CS196083B1

CS196083B1 - Method of and apparatus for mixing low calorific value gas with air

Info

Publication number: CS196083B1
Application number: CS877677A
Authority: CS
Inventors: Josef Dolezal
Original assignee: Josef Dolezal
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1980-02-29

Description

Vynález se týká způsobu spalování plynných paliv s nízkou výhřevností a se zvýšeným obsahem mechanických nečistot, v rozevřeném plamenu, zejména v plamenu radiálně se rozšiřujícím, jakož i zařízení k provádění tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for the combustion of gaseous fuels having a low calorific value and an increased content of mechanical impurities in an open flame, in particular a radially expanding flame, and to an apparatus for carrying out the method.

Dosavadní způsoby spalování s rozevřeným, zejména radiálně se šířícím plamenem neumožňují efektivní využití nízkokalorických plynů. Při spalování nízkovýhřevných plynů ve známých hořácích se nedosahuje dokonalého směšování a tvorby spalovací směsi, jakož i požadovaného tvaru plamene. Při směšování jsou totiž jen okrajové vrstvy plynového proudu strhávány vzduchovým, vírem a směšují se se vzduchem ve velmi chudou směs, zatímco větší množství plynu vzduchový vítr proráží a volně vyhořívá před hořákovým ústím. V důsledku obsahu mechanických nečistot v nízkokalorických plynech dochází k usazování těchto nečistot v plynové trysce a až k úplnému vyřazení hořáku z provozu. Zvlášt výrazně se negativní vliv zanášení trysky projevuje při použití principu postupného směšování. Při použití jiného způsobu, založeného na snižování výtokové rychlosti plynového proudu, dochází k podstatným zvětšením výtokového průřezu a tím i nežádoucím zvětšením celého hořákového tělesa. Současně se zvětšováním rozměru při daném příkonu se deformují i podmínky vnějšího přenosu tepla od hořáku na ohřívaný předmět.Existing methods of combustion with an open, in particular radially propagating flame, do not allow efficient use of low-calorie gases. In the combustion of low-calorific gases in known burners, perfect mixing and formation of the combustion mixture as well as the desired flame shape are not achieved. In mixing, only the marginal layers of the gas stream are entrained by the air, vortex and are mixed with air into a very lean mixture, while a larger amount of gas breaks through the air wind and burns freely in front of the burner mouth. Due to the content of mechanical impurities in the low-caloric gases, these impurities are deposited in the gas nozzle and the burner is completely decommissioned. The negative effect of clogging the nozzle is particularly pronounced when using the principle of gradual mixing. By using another method based on reducing the outflow velocity of the gas stream, the outflow cross-section substantially increases and thus the entire burner body is undesirable. At the same time as the dimension increases at a given power input, the external heat transfer conditions from the burner to the heated object are also deformed.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob směšování nízkovýhřevného plynu se vzduchem před spalováním v rozevřeném plamenu, při němž se do směšovacího prostoru samostatně přivádí plyn po šroubovité dráze a samostatně vnější proud vzduchu s příčným výtokem na směr proudu plynu, přičemž směšování probíhá ve dvou stupních, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že plyn se přivádí v prvním stupni směšování β axiální složkou rychlosti nejvýše rovnou axiální složce rychlosti směsi na začátku druhého stupně směšování a vzduch se v prvním stupni směšování přivádí rychlostí nejméně jedenapůlnásobně vetší než axiální složka rychlosti směsi na začátku druhého stupně směšování, přičemž smysl otáčení proudů plynu a vzduchu je souhlasný. Vynález řeší i zařízení k provádění tohoto způsobu, sestávající z dvojice soustředných trysek, z nichž vnitřní tryska je napojena na přívod plynu, vnější na přívod vzduchu, přičemž je vyústěna do hrdla rozšiřujícího se výtokového kanálu, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vnitřní tryska je opatřena rozevírajícím se ústím a úhlem rozevření 25 až 60° a její průměr v první směšovací rovině v místě styku s menší základnou pláste komolého kužele vnější trysky, opatřeného výtokovými, otvory, je nejméně O,55násobek průměru větší základny pláště komolého kužele vnější trysky ve druhé směšovací rovině.These disadvantages are overcome by a method of mixing low calorific gas with air before combustion in an open flame, in which the mixing space is separately supplied by a helical path and separately by an external air flow with a cross-flow to the gas flow direction, mixing in two stages according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION In the first mixing stage, the gas is supplied with an axial velocity component at most equal to the axial velocity component of the mixture at the beginning of the second mixing stage and air is supplied at a velocity at least one and a half times the axial velocity component at the beginning of the second stage. the sense of rotation of the gas and air streams is consistent. The invention also provides an apparatus for carrying out this method, comprising a pair of concentric nozzles, the inner nozzle of which is connected to a gas inlet, external to an air inlet, and terminates in the mouth of the expanding outlet channel of the invention. The principle of the invention is that the inner nozzle is provided with an opening orifice and an opening angle of 25-60 ° and has a diameter of at least 0.55 times its diameter in the first mixing plane at the point of contact with the smaller frustoconical sheath of the outer nozzle. the diameter of the larger frustoconical housing of the outer nozzle in the second mixing plane.

Způsobem a zařízením podle vynálezu se dosahuje dokonalé směšování obou médií, proud spalovacího vzduchu snadno proniká do plynového proudu. Plynový proud obtéká povrch rozevírajícího se ústí vnitřní trysky ve slabé vrstvě malou rychlostí a současně do této slabé vrstvy vytéká spalovací vzduch ve velkém počtu proudových paprsků se značně vyšší rychlostí. Zařízení podle vynálezu umožňuje přilnavé obtékání povrchu vnitřní trysky pro plyn bez tvorby odtržených vírů. Určité rozevřeni vnitřní trysky, podle vynálezu, zajištuje na krátké dráze výrazné snížení axiální složky rychlosti plynového proudu, což vytváří optimální podmínky pro smísení obou médií.The method and apparatus of the invention achieve perfect mixing of the two media, the combustion air stream easily penetrating the gas stream. The gas stream bypasses the surface of the opening mouth of the inner nozzle in the thin layer at a low speed, and at the same time, the combustion air flows into the thin layer at a plurality of jet streams at a considerably higher speed. The device according to the invention allows the surface of the inner gas nozzle to adhere securely without the formation of torn vortices. A certain opening of the inner nozzle according to the invention ensures a significant reduction in the axial component of the velocity of the gas stream over a short path, thus creating optimum conditions for mixing the two media.

Další výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je, že souhlasným Šroubovitým pohybem plynového i vzduchového proudu, při dodržení uvedených rychlostních poměrů, je zajištěna při použití nízkovýhřevných plynů dostatečná intenzita zkrutu proudu plynů vytékajících z hořáků. Dosahuje se takových podmínek při výtoku proudu směsi z hořáku, kdy výslednice sil působících na raikroobjemy proudu ve všech rovinách kolmých na osu hořáku, v rozevírajícím se ústí spalovacího kanálu, protíná povrch výtokového kanálu alespoň v jednom bodě. Je tak zaručena přilnavost vytékajícího proudu k povrchu výtokového kanálu. Vzhledem k tomu, že průtočné průřezy, zejména plynu v rovinách výtoku do směšovací oblasti jsou dostatečně velké, tyto průtočné průřezy se při použití nízkokalorických plynů, silně znečištěných, jen minimálně zanášejí a dají se snadno čistit. Oddělení funkce roztáčecího ústrojí od funkce výtokové trysky tuto výhodu zvýrazňuje.A further advantage of the method and apparatus according to the invention is that by co-ordinating the helical movement of the gas and air streams, while maintaining said velocity ratios, a sufficient torsion intensity of the streams of the gases flowing from the burners is ensured using low heating gases. Such conditions are achieved when the stream of the mixture flows from the burner, whereby the resultant of forces acting on the micro-volumes of the stream in all planes perpendicular to the burner axis, at the opening mouth of the combustion channel intersects the surface of the discharge channel at at least one point. The adhesion of the effluent stream to the surface of the discharge channel is thus guaranteed. Since the flow cross-sections, in particular the gas in the discharge planes to the mixing zone, are large enough, these flow cross-sections are only minimally clogged with low-calorie, highly polluted gases and are easy to clean. Separation of the spinner function from the discharge nozzle function accentuates this advantage.

Zařízení podle vynálezu je znázorněno na připojeném výkresu v řezu.The device according to the invention is shown in cross-section in the accompanying drawing.

Znázorněný hořák pro spalování nízkovýhřevných plynů, který je určen k použití u ohřívacích pecí, zejména ve válcovnách pro ohřev sochorů, sestává z vnější trysky 2^ s přívodem 8. vzduchu, z vnitřní trysky s přívodem plynu a z výtokového kanálu 5_. Vnitřní tryska je soustředně uložena ve vnější trysce 2. Na vstupní straně vnitřní trysky £ je umístěno roztáčecí ústrojí 7_, s výhodou lopatkové. Výstupní stranu této vnitřní trysky j_ tvoří rozšiřující se ústí s vrcholovým úhlem rovným 35 v první směšovací rovině (á, vedené menší základnou komolého kužele vnější trysky 2.. Za touto první směšovací rovinou v prodloužení trysky jsou na povrchu vnější trysky _2 na plášti komolého kužele umístěnyThe illustrated low-calorific gas burner for use in heating furnaces, particularly in billet heating mills, consists of an external air supply nozzle 8, an internal gas supply nozzle and an outlet channel 5. The inner nozzle is concentrically mounted in the outer nozzle 2. On the inlet side of the inner nozzle 6 is a rotating device 7, preferably a vane. The outlet side of this inner nozzle 1 forms an expanding orifice with an apex angle equal to 35 in the first mixing plane (α, guided by the smaller truncated cone base of the outer nozzle 2). situated

Claims

subject in

A method of mixing low calorific gas with air prior to combustion in an open flame, wherein the mixing space is separately supplied with gas along a helical path and separately by an external air flow with a cross-flow to the gas flow direction, mixing in two stages, that the gas is supplied in the first mixing stage with the axial component at a rate not greater than the axial component of the mixture velocity at the beginning of the second mixing stage and air is supplied in the first mixing stage at a rate at least one and a half gas and air is consistent.

tangential outflow openings 3. In the second mixing plane 6 'it is connected to the outer nozzle 2, the neck 4 of the outlet channel 5.

Thus, the first mixing plane b lies at. contacting the outer nozzle 2 with the inner nozzle 7 and defining the cross-section of the inner nozzle to be 0.7 times the cross-section of the neck 4 in the second mixing plane 6. This second mixing plane 6 is guided through the larger base cone housing of the outer nozzle 2.

By gas supply 9 through the swiveling device 7, gas flows into the inner nozzle 7. By the helical movement obtained in the spinning device 2, the gas flows through the inner nozzle 1 and follows its shape and opens at the same angle as the inner nozzle. This creates a layer of flowing gas along its inner surface, continuously weakening with decreasing axial flow rate.

In the first mixing plane 6, when the axial component of the gas velocity reaches the value 0, 84 of the axial component of the velocity of the gas / air mixture in the second mixing plane 6, it starts into the gas through the transverse tangential outlets 3. in the outer nozzle 2., introduce air. Air is supplied to the opening gas stream throughout the first mixing stage defined by the first mixing plane 1 and the second mixing plane 6 ‘at an outlet rate equal to twice the axial component of the mixture velocity in the second mixing plane 6 *. The direction of rotation of the gas and air flow is the same. The first mixing stage is characterized by a gas inlet 9 and an air inlet 8 into the common space, intersecting streams and a first mixing stage. The second mixing stage starts from the second mixing plane 6 * and takes place, at the neck 6, to equalize the gas and air concentration along the cross-section in the direction of the ignition zone located behind the neck in the opening mouth of the outlet channel 5. After ignition burns in an open flame.

In addition, the method and apparatus according to the invention can be used in all furnaces heated with low calorific gases, such as melting, heating, heat treatment furnaces and the like.

Y N O L E Z U

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a pair of concentric nozzles, the inner nozzle of which is connected to the gas inlet, the outer nozzle of the air inlet and is connected to the throat of the widening outlet duct, provided with an opening orifice with an angle of extension of 25 to 60 ° and its diameter in the first mixing plane (6) at the point of contact with the smaller base of the frustoconical outer cone housing (2) provided with outlets (3) is at least 0.55 times the larger base diameter the frustoconical outer nozzle housing (2) in the second mixing plane (6 ").