RU178084U1

RU178084U1 - Burner device

Info

Publication number: RU178084U1
Application number: RU2017102341U
Authority: RU
Inventors: Игорь Николаевич Кузин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Теплохиммонтаж"
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов, и может быть использована в различных областях промышленности и промышленной теплотехники, в частности для печей обжига кирпича, в сушилах и других нагревательных устройствах. Новыми техническими эффектами предлагаемого горелочного устройства является повышение стабилизационных характеристик горения, вследствие чего повысится его надежность при эксплуатации, облегчится настройка газодинамических параметров, исключение непрогнозируемых режимов при переходных процессах работы горелочного устройства, улучшение процесса формирования геометрии пламени факела (пропорции цлиндричности формы). Указанные технические эффекты достигаются тем, что горелочное устройство, содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 со встроенными подводами: газовым патрубком 6 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с отверстиями, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, на центральной газовой трубе 15 закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3, согласно полезной модели снабжено размещенным на центральной газовой трубе 15, смещенным в осевом направлении относительно узла правой крутки 11 и узлом левой крутки 14 воздушного потока на горение, а на газовый насадок 16 насажен перфорированный усеченный конус 19, развернутый большим основанием к выходу, при наилучших вариантах реализации предлагаемого горелочного устройства отверстия 20 перфорированного усеченного конуса 19 расположены по его образующим, а диаметр этих отверстий увеличивается от периферии к оси устройства, угол раскрытия перфорированного конуса выбран из условия обеспечения расположения точки фокуса на пересечении центральной оси горелочного устройства с проекцией торцевой плоскости керамической насадки 3.The utility model relates to a power system, namely to burner devices of heat engineering units, and can be used in various fields of industry and industrial heat engineering, in particular for brick kilns, in dryers and other heating devices. New technical effects of the proposed burner device is to increase the stabilization characteristics of combustion, as a result of which its reliability during operation will increase, gas-dynamic parameters will be easier to set up, elimination of unpredictable modes during transient operation of the burner device, improvement of the process of forming the flame geometry of the torch (proportions of the cylindrical shape). These technical effects are achieved by the fact that the burner device contains a coaxially arranged air supply housing 1 with integrated inlets: a gas pipe 6 and through an adapter 5 with an air pipe 4, a central gas pipe 15 with a gas nozzle 16 with openings, a tubular air-cooled case 9 with inside installed him with a protrusion relative to the output end of the ignition electrode 10, on the Central gas pipe 15 is fixed covered by a flange glass 2 node right twist 11 air flow on the mountain a, and a ceramic nozzle 3 is mounted coaxially on the outer surface of the flange cup 2 with a protrusion; according to a utility model, it is provided with axial positioning on the central gas pipe 15 displaced axially relative to the right twist assembly 11 and the left twist assembly 14 and to the gas nozzle 16 mounted perforated truncated cone 19, deployed with a large base to the exit, with the best options for the implementation of the proposed burner, the holes 20 of the perforated truncated cone 19 rasp lozheny for its forming, and the diameter of the holes increases from the periphery to the axis of the device, a perforated opening angle of the cone selected to provide the location of the focal point at the intersection of the central axis of the burner with the projection of the end plane of the ceramic nozzle 3.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использована в различных областях промышленности и промышленной теплотехники, в частности для печей обжига кирпича, в сушилах и других нагревательных устройствах.The utility model relates to a power system, namely, to burner devices of heat engineering units and can be used in various fields of industry and industrial heat engineering, in particular for brick kilns, in dryers and other heating devices.

Горелки газовые устанавливаются в печах обжига изделий, где температура среды выше 700°С и требуется прямоточный скоростной факел для организации равномерного температурного поля по сечению печи.Gas burners are installed in product kilns where the temperature of the medium is above 700 ° C and a direct-flow high-speed torch is required to organize a uniform temperature field over the cross section of the furnace.

Известна газовая горелка (авт.св. СССР N 1599620, кл. F23D 14/70, опубл. 1990 г.). содержащая воздухоподающий корпус, установленную на оси корпуса заглушенную с выходного торца газовую трубу с наклонными отверстиями на ее боковой поверхности и коаксиально размещенный насадок, в полости которого выполнена камера предварительного смешения и который на входе снабжен конической обечайкой, сопряженной большим внутренним диаметром с большим диаметром конического участка камеры, а меньшим плотно скрепленный с боковой стенкой газовой трубы, причем камера подключена к полости корпуса при помощи отверстий, выполненных в обечайке, оси которых наклонены к оси камеры.Known gas burner (ed. St. USSR N 1599620, CL F23D 14/70, publ. 1990). containing an air supply housing, a gas pipe with an inclined hole on its side surface muffled from the outlet end and coaxially placed nozzles in the cavity of which there is a pre-mixing chamber and which is provided at the inlet with a conical shell mated with a large inner diameter and a large diameter of the conical section chamber, and smaller tightly bonded to the side wall of the gas pipe, and the camera is connected to the cavity of the housing using holes made in about a grass whose axes are inclined to the axis of the camera.

Недостатками описанного устройства является наличие зазора между воздухоподающим корпусом и насадком, что ухудшает качество сжигания газа по следующим причинам. При колебаниях давлений газа и воздуха, подаваемых в горелку, соотношение количеств первичного воздуха, проходящего в отверстия камеры смешения, и вторичного воздуха, проходящего через кольцевой зазор, ввиду небольшого гидравлического сопротивления кольцевого зазора будет нарушаться, что ухудшит нормальные режимы горения и стабилизации. Увеличение подачи вторичного воздуха в зону горения ведет к ее охлаждению и, вследствие этого, к химическому недожогу и ухудшению стабилизационных характеристик, что приводит к ограничению диапазона регулирования, снижению экономичности и эксплуатационной надежности горелочного устройства.The disadvantages of the described device is the presence of a gap between the air supply housing and the nozzle, which affects the quality of gas combustion for the following reasons. With fluctuations in the gas and air pressures supplied to the burner, the ratio of the quantities of primary air passing into the openings of the mixing chamber and secondary air passing through the annular gap will be violated due to the small hydraulic resistance of the annular gap, which will worsen normal combustion and stabilization conditions. An increase in the supply of secondary air to the combustion zone leads to its cooling and, as a result, to chemical underburning and deterioration of the stabilization characteristics, which leads to a limitation of the control range, a decrease in the efficiency and operational reliability of the burner device.

Известно горелочное устройство (паспорт «Горелка газовая ГНБ-80, ИНГ.040-0.000ПС, Киев-2012»), содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус и заглушенную с выходного торца центральную газовую трубу с выпускными отверстиями и закрепленный на выходе воздухоподающего корпуса конфузор-стабилизатор, имеющий конический участок, обращенный большим основанием ко входу и сопряженный по меньшему основанию с цилиндрическим участком, на выходном торце которого имеется фланец, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру воздухоподающего корпуса, причем на фланце и конической части конфузора-стабилизатора выполнены полостные отверстия.A burner device is known (passport "Gas burner GNB-80, ING.040-0.000PS, Kiev-2012"), containing a coaxially arranged air supply housing and a central gas pipe plugged from the output end with outlet openings and a confuser-stabilizer fixed to the output of the air supply housing having a conical section, facing a large base to the inlet and mating on a smaller base with a cylindrical section, on the output end of which there is a flange, the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the air supply housing, and on the flange and the conical part of the confuser-stabilizer cavity openings are made.

Недостатками описанного устройства являются следующие факторы:The disadvantages of the described device are the following factors:

- низкая стабильность пламени факела;- low flame stability;

- узкий диапазон регулирования тепловой мощности;- a narrow range of regulation of thermal power;

- отсутствие демпфирования колебаний давления газовоздушной смеси.- the absence of damping of pressure fluctuations of the gas-air mixture.

Известно также наиболее близкое по технической сущности к заявляемому горелочное устройство (см. патент DE №102005034791, МПК⁷ F23D 14/62 опубл. 20.09.2013 г.), содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 со встроенными подводами: газовым патрубком 6 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с отверстиями, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, на центральной газовой трубе 15, закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3.It is also known the closest in technical essence to the claimed burner device (see patent DE No. 102005034791, IPC ⁷ F23D 14/62 publ. September 20, 2013), containing coaxially arranged air supply housing 1 with integrated inlets: gas pipe 6 and through the adapter 5 with an air pipe 4, a central gas pipe 15 with a gas nozzle 16 with openings, a tubular air-cooled case 9 with an ignition electrode 10 protruding from the outlet end and a protruded envelope fixed to the central gas pipe 15 flanged glass 2 node right twist 11 of the air flow to burn, and coaxial to the outer surface of the flanged glass 2 with a protrusion mounted ceramic nozzle 3.

Известная горелка имеет ряд недостатков.Known burner has several disadvantages.

Неустойчивый газодинамический режим в условиях колебаний параметров впрыска (газ, воздух) приводит к дестабилизации формы пламени факела и нарушает технологический режим термообработки изделий. Сложная система канальных отверстий и малый реакционный объем полостей для доогневой подготовки газовоздушной смеси не обеспечивает (за счет образования застойных зон) качественного перемешивания газа с воздухом и снижает коэффициент активации топлива до величины Ка=0,64, при этом ухудшаются экологические параметры горелочного устройства.An unstable gas-dynamic regime under the conditions of fluctuations in the injection parameters (gas, air) leads to destabilization of the flame shape of the torch and violates the technological regime of heat treatment of products. The complex system of channel openings and the small reaction volume of the cavities for pre-fire preparation of the gas-air mixture does not provide (due to the formation of stagnant zones) high-quality mixing of gas with air and reduces the fuel activation coefficient to Ka = 0.64, while the environmental parameters of the burner are deteriorating.

Новыми техническими результатами предлагаемого горелочного устройства является повышение стабилизационных характеристик горения, вследствие чего повысится его надежность при эксплуатации, облегчится настройка газодинамических параметров, будет достигнуто также исключение непрогнозируемых режимов при переходных процессах работы горелочного устройства, улучшение процесса формирования геометрии пламени факела (пропорции цлиндричности формы).The new technical results of the proposed burner device is to increase the stabilization characteristics of combustion, as a result of which its reliability during operation will increase, gas-dynamic parameters will be easier to set up, unpredictable modes during transients of the burner device will be eliminated, and the formation of the flame flame geometry (proportions of the cylindrical shape) will be improved.

Указанные технические результаты достигаются тем, что горелочное устройство, содержащее коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 со встроенными подводами: газовым патрубком 6 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с выпускными газовыми отверстиями 17 и 18, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, на центральной газовой трубе 15, закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3, согласно полезной модели снабжено размещенным на центральной газовой трубе 15, смещенным в осевом направлении относительно узла правой крутки 11 и узлом левой крутки 14 воздушного потока на горение, а на газовый насадок 16 насажен перфорированный усеченный конус 19 развернутый большим основанием к выходу, при наилучших вариантах реализации предлагаемого горелочного устройства отверстия 20 перфорированного усеченного конуса 19 расположены по его образующим, а диаметр этих отверстий увеличивается от периферии к оси устройства, угол раскрытия перфорированного усеченного конуса 19 выбран из условия обеспечения расположения точки фокуса на пересечении центральной оси горелочного устройства с проекцией торцевой плоскости керамической насадки 3.The indicated technical results are achieved in that a burner device containing coaxially arranged air supply housing 1 with integrated inlets: a gas pipe 6 and through an adapter 5 with an air pipe 4, a central gas pipe 15 with a gas nozzle 16 with exhaust gas openings 17 and 18, is air-cooled a cover 9 with an ignition electrode 10 protruding relative to the output end face, on the central gas pipe 15, a knot of the right twist covered by a flange cup 2 is fixed and 11 of the air flow for combustion, and coaxially to the outer surface of the flange cup 2 with a protrusion, a ceramic nozzle 3 is installed, according to a utility model equipped with a central gas pipe 15, displaced in the axial direction relative to the right twist assembly 11 and the left twist assembly 14 of the combustion air flow and a gas nozzle 16 is fitted with a perforated truncated cone 19 deployed with a large base to the exit, with the best options for the implementation of the proposed burner device, the holes 20 are perforated of the truncated truncated cone 19 are located along its generators, and the diameter of these holes increases from the periphery to the axis of the device, the opening angle of the perforated truncated cone 19 is selected from the condition of ensuring the location of the focal point at the intersection of the central axis of the burner device with the projection of the end plane of the ceramic nozzle 3.

Благодаря такому выполнению горелочного устройства обеспечивается формирование отклоняющих закрученных потоков воздуха от осевого движения и направление этих потоков радиально от центра к периферии, позволяет создать систему веерных закрученных потоков воздуха и в сочетании с указанным направлением струй топлива при перераспределении потоков центрального и периферического в доогневой части газовоздушной струи организовать плоский или цилиндрический факел при этом изменение соотношения объемов потоков с преобладанием центрального значительно улучшает степень цилиндричности факела. При этом селекция потоков обеспечивается перфорированным конусом. В зонах контакта веерных струй цилиндрической формы резко возрастает интенсивность турбулентности потока, что обеспечивает быстрое перемешивание воздуха с топливом и выгорание смеси с малым временем пребывания в высокотемпературной зоне факела. Поскольку веерные струи характеризуются большим отношением поверхности к объему и именно на этих поверхностях происходит выгорание факела, он быстро охлаждается и горение происходит при пониженных температурах, что наряду с относительно малым временем протекания реакции окисления топлива существенно уменьшает эмиссию вредных веществ (СО и NO_x). При этом коэффициент активации топлива Ка=0,79.Thanks to this embodiment of the burner device, the formation of deflecting swirling air flows from axial movement and the direction of these flows radially from the center to the periphery, allows you to create a system of fan swirling air flows and in combination with the specified direction of the fuel jets during the redistribution of the flows of the central and peripheral in the downstream part of the gas-air jet organize a flat or cylindrical torch while changing the ratio of the volumes of flows with a predominance of central significantly improves the degree of cylindricity torch. In this case, the selection of flows is ensured by a perforated cone. In the contact zones of fan-shaped cylindrical jets, the intensity of flow turbulence sharply increases, which ensures rapid mixing of air with fuel and burnout of the mixture with a short residence time in the high-temperature zone of the torch. Since fan jets are characterized by a large surface-to-volume ratio and it is on these surfaces that the flare burns out, it quickly cools and burns at low temperatures, which, along with the relatively short time of the fuel oxidation reaction, significantly reduces the emission of harmful substances (CO and NO _x ). In this case, the fuel activation coefficient is Ka = 0.79.

При реализации предложенного горелочного устройства обеспечивается возможность управления формой пламени факела и создания цилиндрического или рассредоточенного факела в зависимости от формы камеры сгорания в широком диапазоне нагрузок с низким уровнем эмиссии вредных выбросов.When implementing the proposed burner device, it is possible to control the shape of the flame of the torch and create a cylindrical or dispersed torch depending on the shape of the combustion chamber in a wide range of loads with a low level of emission of harmful emissions.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, поясняются чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, на фиг. 2 показан вид А на фиг. 1.Information confirming the possibility of carrying out the invention is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of the device, FIG. 2 shows a view A in FIG. one.

Предлагаемое горелочное устройство содержит коаксиально расположенные воздухоподающий корпус 1 с ниппелем 12 и со встроенными подводами: газовым патрубком 6 - тройником 7 и через переходник 5 с воздушным патрубком 4, центральную газовую трубу 15 с газовым насадком 16 с выпускными газовыми отверстиями 17 и 18, трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 гидравлически связанный с воздухоподающей трубой 8 с установленным внутри него с выступанием относительно выходного торца электродом розжига 10, связанным электрически со свечой 13, на центральной газовой трубе 15, закреплен охваченный фланцевым стаканом 2 узел правой крутки 11 воздушного потока на горение, а коаксиально наружной поверхности фланцевого стакана 2 с выступанием установлена керамическая насадка 3, выполненная в виде цилиндрического участка соединенного с сужающимся к выходу коническим участком, на центральной газовой трубе между узлами правой 11 и левой 14 крутки выполнены дополнительные газовые отверстия 17, смещенные относительно друг друга в окружном направлении, площади отверстий 17 составляют 0,3-0,6 площади отверстий 18, согласно полезной модели оно снабжено размещенным на центральной газовой трубе 15, смещенным в осевом направлении относительно узла правой крутки 11 узлом левой крутки 14 воздушного потока на горение, а на выходном конце газового насадка 16 насажен перфорированный усеченный конус 19 развернутый большим основанием к выходу, при оптимальных вариантах исполнения устройства отверстия 20 перфорированного усеченного конуса 19 расположены по его образующим, а диаметр этих отверстий 20 увеличивается от периферии к оси устройства, при этом отверстия 20 первого и второго рядов от периферии выполнены с отклонением оси симметрии отверстий относительно внутренней полости цилиндрической части керамической насадки 3 на 3°-4°; угол раскрытия перфорированного усеченного конуса 19 выбран из условия обеспечения расположения точки фокуса на пересечении центральной оси горелочного устройства с проекцией плоскости торцевой части керамической насадки 3.The proposed burner device contains a coaxially arranged air supply housing 1 with a nipple 12 and with integrated supplies: a gas pipe 6 - a tee 7 and through an adapter 5 with an air pipe 4, a central gas pipe 15 with a gas nozzle 16 with exhaust gas openings 17 and 18, an air-cooled tube the cover 9 is hydraulically connected to the air supply pipe 8 with an ignition electrode 10 protruding electrically from the candle 13 on the central gases protruding relative to the output end th pipe 15, a right-handed twist assembly 11 of the air flow for combustion engulfed by the flange cup 2 is fixed, and a ceramic nozzle 3 is made coaxially to the outer surface of the flange cup 2 with a protrusion, made in the form of a cylindrical section connected to the tapered section tapering to the outlet, on the central gas pipe between nodes of the right 11 and left 14 twists made additional gas holes 17, offset relative to each other in the circumferential direction, the area of the holes 17 are 0.3-0.6 the area of the holes 18, co As a utility model, it is equipped with a combustion unit located on the central gas pipe 15 and displaced in the axial direction relative to the right-handed assembly 11 with the left-hand assembly 14 of the left-hand air flow 14, and at the output end of the gas nozzle 16 there is a perforated truncated cone 19 deployed with a large base toward the outlet, at optimal variants of the device, the holes 20 of the perforated truncated cone 19 are located along its generators, and the diameter of these holes 20 increases from the periphery to the axis of the device, while the holes 20 ne first- and second-rows of the periphery formed with a deviation of the symmetry axes of the holes relative to the inner cavity of the cylindrical part of the ceramic nozzle 3 by 3 ° -4 °; the opening angle of the perforated truncated cone 19 is selected from the condition of ensuring the location of the focal point at the intersection of the central axis of the burner device with the projection of the plane of the end part of the ceramic nozzle 3.

Горелочное устройство работает так.The burner works like this.

По центральной газовой трубе 15 с газовым насадком 16 через выпускные газовые отверстия 17 и 18 рассредоточенно подается газ от газового патрубка 6, через воздушный патрубок 4 и переходник 5 по периферийному каналу воздухоподающего корпуса 2 воздух поступает на выполненные пластинчатыми узлы левой 14 и правой 11 крутки газовоздушной смеси и дальше подготовленная газовоздушная смесь через перфорированный усеченный конус 19 с отверстиями 20 поступает в полость керамической насадки 3, где поджигается при помощи электрода 10 высоковольтным импульсом с формированием корневой части пламени факела в полости цилиндрической части керамической насадки 3. Контроль давления воздуха в воздухоподающем корпусе 1 осуществляется через ниппель 12. Воздухоподающая труба 8 через трубчатый воздухоохлаждаемый чехол 9 обеспечивает подачу холодного воздуха на электрод 10 и свечу 13.Through the central gas pipe 15 with a gas nozzle 16, gas from the gas pipe 6 is dispersed through the gas outlet openings 17 and 18, through the air pipe 4 and the adapter 5 through the peripheral channel of the air supply housing 2, air enters the plate-shaped units of the left 14 and right 11 of the gas-air twist mixture and further prepared gas-air mixture through a perforated truncated cone 19 with holes 20 enters the cavity of the ceramic nozzle 3, where it is ignited by means of the electrode 10 with a high-voltage pulse via the nipple 12. The air supply pipe 8 via the air-cooled tubular cover 9 provides a flow of cold air to the electrode 10 and the spark plug 13 to form a root portion of the flame in the cavity of the cylindrical portion 3. The ceramic nozzle control air pressure in air supply housing 1.

Claims

1. A burner device containing a coaxially arranged air supply housing 1 with integrated inlets: a gas pipe 6 and through an adapter 5 with an air pipe 4, a central gas pipe 15 with a gas nozzle 16 with openings, a tubular air-cooled case 9 with a protrusion installed inside it with a protrusion relative to the outlet the end face with the ignition electrode 10, on the central gas pipe 15 there is fixed a knot of the right twist 11 of the air flow engulfed by the flange cup 2 and coaxially on the outer surface of the flange cup 2 with a protrusion mounted ceramic nozzle 3, characterized in that it is arranged on the Central gas pipe 15, offset in the axial direction relative to the node of the right twist 11 node of the left twist 14 of the air flow to burn, and at the output end of the gas nozzle 16 mounted perforated truncated cone 19, deployed on a large base to the exit.

2. The device according to p. 1, characterized in that the holes 20 of the perforated truncated cone 19 are located along its generators, and the diameter of these holes increases from the periphery to the axis of the device.

3. The device according to claim 1, characterized in that the opening angle of the perforated truncated cone 19 is selected from the condition of ensuring the location of the focal point at the intersection of the central axis of the burner device with the projection of the plane of the end part of the ceramic nozzle 3.