RU2038536C1

RU2038536C1 - Injector gas burner

Info

Publication number: RU2038536C1
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Северинец; Г.П. Комина; И.В. Нефедова
Original assignee: Санкт-Петербургский инженерно-строительный институт
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: in injector gas burner, having flame nozzle 2 connected to mixing chamber 1, flame ports 4 have the shape of a segment and are located against one another in the ends of ducts 3 positioned on the nozzle. EFFECT: improved design. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, для оборудования бытовых газовых агрегатов, духовых шкафов газовых плит, проточных водонагревателей и других. The invention relates to heat engineering, in particular, for the equipment of household gas units, ovens of gas stoves, instantaneous water heaters and others.

Известны горелки из стальных труб с размещенными по их длине круглыми или щелевидными огневыми отверстиями. На различных моделях плит использовались горелки, состоящие из двух параллельных трубок, из трубы, изогнутой П-образно, штампованные О-образные, согнутые по спирали. Known burners of steel pipes with placed along their length round or slit-like fire holes. On various models of stoves burners were used, consisting of two parallel tubes, of a pipe bent U-shaped, stamped O-shaped, bent in a spiral.

Все эти горелки имеют невысокую эффективность сжигания газа. Величина коэффициента инжекции первичного воздуха ограничена требованиями стабильности процесса горения. Большая длина факелов обуславливает значительное расстояние до обогреваемых тел, что в свою очередь приводит к большим тепловым потерям и снижает КПД горелки. All of these burners have low gas combustion efficiency. The value of the primary air injection coefficient is limited by the requirements of the stability of the combustion process. The large length of the torches causes a significant distance to the heated bodies, which in turn leads to large heat losses and reduces the efficiency of the burner.

Известны горелки инфракрасного излучения, в которых использован керамический огневой насадок. Преимуществами горелок этого типа, работающих в условиях предварительного смешения газа с необходимым для горения количеством воздуха, являются достаточно высокая полнота сжигания газа и относительно высокий КПД, за счет инфракрасного излучения и меньшего расстояния до обогреваемых тел. Недостатком таких горелок является сложность регулирования, возможность залива огневых отверстий пищей, невысокая прочность керамических насадков, низкая полнота сжигания газа при малых тепловых нагрузках и малый коэффициент рабочего регулирования. Infrared burners are known in which ceramic fire heads are used. The advantages of burners of this type operating in conditions of preliminary mixing of gas with the amount of air necessary for combustion are a sufficiently high completeness of gas combustion and a relatively high efficiency, due to infrared radiation and a shorter distance to heated bodies. The disadvantage of such burners is the difficulty of regulation, the possibility of filling fire holes with food, the low strength of ceramic nozzles, the low completeness of gas combustion at low heat loads and a small coefficient of working regulation.

Известна инжекционная газовая горелка для тепловой обработки пищевых продуктов, содержащая газораспределительную камеру и сопла, расположенные по окружности смесителя. Благодаря этому обеспечивается периферийная подача газа. Горелка снабжена перфорированным огневым насадком. Недостатком таких горелок является возможность залива огневых отверстий пищей, низкая полнота сжигания газа при малых тепловых нагрузках, низкий коэффициент рабочего регулирования. Known injection gas burner for heat treatment of food products containing a gas distribution chamber and nozzles located around the circumference of the mixer. This ensures a peripheral gas supply. The burner is equipped with a perforated fire nozzle. The disadvantage of such burners is the possibility of filling fire holes with food, low completeness of gas burning at low heat loads, low coefficient of working regulation.

Известна газовая горелка, содержащая стабилизатор горения, выполненный в виде набора кольцевых пластин, установленных между зубьями. Между зубьями и внутренними отверстиями пластин образуются конфузорные каналы, по которым проходит газовоздушная смесь. Такая конструкция горелки обеспечивает достаточно устойчивую работу в широком диапазоне нагрузок и более высокие показатели конвективной теплоотдачи в топке за счет вихревого движения продуктов сгорания. Горелка имеет сложную конструкцию и не позволяет уменьшить длину факелов. Known gas burner containing a stabilizer of combustion, made in the form of a set of annular plates mounted between the teeth. Between the teeth and the internal holes of the plates, confuser channels are formed through which the gas-air mixture passes. This design of the burner provides a fairly stable operation in a wide range of loads and higher convective heat transfer in the furnace due to the vortex movement of the combustion products. The burner has a complex structure and does not allow to reduce the length of the torches.

Известна также инжекционная газовая горелка, содержащая огневой насадок, состоящий из распределительных трубок, связанных между собой. В верхней части трубок установлена пластина с продольными огневыми щелями. Коэффициент инжекции первичного воздуха в таких горелках составляет 0,6-0,7. Недостатком таких горелок является относительно низкий коэффициент инжекции первичного воздуха и значительная длина факелов, что соответствует потребности в больших размерах камеры водонагревателя для возможности доступа вторичного воздуха и обеспечения горения. Горелки имеют узкие пределы устойчивости работы, низкий коэффициент рабочего регулирования. Also known is an injection gas burner containing a fire nozzle, consisting of distribution tubes interconnected. A plate with longitudinal fire slots is installed in the upper part of the tubes. The primary air injection coefficient in such burners is 0.6-0.7. The disadvantage of such burners is the relatively low coefficient of injection of primary air and a significant length of flares, which corresponds to the need for large sizes of the chamber of the water heater for the possibility of access of secondary air and ensure combustion. Burners have narrow limits of stability, low coefficient of working regulation.

Наиболее близким техническим решением (прототип) к изобретению является инжекционная газовая горелка, имеющая насадок, на поверхности которого размещены круглые или прямоугольные отверстия. Недостатком известных горелок является низкий коэффициент инжекции первичного воздуха, значительная длина факелов, большие размеры огневой камеры для возможности доступа вторичного воздуха и обеспечения горения, узкие пределы устойчивости работы, невысокий коэффициент конвективной составляющей в рабочей камере. Содержание СО в продуктах сгорания. The closest technical solution (prototype) to the invention is an injection gas burner having nozzles, on the surface of which round or rectangular holes are placed. A disadvantage of the known burners is the low coefficient of injection of primary air, the considerable length of the flames, the large dimensions of the fire chamber for the possibility of access of secondary air and ensure combustion, narrow limits of stability, low coefficient of convective component in the working chamber. CO content in combustion products.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности сжигания газообразного топлива за счет эффекта соударения встречных струй газовоздушной смеси. При этом наблюдается снижение длины факелов, повышение турбулизации горения и улучшение смесеобразования. The main task to which the invention is directed is to increase the efficiency of burning gaseous fuel due to the effect of collision of oncoming jets of a gas-air mixture. At the same time, a decrease in the length of torches, an increase in turbulization of combustion, and an improvement in mixture formation are observed.

Сущность изобретения заключается в том, что инжекционная газовая горелка содержит огневой насадок, соединенный со смесительной камерой. Огневые отверстия горелки имеют форму сегмента и расположены напротив друг друга в торцах канавок. Размер огневого отверстия согласован с условием стабильности горения. The essence of the invention lies in the fact that the injection gas burner contains a fire nozzle connected to the mixing chamber. The firing holes of the burner are in the form of a segment and are located opposite each other at the ends of the grooves. The size of the fire hole is consistent with the stability of combustion.

Насадок может быть выполнен в виде части сферы, тогда канавки с огневыми отверстиями располагают по периметру. Nozzles can be made as part of a sphere, then grooves with fire holes are located around the perimeter.

При выполнении насадка в виде распределительных трубок, связанных между собой, на поверхность которых устанавливают пластину, канавки с огневыми отверстиями размещают на пластине вдоль распределительных трубок. When performing the nozzle in the form of distribution tubes connected together, on the surface of which a plate is installed, grooves with fire holes are placed on the plate along the distribution pipes.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что такая конструкция огневого насадка инжекционной газовой горелки авторам не известна. An analysis of the scientific, technical and patent literature showed that such a design of the fire nozzle of an injection gas burner is not known to the authors.

При соударении встречных струй газовоздушных потоков наблюдается гашение энергии, улучшение смешения и снижение длины факела. Это позволяет приблизить горелку к обогреваемому телу и тем самым сократить потери тепла в окружающую среду. With the collision of the oncoming jets of gas-air flows, there is a quenching of energy, improved mixing and reduced torch length. This allows you to bring the burner closer to the heated body and thereby reduce heat loss to the environment.

За счет взаимного влияния встречных струй значительно увеличивается устойчивость по отношению к отрыву пламени. Это позволяет довести коэффициент первичного воздуха α₁ до 0,9 против рассматриваемых аналогов, которые работают с α₁ 0,6. Улучшается эжектирование вторичного воздуха, что обеспечивает полное сжигание газового топлива и значительное сокращение вредных выбросов в атмосферу.Due to the mutual influence of the oncoming jets, the resistance to flame separation is significantly increased. This allows you to bring the coefficient of primary air α ₁ to 0.9 against the considered analogues, which work with α ₁ 0,6. Ejection of secondary air is improved, which ensures complete combustion of gas fuel and a significant reduction in harmful emissions into the atmosphere.

Применение предлагаемых горелок позволит достичь следующий технический результат. The use of the proposed burners will achieve the following technical result.

В случае размещения канавок с огневыми отверстиями вдоль распределительных трубок обеспечивается увеличенная площадь теплоотдачи. Повышение турбулизации горения позволяет обеспечить более высокие показатели конвективной теплоотдачи в топке за счет увеличения скорости движения продуктов сгорания. In the case of placement of grooves with fire holes along the distribution tubes, an increased heat transfer area is provided. Increased combustion turbulization allows for higher convective heat transfer in the furnace by increasing the speed of combustion products.

Сокращается потребность во вторичном воздухе, следовательно, можно сделать рабочую камеру меньшего размера и тем самым сократить металлоемкость агрегата. The need for secondary air is reduced, therefore, it is possible to make the working chamber smaller and thereby reduce the metal consumption of the unit.

Изготовление такой конструкции огневого насадка не требует сложной технологии. Предлагаемая горелка может эффективно использоваться для оборудования проточных водонагревателей. The manufacture of such a design fire nozzle does not require complex technology. The proposed burner can be effectively used for the equipment of instantaneous water heaters.

В случае размещения канавок с огневыми отверстиями по периметру части сферы уменьшение длины факелов позволит сократить расстояние от горелки до дна посуды, повышенная турбулентность горения улучшит теплоотдачу. Использование такой конструкции для оборудования духовых шкафов бытовых газовых плит позволит значительно сократить потери тепла и повысить экономичность газовых агрегатов. In the case of placing grooves with fire holes along the perimeter of a part of the sphere, reducing the length of the torches will reduce the distance from the burner to the bottom of the dishes, increased turbulence of combustion will improve heat transfer. Using this design for the equipment of ovens for domestic gas stoves will significantly reduce heat loss and increase the efficiency of gas units.

Предлагаемое размещение канавок с огневыми отверстиями на поверхности насадка дает возможность наиболее эффективно рассчитать размеры отверстий и расстояние между ними. Ширина огневого отверстия принимается меньше критического размера, что исключает возможность проскока пламени во всем диапазоне рабочего регулирования. Таким образом, организация высокотурбулентного устойчивого горения позволяет увеличить КПД горелки, повысить эффективность и качество сжигания газа, значительно улучшить санитарно-гигиенические и экологические условия в помещении. The proposed placement of grooves with fire holes on the surface of the nozzle makes it possible to most effectively calculate the size of the holes and the distance between them. The width of the fire hole is assumed to be less than the critical size, which eliminates the possibility of a breakthrough of the flame in the entire range of working regulation. Thus, the organization of highly turbulent sustainable combustion can increase the efficiency of the burner, increase the efficiency and quality of gas burning, and significantly improve the sanitary-hygienic and environmental conditions in the room.

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области дает возможность сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this area makes it possible to conclude that the criterion of "inventive step" is met.

На фиг. 1, 2 схематически изображена предлагаемая конструкция огневого насадка инжекционной газовой горелки; на фиг. 3 сечение огневого насадка в форме части сферы; на фиг. 4- поперечное сечение огневого отверстия; на фиг. 5 разрез на фиг. 2. In FIG. 1, 2 schematically shows the proposed design of the fire nozzle of an injection gas burner; in FIG. 3 section of the fire nozzle in the form of a part of a sphere; in FIG. 4- cross section of the fire hole; in FIG. 5 is a section in FIG. 2.

Инжекционная газовая горелка содержит смесительную камеру 1, на которой закрепляется огневой насадок 2 с канавками 3, образующими в торцах огневые отверстия в форме сегмента 4 и расположенные напротив друг друга. The injection gas burner contains a mixing chamber 1, on which the firing nozzles 2 are fixed with grooves 3 forming fire holes in the ends in the form of a segment 4 and located opposite each other.

Огневой насадок 2 может быть выполнен в виде части сферы (фиг. 1). В этом случае канавки 3 с огневыми отверстиями 4 размещены по периметру. В случае выполнения насадка 2 в виде распределительных трубок 5, связанных между собой, на поверхности которых установлена пластина 6, канавки 3 с огневыми отверстиями 4 выполняются на поверхности пластины 6 вдоль распределительных трубок 5. Fire nozzles 2 can be made in the form of part of a sphere (Fig. 1). In this case, the grooves 3 with the fire holes 4 are placed around the perimeter. In the case of the nozzle 2 in the form of distribution tubes 5, interconnected, on the surface of which a plate 6 is installed, grooves 3 with fire holes 4 are made on the surface of the plate 6 along the distribution tubes 5.

Инжекционная газовая горелка работает следующим образом. Струи газовоздушной смеси вытекают из огневых отверстий 4 навстречу друг другу и при соударении образуют высокотурбулентную струю. При соударении газовоздушных струй происходит гашение энергии, улучшение смешения газа с воздухом и уменьшение длины факела. Взаимовлияние пламени повышает стабильность горения и позволяет организовать сжигание газа с α₁ > 0,6. Улучшается взаимодействие факела со вторичным воздухом, благодаря чему обеспечивается полнота сгорания. Таким образом значительно сокращается содержание СО в продуктах сгорания при неизменном содержании оксидов азота.Injection gas burner operates as follows. The jets of the gas-air mixture flow out of the fire holes 4 towards each other and upon impact form a highly turbulent jet. When gas-air jets collide, energy is quenched, gas-air mixing is improved, and torch length is reduced. The mutual influence of the flame increases the stability of combustion and allows you to organize the combustion of gas with α ₁ > 0.6. The interaction of the torch with secondary air is improved, which ensures the completeness of combustion. Thus, the CO content in the combustion products is significantly reduced with a constant content of nitrogen oxides.

Ширина огневого отверстия 4 принимается меньше критического размера, это исключает проскок пламени во всем диапазоне рабочего регулирования. Предлагаемая форма и размещение огневых отверстий 4 позволяет обеспечить увеличенную площадь теплоотдачи, а повышение турбулентности горения увеличивает конвективную составляющую теплообмена. Снижение длины факела, уменьшение доли вторичного воздуха позволяет располагать горелку ближе к обогреваемому телу. The width of the fire hole 4 is taken less than the critical size, this eliminates the breakthrough of the flame in the entire range of working regulation. The proposed shape and placement of the fire holes 4 allows to provide an increased heat transfer area, and an increase in combustion turbulence increases the convective component of heat transfer. Reducing the length of the torch, reducing the proportion of secondary air allows you to place the burner closer to the heated body.

Полученные технические преимущества позволят значительно сократить потери тепла, повысить эффективность сжигания газообразного топлива, увеличить КПД горелки. The obtained technical advantages will significantly reduce heat loss, increase the efficiency of burning gaseous fuels, and increase the efficiency of the burner.

Использование горелки предлагаемой конструкции дает возможность уменьшить размеры топочной камеры, что приводит к экономии металла. Данная конструкция проста в изготовлении и технологична при сборке. Using the burner of the proposed design makes it possible to reduce the size of the combustion chamber, which leads to metal savings. This design is easy to manufacture and manufacturable.

Claims

1. INJECTION GAS BURNER containing nozzles with fire holes, connected to a source of gas-air mixture, characterized in that the nozzles are grooves and the fire holes have a segment shape and are located opposite each other at the ends of the grooves.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the nozzles are made in the form of a part of a sphere, and grooves with fire holes are located around its perimeter.

3. The burner according to claim 1, characterized in that the nozzles are made in the form of distribution tubes fastened together, on the upper part of which a plate is installed, and grooves with fire holes are placed on it along the distribution tubes.