе в процессе эксплуатации в результате чего горелка преждевременно выходит из строя.1. The burnout of the reflector due to direct contact with the torch during prolonged operation during operation, as a result of which the burner prematurely fails.

2. Закоксовывание зазора между отражателем и корпусом при эксплуатации в результате провисания отражателя на штоке из-за нагрева и, как следствие, неравномерного зазора, плохой очистки газа, а также при переменных режимах работы горелки при пуске и останове.2. Coking of the gap between the reflector and the housing during operation as a result of the reflector sagging on the rod due to heating and, as a result, uneven clearance, poor gas cleaning, as well as during variable burner operation during start-up and shutdown.

3. Недостаточная полнота сгорания топлива в факеле на низких расходах газа из-за плохого перемешивания газа с воздухом.3. The insufficient completeness of fuel combustion in the flare at low gas flow rates due to poor mixing of gas with air.

4. При пуске горелки в работу необходимо ручное регулирование зазора между отражателем и корпусом для определения условий экономичного сжигания газа, так как горелка при малых расходах обладает возможностью саморегулирования, то есть зазор между корпусом горелки и отражателем может быть слишком большим или слишком малым по отношению к количеству горючей смеси. В первом случае факел не развертывается по поверхности стабилизатора и горит коптящим желтым пламенем, во втором случае - возможен отрыв факела от стабилизатора. Все это ведет к перерасходу газа.4. When starting up the burner, it is necessary to manually adjust the gap between the reflector and the casing to determine the conditions for economical gas combustion, since the burner has the ability to self-regulate at low flow rates, that is, the gap between the burner casing and the reflector may be too large or too small with respect to amount of combustible mixture. In the first case, the torch does not expand on the surface of the stabilizer and burns with a smoky yellow flame, in the second case, the torch can detach from the stabilizer. All this leads to an excessive consumption of gas.

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества сжигания топлива путем улучшения организации смешения струй топливного газа, первичного и вторичного воздуха.The task of the invention is to improve the quality of fuel combustion by improving the organization of mixing jets of fuel gas, primary and secondary air.

Технический результат достигается тем, что в горелке для сжигания газа, содержащей цилиндрический корпус, стабилизатор, завихритель газа, цилиндрический корпус снабжен регулируемым шибером для подачи воздуха, а с другой стороны корпуса по оси установлен стабилизатор с трубой подачи газа, на наружной поверхности которого жестко закреплены лопатки завихрителя вторичного воздуха, во внутренней полости соосно размещен и жестко закреплен у торца подачи воздуха и газа, инжектор, на наружной поверхности которого закреплены лопатки завихрителя газа, а с внутренней стороны - пластинчатый завихритель первичного воздуха с двумя потоками крутки, причем лопатки завихрителей газа, первичного и вторичного воздуха имеют одинаковое направление крутки, а завихрители газа и вторичного воздуха имеют еще и равное количество жестко закрепленных, аксиально расположенных лопаток.The technical result is achieved by the fact that in the burner for burning gas containing a cylindrical body, a stabilizer, a gas swirl, the cylindrical body is equipped with an adjustable gate for supplying air, and on the other side of the body there is an axial stabilizer with a gas supply pipe, on the outer surface of which is rigidly fixed blades of a swirl of secondary air, coaxially placed in the inner cavity and rigidly fixed at the end of the air and gas supply, the injector, on the outer surface of which the blades are fixed for gas, and on the inside, a lamellar swirl of primary air with two twist streams, the blades of swirls of gas, primary and secondary air have the same direction of twist, and the swirls of gas and secondary air also have an equal number of rigidly fixed, axially arranged blades.

Заявляемая горелка представлена на чертеже.The inventive burner is shown in the drawing.

Горелка для сжигания газа содержит цилиндрический корпус 1, с одной стороны которого установлена съемная крышка 2 воздушного шибера с пружинными винтовыми регуляторами 3 величины открытия заслонки 4 шибера, с другой стороны - по оси смонтирован стабилизатор 5, имеющий форму полого цилиндра с одного конца которого закреплен диск. На наружной поверхности цилиндра стабилизатора 5 равномерно по окружности жестко закреплены аксиально расположенные лопатки 6 и труба 7 топливного газа. Внутри стабилизатора у торца, со стороны трубы 7 топливного газа, закреплен инжектор 8, имеющий равномерно расположенные по окружности лопатки 9, являющиеся завихрителем топливного газа, которые предназначены для закручивания топливного газа в высокоскоростной жгут. Внутри инжектора 8 закреплен пластинчатый аксиальный завихритель 10 для закручивания первичного воздуха.The gas burner contains a cylindrical housing 1, on one side of which a removable cover 2 of the air gate with spring screw regulators 3 of the opening value of the gate 4 of the gate is installed, on the other hand, an stabilizer 5 is mounted on the axis, having the form of a hollow cylinder with a disk fixed to one end . On the outer surface of the cylinder of the stabilizer 5, axially located blades 6 and the fuel gas pipe 7 are rigidly fixed uniformly around the circumference. Inside the stabilizer at the end, on the side of the fuel gas pipe 7, an injector 8 is fixed, having blades 9 uniformly spaced around the circumference, which are a fuel gas swirler, which are designed to twist the fuel gas into a high-speed bundle. A plate axial swirler 10 is fixed inside the injector 8 for swirling the primary air.

Заявляемая горелка работает следующим образом.The inventive burner operates as follows.

Горелка в сборе устанавливается в заранее подготовленное посадочное место в топку плотно по цилидрической поверхности корпуса 1, так чтобы торцевая поверхность корпуса 1, обращенная к дисковой поверхности стабилизатора, была заподлицо с внутренней поверхностью стенки топки. Топливный газ подается через трубу 7 под давлением на лопатки 9, на которых закручивается в жгут и при выходе прижимается, за счет центробежных сил, к внутренней цилиндрической поверхности корпуса стабилизатора 5. Внутри жгута образуется разрежение, и вследствие этого в газовый жгут подсасываются струи первичного воздуха, закрученные в завихрителе первичного воздуха 10 с направлением крутки, совпадающим с направлением крутки топливного газа. Количество необходимого для горения первичного воздуха саморегулируется путем подсоса за счет скорости выхода топливного газа после лопаток 9. Первичный воздух поступает в щелевой зазор между крышкой шибера 2 и заслонкой шибера 4. Подсасывание вызывает интенсивное перемешивание струй первичного воздуха и топливного газа. За счет центробежных сил газовоздушная смесь на выходе из внутренней полости стабилизатора 5 развертывается в плоскую газовоздушную струю, перпендикулярную оси горелки. К этой струе на кромке тыльной стороны диска стабилизатора подсасывается закрученный лопатками завихрителя 6 вторичный воздух, количество которого регулируется путем изменения зазора между крышкой шибера 2 заслонкой 4 при помощи пружинного регулятора 3.The burner assembly is installed in a pre-prepared seat in the furnace tightly along the cylindrical surface of the housing 1, so that the end surface of the housing 1 facing the disk surface of the stabilizer is flush with the inner surface of the furnace wall. Fuel gas is supplied through the pipe 7 under pressure to the blades 9, on which it is twisted into a bundle and, upon exit, is pressed, due to centrifugal forces, to the inner cylindrical surface of the stabilizer body 5. Inside the bundle, a vacuum is formed, and as a result, jets of primary air are sucked into the gas bundle twisted in a swirl of primary air 10 with a direction of rotation coinciding with the direction of rotation of the fuel gas. The amount of primary air required for combustion is self-regulating by suction due to the rate of fuel gas exit after the blades 9. The primary air enters the slotted gap between the gate cover 2 and the gate valve 4. Suction causes intensive mixing of the jets of primary air and fuel gas. Due to centrifugal forces, the gas-air mixture at the outlet of the internal cavity of the stabilizer 5 is deployed in a flat gas-air jet perpendicular to the axis of the burner. Secondary air swirled by the blades of the swirler 6 is sucked to this jet at the edge of the back side of the stabilizer disk 6, the amount of which is regulated by changing the gap between the gate cover 2 of the shutter 4 using a spring regulator 3.

При поджигании газовоздушной струи топливный газ в струе сгорает, образуя плоский (толщиной не более 100 мм) факел большого диаметра (до 3 м), параллельный внутренней стенке топки, но перепендикулярный оси горелки.When a gas-air stream is ignited, the fuel gas in the stream burns, forming a flat (no more than 100 mm thick) torch of large diameter (up to 3 m) parallel to the inner wall of the furnace, but perpendicular to the axis of the burner.

Пример работы конкретного устройства.An example of a specific device.

Топливный газ с теплотой сгорания 8080 ккал/м³ подается через трубу 7 под давлением 300 кПа в инжектор 8, проходя через четыре лопатки 9, он закручивается в жгут из 4-х струй с правой круткой и при выходе прижимается, за счет центробежных сил, к внутренней цилиндрической поверхности корпуса стабилизатора 5, имеющего диаметр диска стабилизатора 80 мм. Внутри жгута образуется разрежение, и вследствие этого в газовый жгут подсасываются струи первичного воздуха, закрученные правой круткой. Это вызывает интенсивное перемешивание первичного воздуха и топливного газа. За счет центробежных сил газовоздушная смесь на выходе из внутренней полости стабилизатора 5 развертывается в плоскую газовоздушную струю. К этой струе на кромке тыльной стороны диска стабилизатора 5 подается закрученный правой круткой вторичный воздух и тем самым достигается оптимальная газовоздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха 1,03. Смесь при поджиге с помощью запальника загорается, образуя факел из продуктов сгорания, высокотемпературная зона которого расположена на расстоянии 50 мм от внутренней стенки топки. При расходе топливного газа 30 им³/ч диаметр факела 1,3 м при средней толщине 60 мм.Fuel gas with a calorific value of 8080 kcal / m ³ is supplied through a pipe 7 under a pressure of 300 kPa to an injector 8, passing through four blades 9, it is twisted into a bundle of 4 jets with a right twist and, when exiting, is pressed due to centrifugal forces, to the inner cylindrical surface of the stabilizer body 5, having a stabilizer disk diameter of 80 mm Inside the bundle, a vacuum forms, and as a result, jets of primary air, twisted by the right twist, are sucked into the gas bundle. This causes vigorous mixing of the primary air and fuel gas. Due to centrifugal forces, the gas-air mixture at the outlet from the inner cavity of the stabilizer 5 is deployed in a flat gas-air stream. To this jet, at the edge of the rear side of the stabilizer disk 5, secondary air swirled with the right twist is supplied, thereby achieving the optimal gas-air mixture with an excess air coefficient of 1.03. During ignition, the mixture ignites with the help of an igniter, forming a torch of combustion products, the high-temperature zone of which is located at a distance of 50 mm from the inner wall of the furnace. With a fuel gas flow rate of 30 im ³ / h, a flame diameter of 1.3 m with an average thickness of 60 mm.

Claims

A gas burning burner comprising a cylindrical housing, a stabilizer, a gas swirl, characterized in that the cylindrical housing is equipped with an adjustable gate for supplying air, and on the other side of the housing, an stabilizer with a gas supply pipe is installed on the axis of the rotor, the swirl blades are rigidly fixed on its outer cylindrical surface secondary air in the inner cavity coaxially placed and rigidly fixed at the end of the air and gas supply injector, on the outer surface of which the blades of the gas swirl are fixed, and on the inside there is a lamellar primary air swirl with two twist streams, with the blades of gas and secondary air swirlers and the lamellar primary air swirl having the same direction of rotation, and gas and secondary air swirls have an equal number of axially arranged rigidly fixed blades.