RU2013696C1

RU2013696C1 - Burner assembly for radiant-convective air heater

Info

Publication number: RU2013696C1
Authority: RU
Inventors: Е.М. Кирин; Г.П. Ветлугина; П.А. Емельянов
Original assignee: Пензенский Политехнический Институт
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: air heating. SUBSTANCE: burners are mounted on movable plate installed for rotation on plane perpendicular to burner axis misaligned with axis of plate rotation; piping feeding gas to burners is provided with hollow spherical pivot. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и теплоэнергетике, точнее - к горелочным устройствам воздухоподогревателей, используемых для подогрева воздуха перед подачей его в горелки. Изобретение может быть использовано в других теплообменных аппаратах. The invention relates to heat engineering and power engineering, more precisely, to burner devices of air heaters used to heat the air before it is fed to the burner. The invention can be used in other heat exchangers.

Известно горелочное устройство вертикально-водотрубного котла КРШ [1] , оборудованное инжекционными горелками. Устройство обеспечивает эффективную работу котла, однако резервы интенсификации теплообмена в этой конструкции еще не исчерпаны. Known burner device of a vertical water tube boiler KRS [1], equipped with injection burners. The device ensures efficient operation of the boiler, however, the reserves of heat transfer enhancement in this design are not yet exhausted.

Известно горелочное устройство котлов ДКВ, КРШ, оборудованное щелевыми подовыми горелками с принудительной подачей воздуха [2] . КПД котлов при этом повышается до 83-89% . Эффективность работы горелочного устройства может быть повышена за счет предварительного подогрева воздуха, однако это усложняет конструкцию всего устройства. Known burner device boilers DKV, KRS, equipped with slotted hearth burners with forced air supply [2]. The efficiency of boilers increases to 83-89%. The efficiency of the burner device can be improved by preheating the air, however, this complicates the design of the entire device.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является горелочное устройство радиационно-конвективного воздухоподогревателя конструкции Пензенского компрессорного завода [3] . Closest to the technical nature of the claimed invention is a burner device of a radiation-convective air heater design of the Penza Compressor Plant [3].

Горелочное устройство воздухоподогревателя состоит из инжекционных горелок, закрепленных на неподвижном каркасе в нижней части конструкции или непосредственно на подовой плите. The burner device of the air heater consists of injection burners mounted on a fixed frame in the lower part of the structure or directly on the hearth plate.

Недостатком конструкции является то, что она не позволяет нагреть воздух до температуры выше 550^оС, что объясняется недостаточно высоким коэффициентом обмена воздухоподогревателя (К = 14-17 Вт˙м²˙^оС). Резервы горелочной системы воздухоподогревателя и всей конструкции еще далеко не исчерпаны и процесс теплообмена в ней можно интенсифицировать и, следовательно, увеличить коэффициент теплообмена и КПД при сохранении габаритов конструкции. Одним из путей интенсификации является изменение газодинамики продуктов сгорания в камере сжигания воздухоподогревателя (в радиационной части).A disadvantage of the design is that it does not allow air heated to a temperature above 550 ^{° C,} due to insufficient air preheater high exchange coefficient (K = 14-17 Vt˙m ˙ ^C ^2). The reserves of the burner system of the air heater and the entire structure are far from exhausted and the heat exchange process in it can be intensified and, therefore, the heat transfer coefficient and efficiency can be increased while maintaining the dimensions of the structure. One of the ways of intensification is to change the gas dynamics of the combustion products in the combustion chamber of the air heater (in the radiation part).

Целью изобретения является увеличение коэффициента теплообмена воздухоподогревателя путем изменения газодинамики продуктов сгорания. The aim of the invention is to increase the heat transfer coefficient of the air heater by changing the gas dynamics of the combustion products.

Цель достигается тем, что в горелочном устройстве радиационно-конвективного воздухоподогревателя, состоящем из закрепленных на подовой плите газовых инжекционных горелок, трубопровода для подачи газа в горелки и горелочных туннелей для сжигания газа, газовые горелки выполнены с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной осям горелочных туннелей, при этом подовая плита выполнена подвижной и снабжена зубчатой или фрикционной передачей и приводом для ее вращения. Горелки смонтированы на упомянутой плите несоосно с осью вращения плиты, а трубопровод подачи газа в горелки снабжен шаровой полой пятой. The goal is achieved by the fact that in the burner device of a radiation-convective air heater, consisting of gas injection burners fixed to the hearth, a pipeline for supplying gas to the burners and burner tunnels for burning gas, the gas burners are made to rotate in a plane perpendicular to the axes of the burner tunnels, while the hearth plate is movable and equipped with a gear or friction gear and a drive for its rotation. The burners are mounted on the aforementioned stove misaligned with the axis of rotation of the stove, and the gas supply pipe to the burners is provided with a ball hollow heel.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволило установить его отличительные признаки: газовые горелки выполнены с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной осям горелочных туннелей; подовая плита выполнена подвижной и снабжена приводом вращения; горелки смонтированы несоосно с осью вращения плиты; трубопровод подачи газа в горелки снабжен полой шаровой пятой. Comparison of the invention with the prototype made it possible to establish its distinguishing features: gas burners are made to rotate in a plane perpendicular to the axes of the burner tunnels; the bottom plate is movable and equipped with a rotation drive; burners are mounted misaligned with the axis of rotation of the stove; the gas supply line to the burners is provided with a hollow ball heel.

Первый признак позволяет создать в воздухоподогревателе по всей его высоте вращающейся турбулентный поток продуктов сгорания, который под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам теплообменных поверхностей, в первую очередь - к стенкам радиационной части. Это позволяет увеличить в теплообмене долю конвективной теплопередачи. Создание в воздухоподогревателе турбулентного вращающегося потока газов и увеличение доли конвективной теплопередачи позволяют интенсифицировать теплообмен и увеличить коэффициент теплообмена. The first feature allows you to create in the air heater along its entire height a rotating turbulent flow of combustion products, which, under the action of centrifugal forces, is thrown to the walls of the heat-exchange surfaces, primarily to the walls of the radiation part. This allows you to increase the share of convective heat transfer in heat transfer. The creation of a turbulent rotating gas flow in the air heater and an increase in the fraction of convective heat transfer allow one to intensify heat transfer and increase the heat transfer coefficient.

Второй признак позволяет обеспечить вращение горелочного устройства. The second feature allows for the rotation of the burner device.

Третий признак обеспечивает наиболее эффективное закручивание потока продуктов сгорания и наибольшее воздействие центробежных сил на поток газов, что позволяет в свою очередь наиболее плотно прижать газы к теплообменным поверхностям, что способствует интенсификации теплообмена. The third feature provides the most efficient swirling of the flow of combustion products and the greatest effect of centrifugal forces on the gas flow, which in turn allows the gases to be pressed most tightly onto the heat exchange surfaces, which contributes to the intensification of heat transfer.

Четвертый признак обеспечивает возможность подачи газа во вращающиеся горелки. The fourth feature provides the possibility of supplying gas to rotary burners.

Технических решений со сходными отличительными признаками в технической и патентной литературе не обнаружено, что свидетельствует о существенной новизне предлагаемого устройства, заключающейся в новых конструктивных элементах, обеспечивающих положительный эффект. No technical solutions with similar distinctive features were found in the technical and patent literature, which indicates a significant novelty of the proposed device, which consists in new structural elements that provide a positive effect.

Предлагаемое изобретение изображено на чертеже. The invention is shown in the drawing.

Горелочное устройство воздухоподогревателя состоит из инжекционных горелок 1, закрепленных на подовой плите 2, трубопровода 3 подачи газа и горелочных туннелей 4. Подовая плита 2 выполнена подвижной и может вращаться в плоскости, перпендикулярной осям горелочных туннелей 4. Вращение подовой плиты 2 осуществляется вместе с газовыми горелками 1 посредством шариковой опоры 5 с помощью фрикционной или зубчатой передачи 6 и привода, состоящего из двигателя 7, муфты 8 и редуктора 9. The burner device of the air heater consists of injection burners 1 mounted on a hearth plate 2, a gas supply pipe 3 and burner tunnels 4. The hearth plate 2 is movable and can rotate in a plane perpendicular to the axes of the burner tunnels 4. The hearth plate 2 rotates together with gas burners 1 by means of a ball bearing 5 by means of a friction or gear transmission 6 and a drive consisting of an engine 7, a coupling 8 and a gearbox 9.

Горелки 1 смонтированы на подовой плите 2 несоосно с осью вращения плиты 2 и установлены по периферии подовой плиты 2. Трубопровод 3 подачи газа снабжен шаровой полой пятой 10, которая обеспечивает возможность одновременного вращения горелок и подачи в них газа. Вращение подовой плиты 2 осуществляется в корпусе 11. The burners 1 are mounted on a hearth plate 2 misaligned with the axis of rotation of the stove 2 and are installed on the periphery of the hearth 2. The gas supply pipe 3 is provided with a ball hollow heel 10, which allows the burners to rotate and supply gas at the same time. The rotation of the hearth plate 2 is carried out in the housing 11.

Горелочное устройство воздухоподогревателя работает следующим образом. Сначала газовые горелки 1 разжигают с помощью запальника, вставляемого в отверстие, выполненное в боковой стенке радиационной части (на чертеже не показано). Далее регулируют работу горелок 1 и после достижения их стабильной работы включают привод вращения подовой плиты 2 вместе с горелками 1. Скорость вращения выдерживают в пределах 15-30 об/мин. При вращении горелок 1 подача газа благодаря наличию шаровой полой пяты 10 не прекращается. The burner device of the air heater operates as follows. First, the gas burners 1 are ignited with the help of a pilot inserted into the hole made in the side wall of the radiation part (not shown in the drawing). Next, the operation of the burners 1 is regulated and, after achieving their stable operation, the drive of rotation of the hearth plate 2 is turned on together with the burners 1. The rotation speed is maintained within 15-30 rpm. When the burners 1 rotate, the gas supply due to the presence of the spherical hollow heel 10 does not stop.

При вращении подовой плиты 2 и, соответственно, газовых горелок 1 наблюдается следующее. В результате вращения горелок 1 факела отклоняются от прямолинейного направления движения и перемещаются по винтовой линии. Факела горелок 1, перемещающиеся по винтовой линии, создают в радиационной части, а затем и в конвективной части вращающийся по винтовой линии (слева-вверх-направо или справа-вверх-налево) турбулентный, завихренный поток газов с температурой 1600-1700^оС. Наличие турбулентного, завихренного, вращающегося потока горячих газов способствует интенсификации теплообмена в воздухоподогревателе. Это соответствует законам теплопередачи.When rotating the hearth 2 and, accordingly, the gas burners 1, the following is observed. As a result of rotation of the torch 1 torch deviate from the rectilinear direction of movement and move along a helical line. Torches of burners 1 moving along a helix create a turbulent, swirling gas flow with a temperature of 1600-1700 ^o C. in the radiation part, and then in the convective part, rotating along a helical line (from left-up-to-right or right-up-to-left). The presence of a turbulent, swirling, rotating stream of hot gases contributes to the intensification of heat transfer in the air heater. This complies with the laws of heat transfer.

Во вращающемся потоке продуктов сгорания возникают центробежные силы, которые обусловлены несоосным расположением газовых горелок 1 и оси подовой плиты 2. Центробежные силы, воздействуя на поток газов, отжимают их от оси вращения к тепловоспринимающим поверхностям. Горячие газы плотно прижимаются к стенкам воздухоподогревателя, нагревают их до более высокой температуры, чем в прототипе. Доля тепла, переданного от газов к стенкам путем более эффективного вида теплообмена - конвекцией, возрастает. Теплообмен интенсифицируется, коэффициент теплообмена возрастает, увеличивается температура подогрева воздуха. Centrifugal forces arise in the rotating flow of combustion products, which are caused by the misaligned arrangement of the gas burners 1 and the axis of the hearth plate 2. Centrifugal forces, acting on the gas flow, squeeze them from the axis of rotation to heat-absorbing surfaces. Hot gases are tightly pressed against the walls of the air heater, they are heated to a higher temperature than in the prototype. The proportion of heat transferred from gases to the walls through a more efficient type of heat transfer - convection, is increasing. The heat transfer is intensified, the heat transfer coefficient increases, the temperature of the air heating increases.

Таким образом, благодаря организации вращения горелочной системы в воздухоподогревателе устанавливается более эффективный теплообмен без изменения габаритов теплообменника, т. е. без увеличения площади тепловоспринимающих поверхностей и без применения других средств интенсификации. Thus, due to the organization of rotation of the burner system in the air heater, more efficient heat transfer is established without changing the dimensions of the heat exchanger, i.e., without increasing the area of heat-absorbing surfaces and without the use of other means of intensification.

По сравнению с прототипом предлагаемое горелочное устройство обладает следующими технико-экономическими преимуществами: увеличивается общий коэффициент теплообмена (с 14-17 Вт˙м²˙^оС до 19-21 Вт˙м²˙^оС; уменьшается время нагрева воздуха. Так, например, время нагрева воздуха с 20 до 560^оС в воздухоподогревателе ПКЗ составляет 60 мин, в предлагаемом - 45-47 мин.Compared with the prototype, the proposed burner device has the following technical and economic advantages: the overall heat transfer coefficient increases (from 14-17 W˙m ² ˙ ^о С to 19-21 W˙m ² ˙ ^о С; the air heating time decreases. So, for example , the time of heating the air from 20 to 560 ^о С in the PKZ air heater is 60 minutes, in the proposed one - 45-47 minutes.

Увеличивается максимальная температура воздуха с 550^оС (в прототипе) до 600-650^оС в предлагаемом воздухоподогревателе (при тех же габаритах воздухоподогревателя и том же расходе газа).Increases with maximum temperature of 550 ^{° C} (in the prototype) to 600-650 ^{° C} in the proposed air preheater (with the same dimensions and the same air preheater gas flow).

Не требуется увеличения габаритов воздухоподогревателя с целью увеличения температуры воздуха. It is not necessary to increase the dimensions of the air heater in order to increase the air temperature.

По изобретению разработан эскизный проект. Проведены предварительные испытания на опытном воздухоподогревателе производительностью 500 м³/ч. Проверено влияние вращения горелок на интенсификацию теплообмена. Получены положительные результаты. Намечено использовать предлагаемое изобретение для вновь разрабатываемых конструкций воздухоподогревателей. Изобретение найдет применение в различных теплообменниках.According to the invention, a preliminary design is developed. Preliminary tests were carried out on an experimental air heater with a capacity of 500 m ³ / h. The effect of burner rotation on heat transfer intensification was verified. Received positive results. It is intended to use the proposed invention for newly developed designs of air heaters. The invention will find application in various heat exchangers.

Claims

RADIATION-CONVECTIVE AIR HEATER BURNER, containing gas injection burners fixed to the hearth with gas supply pipelines and burner tunnels, characterized in that, in order to increase the heat exchange coefficient of the air heater by changing the gas dynamics of the combustion products, the burner plane has the ability to to the axes of their tunnels, the hearth plate is rotating and equipped with a gear or friction gear with a drive, and the burner is closed epleny on said plate misalignment with the axis of rotation of the latter, wherein the gas supply conduit mounted ball hollow heel.