RU2319897C1

RU2319897C1 - Gas burner

Info

Publication number: RU2319897C1
Application number: RU2006122681/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Иванов (RU); Николай Николаевич Иванов; ршинов Валентин Владимирович Бо (RU); Валентин Владимирович Бояршинов; Виталий Николаевич Крылов (RU); Виталий Николаевич Крылов; Алексей Владимирович Ница (RU); Алексей Владимирович Ница; Андрей Юрьевич Шебанов (RU); Андрей Юрьевич Шебанов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество Научно-Техническое Инновационное Предприятие "Эмитекс"
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-03-20

Abstract

FIELD: metallurgy industry, applicable for drying and heating of casting ladles.

SUBSTANCE: the claimed gas burner has an inner gas-air ejector with a header, nozzles for supply of natural gas, mixing chamber, inlet and outlet diffusers, flame stabilizer, the burner is made in the form of two coaxially positioned ejectors-an inner cylindrical gas-air ejector and an outer annular air ejector. The flame stabilizer and the posts fastening it of the inner cylindrical gas-air ejector, as well as the exterior and interior surfaces of the outlet diffuser at length L=D_a, where D_a- the diameter of the diffuser outlet section, are subjected plasma spraying by refractory metal, for example, aluminum oxide.

EFFECT: enhanced efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в металлургической промышленности, например, для сушки и нагрева сталеразливочных ковшей.The invention can be used in the metallurgical industry, for example, for drying and heating steel casting ladles.

Известно многоствольное эжекторное горелочное устройство для сжигания природного газа ОАО "СЕВЕРСТАЛЬ", (г.Череповец), которое много лет успешно работает на этом предприятии [1]. К настоящему времени данное горелочное устройство наработало около 14000 часов без замечаний и ремонта. Горелочное устройство ОАО "СЕВЕРСТАЛЬ" представляет собой многоствольный газовоздушный эжектор и включает в себя форсунки для подачи природного газа, камеру смешения, входной и выходной диффузоры, кольцевой блок дополнительного подвода окислителя - воздуха и/или технического кислорода, стабилизатора пламени. Конструкция этого эжекторного горелочного устройства принимается в качестве прототипа.Known multi-barrel ejector burner for burning natural gas OJSC "SEVERSTAL", (Cherepovets), which for many years successfully works at this enterprise [1]. To date, this burner has been operating for about 14,000 hours without comment or repair. The burner device of Severstal OJSC is a multi-barrel air-gas ejector and includes nozzles for supplying natural gas, a mixing chamber, inlet and outlet diffusers, an annular block of an additional supply of oxidizing agent - air and / or technical oxygen, and a flame stabilizer. The design of this ejector burner device is adopted as a prototype.

Работает горелочное устройство-прототип следующим образом.The burner prototype works as follows.

Сначала с помощью регулирующей и запорной арматуры на входе подводящего газопровода к горелочному устройству задается требуемое давление природного газа (примерно, 0,2 МПа), при котором обеспечивается истечение газа со звуковой (или небольшой сверхзвуковой) скоростью в камеру смешения. При таком истечении струй во входном сечении этой камеры устанавливается статическое давление меньше полного давления внешней среды. Под действием разности давлений атмосферный воздух поступает во входной диффузор и далее в камеру смешения. В этой камере происходит его турбулентное смешение со струями природного газа и образование гомогенной горючей газовоздушной смеси (стехиометрического или иного потребного состава). Полученная смесь через выходной диффузор, обтекая стабилизатор пламени, истекает в конкретный рабочий объем, где и сгорает в виде турбулентного факела пламени. С помощью теплоты, дозируемой по количеству и времени, которая образуется при горении этого факела, производится сушка и/или нагрев сталеразливочного ковша. Как показали прямые промышленные натурные эксперименты, на горелочном устройстве-прототипе стабильно достигается диапазон регулирования горелки по тепловой мощности от Q_н=1 МВт до Q_к=4 МВт, т.е. коэффициент регулирования n=Q_к/Q_н=4.First, using the control and shut-off valves at the inlet of the gas supply pipe to the burner device, the required natural gas pressure (approximately 0.2 MPa) is set, at which the gas flows with sound (or small supersonic) velocity into the mixing chamber. With this outflow of jets in the inlet section of this chamber, a static pressure is established less than the total pressure of the external environment. Under the influence of the pressure difference, atmospheric air enters the inlet diffuser and then into the mixing chamber. In this chamber, it undergoes turbulent mixing with jets of natural gas and the formation of a homogeneous combustible gas-air mixture (stoichiometric or other required composition). The resulting mixture through the output diffuser, flowing around the flame stabilizer, expires in a specific working volume, where it burns out in the form of a turbulent flame. With the help of heat, dosed by the amount and time that is formed during the combustion of this torch, drying and / or heating of the steel pouring ladle is carried out. As direct industrial full-scale experiments have shown, on the prototype burner, the control range of the burner in terms of thermal power from Q _n = 1 MW to Q _k = 4 MW is stably achieved coefficient of regulation n = Q _to / Q _n = 4.

Однако в настоящее время в связи с постоянно изменяющими требованиями промышленных предприятий от газовых горелок требуется более глубокий диапазон регулирования порядка n=8...10, при этом располагаемое полное давление в подводящих цеховых газопроводах на предприятиях не является большим, т.е. 0,2 МПа.However, at present, due to the constantly changing requirements of industrial enterprises, gas burners require a deeper regulation range of the order of n = 8 ... 10, while the available total pressure in the supply gas pipelines at the enterprises is not large, i.e. 0.2 MPa.

Технический результат настоящего изобретения состоит в расширении диапазона регулирования газовой горелки по температуре турбулентного факела пламени и струи продуктов его сгорания за счет смешения их с балластным воздухом, подаваемым по наружному воздушному кольцевому эжектору.The technical result of the present invention is to expand the range of regulation of the gas burner according to the temperature of the turbulent flame and the stream of products of its combustion by mixing them with ballast air supplied through an external air ring ejector.

Для достижения указанного технического результата в газовой горелке, состоящей из внутреннего газовоздушного эжектора с коллектором, форсунками для подачи природного газа в камеру смешения и входным и выходным диффузором с размещенным в нем стабилизатором пламени, согласно изобретению коаксиально внутреннему эжектору расположен наружный кольцевой воздушный эжектор с коллектором и форсунками для подачи высоконапорного воздуха и входным и выходным диффузором, а стабилизатор пламени и крепящие его стойки, а также наружная и внутренняя поверхности выходного диффузора газовоздушного эжектора на длине L=D_a, где D_a - диаметр выходного сечения диффузора, подвергнуты плазменному напылению тугоплавким материалам, например оксидом алюминия.To achieve the technical result, in a gas burner consisting of an internal gas-air ejector with a collector, nozzles for supplying natural gas to the mixing chamber and an inlet and outlet diffuser with a flame stabilizer, according to the invention, an outer ring air ejector with a collector is arranged coaxially with the internal ejector and nozzles for supplying high-pressure air and an inlet and outlet diffuser, and a flame stabilizer and racks fastening it, as well as external and internal surface of air-gas outlet of the diffuser of the ejector to the length L = D _a, where D _a - diameter of the outlet section of the diffuser, subjected to plasma spraying of refractory materials, such as alumina.

На чертеже представлен продольный разрез газовой горелки.The drawing shows a longitudinal section of a gas burner.

Горелка содержит внутренний газовоздушный эжектор 1 с коллектором 6, форсунками 5 для подачи природного газа в камеру 2 смешения и входным 7 и выходным 3 диффузором с размещенным в нем стабилизатором 4 пламени. Коаксиально внутреннему эжектору 1 расположен наружный кольцевой воздушный эжектор 8 с коллектором 12 и форсунками 11 для подачи высоконапорного воздуха и входным 13 и выходным 10 диффузором.The burner contains an internal gas-air ejector 1 with a collector 6, nozzles 5 for supplying natural gas to the mixing chamber 2 and an input 7 and output 3 diffuser with a flame stabilizer 4 located therein. Coaxial to the internal ejector 1 is an external annular air ejector 8 with a collector 12 and nozzles 11 for supplying high-pressure air and an inlet 13 and an outlet 10 diffuser.

При работе газовой горелки, смонтированной на крышке сталеразливочного ковша, после подачи природного газа заданного давления в коллектор 6 и форсунки 5 газовоздушного эжектора 1, из форсунок 5 начинают истекать со звуковой скоростью в камеру 2 смешения турбулентные струи. При этом во входном сечении камеры 2 смешения устанавливается статическое давление, меньшее полного давления внешней среды. Под действием разности давлений атмосферный воздух поступает во входной диффузор 7 и далее в камеру 2 смешения, где и происходит его смешение со струями природного газа и образование гомогенной горючей смеси. Полученная горючая газовоздушная смесь через выходной диффузор 3, обтекая стабилизатор 4 пламени, истекает в рабочий объем, например, сталеразливочного ковша, где после поджига сгорает в виде турбулентного факела пламени. Далее одновременно с подачей природного газа в газовоздушный эжектор начинает подаваться небольшой расход высоконапорного воздуха (скажем, 0,3 кг/с) в коллектор 12 и форсунки 11 наружного кольцевого воздушного эжектора 8. Истекающие из форсунок 11 со звуковой скоростью воздушные струи создают на входе кольцевой камеры 9 смешения кольцевого эжектора 8 статическое давление, меньшее полного внешней среды, т.е. атмосферного давления. Под действием разности давлений атмосферный воздух поступает во входной диффузор 13 кольцевого эжектора 8 и далее в камеру 9 смешения, где и происходит его смешение со струями высоконапорного воздуха. Образовавшийся кольцевой воздушный поток через кольцевой выходной диффузор 10 истекает наружу и образует вместе с турбулентным факелом коаксиальную высокотемпературную газовую струю в объеме, например, сталеразливочного ковша. Необходимо отметить, что перед нанесением тугоплавкого покрытия стабилизатора 4 пламени, его стойки, а также часть наружной и внутренней поверхности диффузора 1 газовой горелки необходимо подвергнуть пескоструйной обработке в специальной камере. После этой операции в другой, а именно камере плазменного напыления, на отпескоструенные узлы и поверхности газовой горелки наносят тугоплавкое покрытие - слой оксида алюминия с помощью аргоно-водородной плазмы (соотношение газов по объему соответственно 1:3, импульсное напряжение поджига дуги этой плазмы U_дуги≈30 кВ). При реализации этого процесса температура аргоно-водородной плазмы Т_пл≈2500К, температура плавления частиц оксида алюминия Т_оксид≈2303К, среднесчетный размер частиц оксида алюминия в спектре равен 50 микрометров, толщина напыляемого слоя тугоплавкого покрытия равна 0,2...0,3 мм.During operation of a gas burner mounted on the lid of a steel pouring ladle, after supplying natural gas of a given pressure to the manifold 6 and the nozzle 5 of the gas-air ejector 1, turbulent jets begin to flow out from the nozzles 5 with sound speed into the mixing chamber 2. In this case, in the inlet section of the mixing chamber 2, a static pressure is established that is less than the total pressure of the external environment. Under the influence of the pressure difference, atmospheric air enters the inlet diffuser 7 and then into the mixing chamber 2, where it mixes with jets of natural gas and the formation of a homogeneous combustible mixture. The resulting combustible gas-air mixture through the outlet diffuser 3, flowing around the flame stabilizer 4, flows into the working volume, for example, of a steel-pouring ladle, where it burns as a turbulent flame after ignition. Then, simultaneously with the supply of natural gas to the gas-air ejector, a small flow of high-pressure air (say, 0.3 kg / s) begins to be supplied to the manifold 12 and the nozzles 11 of the external annular air ejector 8. The air jets flowing from the nozzles 11 with sound speed create an annular mixing chamber 9 of the annular ejector 8 static pressure, less than the total external environment, i.e. atmospheric pressure. Under the influence of the pressure difference, atmospheric air enters the inlet diffuser 13 of the annular ejector 8 and then into the mixing chamber 9, where it mixes with jets of high-pressure air. The resulting annular air flow through the annular outlet diffuser 10 flows out and forms, together with a turbulent torch, a coaxial high-temperature gas stream in the volume of, for example, a steel ladle. It should be noted that before applying the refractory coating of the flame stabilizer 4, its strut, as well as part of the outer and inner surfaces of the gas burner diffuser 1, it is necessary to sandblast it in a special chamber. After this operation, in another, namely the plasma spraying chamber, a refractory coating is applied to the sandblasted sites and surfaces of the gas burner — an alumina layer using argon-hydrogen plasma (the ratio of gas by volume, respectively, is 1: 3, the pulse voltage of arc ignition of this plasma is U _arc ≈30 kV). During the implementation of this process, the temperature of argon-hydrogen plasma is T _pl ≈ 2500 K, the melting temperature of alumina particles is T _oxide ≈ 230 K, the average particle size of alumina in the spectrum is 50 micrometers, the thickness of the sprayed layer of the refractory coating is 0.2 ... 0.3 mm

Предлагаемая конструкция газовой горелки, управляемая по расходу природного газа и по расходу кольцевого воздушного балластного потока, позволяет вырабатывать требуемую тепловую мощность и получать высокотемпературную газовую струю заданной температуры. С помощью последней возможно обеспечить требуемый коэффициент регулирования и заданный темп сушки и нагрева технологического оборудования, например сталеразливочного ковша.The proposed design of the gas burner, controlled by the flow of natural gas and the flow rate of the annular air ballast flow, allows you to generate the required heat output and get a high-temperature gas stream of a given temperature. With the help of the latter, it is possible to provide the required regulation coefficient and the specified rate of drying and heating of technological equipment, for example, a steel ladle.

Источник информацииThe source of information

1. Патент RU 2116567, 27.07.1998.1. Patent RU 2116567, 07.27.1998.

Claims

A gas burner, consisting of an internal gas-air ejector with a collector, nozzles for supplying natural gas to the mixing chamber and an inlet and outlet diffuser with a flame stabilizer located in it, and an external annular air ejector with a collector and nozzles for supplying high-pressure air and an inlet coaxial to the internal ejector and an output diffuser, and the flame stabilizer and its supports, as well as the outer and inner surfaces of the output diffuser of the gas-air ejector, along the length L = D _a , where D _a is the diameter of the outlet cross section of the diffuser, are plasma sprayed with a refractory material, for example, aluminum oxide.