RU2015453C1

RU2015453C1 - Burner

Info

Publication number: RU2015453C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Черняев; М.А. Ларюшкин; М.А. Валюжинич
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: body 1 with tangential air feed branch pipe 2 at the inlet is parted by shell 3 into central and peripheral channels 5 and 6 respectively. Gas feed pipes 7 are equidistantly circumferentially spaced relative to each other in channel 5, the pipes have inlet sections 8 parallel to the axis of body 1, passed through branch pipe 2 and connected to low-calorie gas manifold 9, and outlet section 10 located behind the outlet section of shell 3 and fastened to each other by cone disk 11 which is adjacent to front ends of pipes 7, the disk overlaps the flow cross sections of pipes 7. Rectangular plates 12 are spaced at a distance from back end 4 of branch pipe 2 in the clearances between pipes 7. the plates are adjacent to disk 11 by end edges and to generatrices of pipes 7 by side edges to form with the side walls of the pipes tangential compartments converging to the periphery and coincident with the direction of air swirling in branch pipe 2. Notches are made in disk 11 on the periphery of the compartments. Outlet sections 10 of pipes 7 communicate with the cavity of body 1 through apertures 14 formed in the pipes and adjacent to plates 12, the apertures are directed along the plates to the periphery of body 1. EFFECT: reduced nitrogen oxides discharge. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области сжигания горючих низкокалорийных газов - побочных продуктов различных производств, например, в химической промышленности, металлургии, энергетике. The invention relates to the field of burning combustible low-calorie gases - by-products of various industries, for example, in the chemical industry, metallurgy, energy.

Известны горелки, содержащие корпус с тангенциальным воздухоподающим патрубком на входе, разделенный соосной обечайкой, установленной с аксиальным зазором относительно заднего торца патрубка, на центральный и периферийный каналы, последний из которых снабжен газоподающими трубами [1]. Known burners containing a housing with a tangential air supply pipe at the inlet, separated by a coaxial shell mounted with an axial clearance relative to the rear end of the pipe, on the Central and peripheral channels, the last of which is equipped with gas supply pipes [1].

В известных горелках необходимый для горения воздух подается через центральный и периферийный каналы закрученными потоками. Это приводит к быстрому смешению всего воздуха с топливом в корневой зоне факела, вызывая повышенную генерацию в процессе сгорания топлива оксидов азота. In known burners, the air necessary for combustion is supplied through the central and peripheral channels by swirling flows. This leads to the rapid mixing of all air with fuel in the root zone of the plume, causing increased generation of nitrogen oxides during fuel combustion.

Наиболее близком по технической сущности к заявляемой является горелка, содержащая корпус с тангенциальным воздухоподводящим патрубком на входе, разделенный на части длины соосной обечайкой, установленной с аксиальным зазором относительно заднего торца патрубка, на центральный и периферийный каналы, размещенные в центральном канале по окружности с зазорами относительно друг друга газоподающие трубы, имеющие параллельные оси корпуса входные участки, пропущенные через патрубок, и сообщенные с полостью корпуса выходные участки, расположенные за выходным срезом обечайки, причем центры передних торцов труб размещены в одной плоскости, а также прямоугольные пластины [2]. Closest to the technical nature of the claimed one is a burner containing a housing with a tangential air inlet pipe at the inlet, divided into parts by the length of the coaxial shell mounted with an axial clearance relative to the rear end of the pipe, to the central and peripheral channels located in the Central channel around the circumference with gaps relative to each other gas supply pipes having input sections parallel to the housing axis passing through the pipe and output sections communicated with the housing cavity, positioning beneath the outlet cut of the shell, the centers of the front ends of the pipes placed in the same plane, as well as rectangular plates [2].

В данной горелке газоподающие трубы, размещенные в центральном канале, выполнены с перпендикулярными образующей обечайки выходными участками, сообщенными с полостью корпуса через срезы труб. Это позволяет перепустить газ в периферийный закрученный поток воздуха и получить первичную топливовоздушную смесь, отделенную за счет закрутки в корневой зоне факела от воздуха, проходящего прямотоком через центральный канал, что способствует уменьшению образования оксидов азота. Однако выполнение труб с выступающими в поток поперечными выходными участками, направленными к периферии корпуса, приводит к усиленному разрушению крутки периферийного потока воздуха, что, во-первых, снижает эффективность прикорневого отделения закрученной периферийной смеси от центрального потока воздуха, а во-вторых, затрудняет смешение продуктов неполного сгорания с центральным потоком воздуха в глубине топочного пространства. В результате снижается качество сжигания из-за недостаточно эффективного подавления оксидов азота и неполного выжига топлива. Кроме того, данная горелка имеет пониженную эксплуатационную надежность вследствие недостаточной жесткости пучка газоподающих труб. In this burner, the gas supply pipes located in the central channel are made with outlet sections perpendicular to the shell forming communicating with the body cavity through pipe cuts. This allows you to bypass the gas into a peripheral swirling air flow and to obtain the primary air-fuel mixture, separated by swirling in the root zone of the torch from the air passing through the direct channel through the central channel, which helps to reduce the formation of nitrogen oxides. However, the implementation of pipes with protruding transverse outlet portions directed towards the periphery of the casing leads to increased destruction of the twist of the peripheral air flow, which, firstly, reduces the effectiveness of the radical separation of the swirling peripheral mixture from the central air stream, and secondly, makes it difficult to mix incomplete combustion products with a central air stream deep in the combustion chamber. As a result, the quality of combustion is reduced due to insufficiently effective suppression of nitrogen oxides and incomplete burning of fuel. In addition, this burner has reduced operational reliability due to insufficient rigidity of the bundle of gas supply pipes.

Целью изобретения является повышение качества сжигания и эксплуатационной надежности. The aim of the invention is to improve the quality of combustion and operational reliability.

В горелке, содержащей корпус с тангенциальным воздухоподводящим патрубком на входе, разделенный на части длины соосной обечайкой, установленной с аксиальным зазором относительно заднего торца патрубка, на центральный и периферийный каналы, размещенные в центральном канале по окружности с зазорами относительно друг друга газоподающие трубы, имеющие параллельные оси корпуса входные участки, пропущенные через патрубок, и сообщенные с полостью корпуса выходные участки, расположенные за выходным срезом обечайки, причем центры передних торцов труб размещены в одной плоскости, а также прямоугольные пластины, поставленная цель достигается тем, что выходные участки труб расположены соосно их входным участкам и скреплены между собой посредством дополнительно установленного с примыканием к передним торцам труб кольцевого диска, перекрывающего в свету проходные сечения труб, упомянутые пластины расположены на расстоянии от заднего торца патрубка в зазорах между трубами с примыканием торцовыми кромками к диску и боковыми кромками к образующим труб с образованием с боковыми стенками последних сужающихся к периферии корпуса тангенциальных отсеков, направление которых совпадает с направлением закрутки потока в патрубке, при этом в диске по профилю указанных отсеков выполнены вырезы, а выходные участки труб сообщены с полостью корпуса через образованные в их боковых стенках проемы, примыкающие к пластинам и направленные вдоль них к периферии корпуса. In a burner containing a housing with a tangential air inlet pipe at the inlet, divided into parts by a coaxial shell mounted with an axial clearance relative to the rear end of the pipe, to the central and peripheral channels placed in the central channel along the circumference with gaps relative to each other gas supply pipes having parallel the axis of the housing input sections passed through the pipe, and the output sections communicated with the cavity of the housing located beyond the output section of the shell, the front centers pipe ends are placed in one plane, as well as rectangular plates, the goal is achieved in that the output sections of the pipes are aligned with their inlet sections and fastened to each other by means of an annular disk additionally installed adjacent to the front ends of the pipes, overlapping the passage sections of the pipes mentioned above the plates are located at a distance from the rear end of the pipe in the gaps between the pipes with the end edges adjoining the disk and the side edges to the pipe forming with the formation of side the walls of the latter tangential compartments tapering towards the periphery of the casing, the direction of which coincides with the direction of the flow swirl in the nozzle, while cutouts are made in the disk along the profile of these compartments, and the outlet pipe sections communicate with the housing cavity through openings adjacent to the plates formed in their side walls and directed along them to the periphery of the body.

В просмотренных источниках информации признаки, сходные с существенными отличительными признаками заявляемого устройства, не обнаружены, что дает основание сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия",
На фиг.1 изображена горелка, продольный разрез; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.In the reviewed sources of information, signs similar to the essential distinguishing features of the claimed device were not found, which gives reason to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences",
Figure 1 shows a burner, a longitudinal section; figure 2 is a view along arrow a in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1.

Горелка содержит корпус 1 с улиточным воздухоподводящим патрубком 2 на входе, разделенный на части длины соосной обечайкой 3, установленной с аксиальным зазором относительно заднего торца 4 патрубка 2, на центральный и периферийный каналы 5, 6. В центральном канале 5 по окружности с зазорами относительно друг друга и с примыканием к обечайке 3 размещены газоподводящие трубы 7, имеющие параллельные оси корпуса 1 входные участки 8, пропущенные через патрубок 2 и подключенные к коллектору 9 низкокалорийного газа, и выходные участки 10, расположенные за выходным срезом обечайки 3 соосно входным участка 8 и скрепленные между собой установленным с примыканием к передним торцам труб 7 кольцевым диском 11, перекрывающим в свету проходные сечения труб 7. На расстоянии от торца 4 патрубка 2 в зазорах между трубами 7 расположены прямоугольные пластины 12, примыкающие торцовыми кромками к диску 11 и боковыми кромками к образующим труб 7 с образованием с боковыми стенками труб 7 сужающихся к периферии корпуса 1 тангенциальных отсеков 13, направление которых совпадает с направлением закрутки потока в патрубке 2. В диске 11 по профилю отсеков 13 выполнены вырезы. Выходные участки 10 труб 7 сообщены с полостью корпуса 1 через образованные в боковых стенках труб 7 проемы 14, примыкающие к пластинам 12 и диску 11 и направленные вдоль пластин 12 к периферии корпуса 1. На входе обечайки 3 с зазором относительно торца 4 патрубка 2 установлена конфузорная насадка 15. Кроме того, горелка снабжена узлом подачи дополнительного топлива, состоящим из коллектора 16 высококалорийного газа и распределенных по стенке корпуса 1 выпускных трубок 17. Обечайка 3 может быть установлена с возможностью продольного перемещения. The burner comprises a housing 1 with a snail air inlet pipe 2 at the inlet, divided into parts by a coaxial shell 3, installed with an axial clearance relative to the rear end 4 of the pipe 2, into the central and peripheral channels 5, 6. In the central channel 5, there are relative gaps with respect to each other each other and adjacent to the casing 3, gas supply pipes 7 are placed, having inlet sections 8 parallel to the housing axis 1, passed through the pipe 2 and connected to the low-calorie gas manifold 9, and output sections 10 located behind the output section of the shell 3 coaxially with the inlet section 8 and fastened to each other by an annular disk 11 mounted adjacent to the front ends of the pipes 7, overlapping the passage sections of the pipes 7. At the distance from the end 4 of the pipe 2, rectangular plates 12 are located in the gaps between the pipes 7, adjacent end edges to the disk 11 and the side edges to the generatrix of the pipes 7 with the formation of the side walls of the pipes 7 tapering to the periphery of the housing 1 tangential compartments 13, the direction of which coincides with the direction of the flow swirl in section 2. In the disk 11 along the profile of the compartments 13 cuts are made. The output sections 10 of the pipes 7 are in communication with the cavity of the housing 1 through the openings 14 formed in the side walls of the pipes 7 adjacent to the plates 12 and the disk 11 and directed along the plates 12 to the periphery of the housing 1. At the inlet of the shell 3, a confuser is installed with a gap relative to the end 4 of the pipe 2 nozzle 15. In addition, the burner is equipped with an additional fuel supply unit consisting of a high-calorie gas manifold 16 and exhaust pipes distributed over the wall of the housing 1 17. The shell 3 can be mounted with the possibility of longitudinal movement.

Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.

Воздух, подаваемый на горение, закручивается в патрубке 2 и разделяется на две части. Одна его часть закрученным потоком направляется к выходу через периферийный канал 6. Другая его часть, обтекая трубы 7 и частично теряя при этом крутку, поступает в центральный канал 5. Небольшое количество поступающего в канал 5 воздуха далее движется прямотоком через периферийные отсеки, образованные трубами 7, пластинами 12 и обечайкой 3. Основная же доля поступающего в канал 5 воздуха проходит через центральную зону канала. По мере прохождения воздуха через эту зону потока, частично сохраняющий крутку, окончательно теряет тангенциальную составляющую скорости при попадании в отсеки 13 и выходит из горелки прямоточной струей. По ходу движения воздуха через канал 6 в него вводится через трубки 17 небольшое количество вспомогательного топлива - высококалорийного газа, а в образующуюся смесь на выходе из канала 6 через проемы 14 труб 7 подается тангенциальными потоками основное топливо - низкокалорийный газ. Благодаря центробежному эффекту топливовоздушная смесь по выходе в топку отделяется от центральной струи воздуха. Топливо сгорает в периферийной закрученной части факела с образованием продуктов неполного сгорания. Последние в глубине топочного пространства смешиваются с центральным потоком воздуха и догорают. Таким образом, горелка обеспечивает двухступенчатое сжигание топлива. The air supplied to the combustion is twisted in the pipe 2 and is divided into two parts. One part of it is directed by a swirling flow to the outlet through the peripheral channel 6. The other part, flowing around the pipe 7 and partially losing twist, enters the central channel 5. A small amount of air entering the channel 5 then moves forward through the peripheral compartments formed by the pipes 7 , plates 12 and a shell 3. The main share of the air entering the channel 5 passes through the central zone of the channel. As air passes through this flow zone, partially retaining the twist, it finally loses the tangential velocity component when it enters the compartments 13 and exits the burner with a direct-flow jet. In the direction of the air flow through the channel 6, a small amount of auxiliary fuel, high-calorie gas, is introduced into it through the tubes 17, and the main fuel, low-calorific gas, is fed into the resulting mixture at the outlet of the channel 6 through the openings 14 of the pipes 7. Due to the centrifugal effect, the air-fuel mixture is separated from the central air stream at the exit to the furnace. The fuel burns in the peripheral swirling part of the torch with the formation of products of incomplete combustion. The latter in the depths of the furnace space mix with the central air flow and burn out. Thus, the burner provides two-stage combustion of fuel.

Предлагаемая горелка по сравнению с горелкой-прототипом благодаря тангенциальному подводу значительных по импульсу потоков низкокалорийного газа в периферийный закрученный поток воздуха позволяет усилить крутку этого потока и таким образом обеспечить более эффективное отделение топливовоздушной смеси от центральной струи воздуха в корневой зоне факела при одновременном улучшении условий для догорания топлива в глубине топочного пространства, что повышает качество сжигания в целом. За счет высокой жесткости пространственной решетки газоподающих труб, скрепленных диском и пластинами, обеспечивается повышение эксплуатационной надежности горелки. The proposed burner in comparison with the burner of the prototype due to the tangential supply of significant momentum low-calorific gas flows into the peripheral swirling air stream allows you to increase the twist of this stream and thus provide more efficient separation of the air-fuel mixture from the central air stream in the torch root zone while improving the conditions for burning out fuel in the depth of the combustion space, which increases the quality of combustion in general. Due to the high rigidity of the spatial lattice of the gas supply pipes fastened by a disk and plates, the burner is more reliable in operation.

Claims

A BURNER containing a housing with a tangential air inlet pipe at the inlet, separated by a coaxial shell mounted with an axial clearance relative to the rear end of the pipe, to the central and peripheral channels placed in the central channel along the circumference with gaps relative to one other gas supply pipes having input sections parallel to the axis of the body passed through the pipe, and output sections communicated with the cavity of the housing located beyond the outlet cut of the shell, the centers of the front ends of the pipes puppy in the same plane, as well as rectangular plates, characterized in that, in order to improve the quality of combustion and operational reliability, the outlet pipe sections are aligned with their input sections and fastened together by means of an annular disk, additionally installed adjacent to the front ends of the pipes and overlapping passage sections of these pipes, said plates are located at a distance from the rear end of the pipe in the gaps between the pipes with the end edges adjoining the disk and the side edges and to the generators of the pipes with the formation of lateral walls of the tangential compartments tapering towards the periphery of the housing, the direction of which coincides with the direction of the flow swirl in the nozzle, while cutouts are made in the disk along the profile of these compartments, and the outlet pipe sections communicate with the housing cavity through the the side walls of the openings adjacent to the plates and directed along them to the periphery of the housing.