RU2042883C1

RU2042883C1 - Burner

Info

Publication number: RU2042883C1
Application number: SU914895113A
Authority: RU
Inventors: Мэйер Виллем
Original assignee: Дрю Б.В.
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1995-08-27
Also published as: ES2064881T3; HUT60027A; SI9110667A; EP0451923A2; FI911764A0; EP0451923A3; YU66791A; NL9000883A; PL165631B1; ATE115260T1; DK0451923T3; DE69105588D1; JPH04225709A; NO911413D0; LTIP1567A; DE69105588T2; FI911764A; NO911413L; EP0451923B1; CS104091A2

Abstract

A burner (1) is provided, comprising a primary mixture supply conduit (2) and a primary mixture chamber (6) connected with the supply conduit (2), the primary mixture chamber (6) having primary discharge openings (7) for discharging burning mixture into the space surrounding the burner (1). The burner (1), which may be made of a ceramic material, which may be made of a ceramic material, further comprises flame stabilizing means arranged near the primary discharge openings (7). The flame stabilizing means may be vortex strips (14) separating areas (16) of discharge openings (7), or they may be secondary discharge openings (5), discharging burning mixture from a secondary mixture chamber (3) near the primary discharge openings (7). <IMAGE>

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в огнетехнических устройствах, преимущественно горелках. The invention relates to a power system and can be used to burn gaseous fuels in fire technology devices, mainly burners.

Известна горелка, содержащая смеситель с каналом подачи газовоздушной смеси, а также огневую головку со стабилизатором горения и, по меньшей мере, одной первичной смесительной камерой, подключенной своим одним входным отверстием к каналу подачи газовоздушной смеси, имеющему диаметр, равный диаметру входного отверстия камеры, а к атмосфере одним выходным отверстием, причем диаметр каждого упомянутого выходного отверстия меньше диаметра канала подачи газовоздушной смеси [1]
Однако в известных горелках при высоких нагрузках (сжигании большого количества смеси в единицу времени) развиваются высокие температуры горения в сжигаемой смеси. При этих высоких температурах образуются большие количества окислов азота (NO_x).Known burner containing a mixer with a channel for supplying a gas-air mixture, as well as a fire head with a stabilizer of combustion and at least one primary mixing chamber connected with its one inlet to a channel for supplying a gas-air mixture having a diameter equal to the diameter of the inlet of the chamber, and to the atmosphere with one outlet, the diameter of each said outlet being smaller than the diameter of the gas-air mixture supply channel [1]
However, in known burners at high loads (burning a large amount of the mixture per unit time), high combustion temperatures develop in the combusted mixture. At these high temperatures, large quantities of nitrogen oxides (NO _x ) are formed.

Кроме того, эти горелки можно регулировать только в ограниченном диапазоне нагрузок. Поэтому при использовании в отопительной установке известные горелки надо регулярно включать и выключать для поддержания температуры в заданных пределах. Это не только снижает удобство пользования, но и приводит к ускорению износа отопительной установки. К тому же каждый раз при включении или отключении горелки в окружившую среду выделяются вредные вещества. In addition, these burners can only be adjusted in a limited load range. Therefore, when used in a heating system, well-known burners must be switched on and off regularly to maintain the temperature within the specified limits. This not only reduces usability, but also leads to accelerated wear of the heating system. In addition, every time you turn on or turn off the burner, harmful substances are released into the environment.

Ограниченная способность известных горелок к регулировке объясняется тем, что при увеличении мощности горелки повышением подвода смеси в определенный момент скорость выхода сжигаемой смеси из первичных выпускных отверстий превышает скорость сгорания. Происходит "отрыв" пламени, и горелка гаснет. The limited ability of the known burners to adjust is due to the fact that when the burner power is increased by increasing the supply of the mixture at a certain moment, the rate of exit of the mixture being burned from the primary outlet openings exceeds the combustion rate. There is a "separation" of the flame, and the burner goes out.

Данное изобретение имеет целью создание горелки с улучшенной способностью к регулированию по сравнению с описанными выше и имеющей сравнительно низкую температуру сгорания во всем диапазоне нагрузок. The present invention aims to provide a burner with improved control ability compared to those described above and having a relatively low combustion temperature over the entire load range.

Эта цель достигается тем, что выходные отверстия первичной смесительной камеры сгруппированы в несколько зон с симметричным рисунком их выходных срезов, а стабилизатор горения образован промежутками по границам этих зон. This goal is achieved by the fact that the outlet openings of the primary mixing chamber are grouped into several zones with a symmetrical pattern of their outlet sections, and the combustion stabilizer is formed by gaps along the boundaries of these zones.

При этом первичная смесительная камера может быть перекрыта пластиной, а выходные срезы упомянутых выходных отверстий этой камеры располагают на пластине с образованием несимметричного рисунка. In this case, the primary mixing chamber may be overlapped by the plate, and the output sections of the said outlet openings of this chamber are placed on the plate with the formation of an asymmetric pattern.

В варианте исполнения горелки стабилизатор горения образован, по меньшей мере, одной вторичной смесительной камерой, установленной с зазором перед первичной камерой по ходу смеси и подключенной к атмосфере одним выпускным отверстием, а к каналу подачи газовоздушной смеси одним впускным каналом, причем диаметры впускного канала и выпускного отверстия меньше диаметра канала подачи газовоздушной смеси, а выпускное отверстие вторичной камеры расположено вблизи выходного отверстия первичной камеры. In the burner embodiment, the combustion stabilizer is formed by at least one secondary mixing chamber installed with a gap in front of the primary chamber along the mixture and connected to the atmosphere by one outlet, and to the gas-air mixture supply channel by one inlet channel, the diameters of the inlet and outlet the holes are smaller than the diameter of the gas-air mixture supply channel, and the outlet of the secondary chamber is located near the outlet of the primary chamber.

Предпочтительно вторичную смесительную камеру располагать вокруг первичной смесительной камеры с образованием кольцевой плоскости и ее впускные каналы размещать радиально по периферии, а полость первичной смесительной камеры выполнять в форме цилиндра, причем выходные отверстия размещать по ее периферии радиально. Preferably, the secondary mixing chamber is arranged around the primary mixing chamber to form an annular plane, and its inlet channels are arranged radially around the periphery, and the cavity of the primary mixing chamber is made in the form of a cylinder, and the outlet openings are arranged radially around its periphery.

Огневая головка может быть образована из нескольких последовательно размещенных вторичных и первичных смесительных камер, подключенных друг к другу сквозным осевым отверстием. The firing head can be formed of several sequentially placed secondary and primary mixing chambers connected to each other through an axial hole.

В варианте исполнения канал подачи газовоздушной смеси и обе камеры выполняют с щелевым продольным и поперечным сечением, причем впускные каналы выполнены, по крайней мере, на одной из больших сторон щели, а выходные отверстия первичной камеры расположены с заданным шагом. In an embodiment, the gas-air mixture supply channel and both chambers are made with a slit longitudinal and transverse section, the inlet channels being made at least on one of the large sides of the slit, and the outlet openings of the primary chamber are arranged with a predetermined pitch.

Горелка предпочтительно выполнена из керамического материала. Керамические горелки обеспечивают чистоту сгорания, более высокую, чем у обычных стальных горелок. Резко сокращается выделение окислов азота в таких горелках. Это объясняется изолирующим воздействием керамического материала, причем поддерживается довольно низкая температура горения. Кроме того, изолирующее действие керамического материала предотвращает предварительный разогрев газовоздушной смеси в линии подачи горелки. Это важно, поскольку предварительный разогрев вызывает разложение смеси и образование окислов азота уже в подводящей линии. The burner is preferably made of ceramic material. Ceramic burners provide a cleaner combustion than conventional steel burners. The emission of nitrogen oxides in such burners is sharply reduced. This is due to the insulating effect of the ceramic material, and a rather low combustion temperature is maintained. In addition, the insulating effect of the ceramic material prevents the preheating of the gas-air mixture in the burner feed line. This is important because preheating causes decomposition of the mixture and the formation of nitrogen oxides already in the supply line.

Керамические горелки со стабилизатором горения в соответствии с предлагаемым решением позволяют также преодолеть недостаток керамических горелок, связанный с возможностью регулировки в ограниченном диапазоне нагрузок. Ceramic burners with a combustion stabilizer in accordance with the proposed solution can also overcome the disadvantage of ceramic burners associated with the possibility of adjustment in a limited range of loads.

На фиг. 1 изображен первый вариант выполнения горелки, разрез; на фиг. 2 первый вариант горелки, аксонометрия; на фиг. 3 второй вариант горелки; на фиг. 4 второй вариант горелки с увеличенной тепловой мощностью, собранной из блоков; на фиг. 5 разрез участка горелки на фиг. 2 при высокой нагрузке; на фиг. 6 разрез участка на фиг. 5 при низкой нагрузке. In FIG. 1 shows a first embodiment of a burner, a section; in FIG. 2 first version of the burner, axonometry; in FIG. 3 second burner option; in FIG. 4 a second embodiment of a burner with increased heat output assembled from blocks; in FIG. 5 is a sectional view of the burner section of FIG. 2 at high load; in FIG. 6 is a sectional view of FIG. 5 at low load.

Керамическая горелка содержит смеситель 1 с каналом 2 подачи газовоздушной смеси, а также огневую головку 3 со стабилизатором горения и, по меньшей мере, одной первичной смесительной камерой 4, подключенной своим одним входным отверстием 5 к каналу 2 подачи газовоздушной смеси, имеющему диаметр, равный диаметру входного отверстия 5 камеры 4, а к атмосфере одним выходным отверстием 6, причем диаметр каждого упомянутого выходного отверстия 6 меньше диаметра канала 2 подачи газовоздушной смеси. Выходные отверстия 6 первичной смесительной камеры 4 сгруппированы в несколько зон 7 с симметричным рисунком их выходных срезов, а стабилизатор горения образован промежутками 8 по границам этих зон 7. Ceramic burner contains a mixer 1 with a channel 2 for supplying a gas-air mixture, as well as a fire head 3 with a combustion stabilizer and at least one primary mixing chamber 4, connected with its one inlet 5 to a channel 2 for supplying a gas-air mixture having a diameter equal to the diameter the inlet 5 of the chamber 4, and to the atmosphere with one outlet 6, and the diameter of each of the mentioned outlet 6 is less than the diameter of the channel 2 for supplying a gas-air mixture. The outlet openings 6 of the primary mixing chamber 4 are grouped into several zones 7 with a symmetrical pattern of their output sections, and the combustion stabilizer is formed by gaps 8 along the boundaries of these zones 7.

Первичная смесительная камера 4 перекрыта пластиной 9, а выходные срезы упомянутых выходных отверстий 6 камеры 4 расположены на пластине 9 с образованием несимметричного рисунка. The primary mixing chamber 4 is overlapped by the plate 9, and the output sections of the said outlet openings 6 of the chamber 4 are located on the plate 9 with the formation of an asymmetric pattern.

Во втором варианте исполнения стабилизатор горения образован, по меньшей мере, одной вторичной смесительной камерой 10, установленной с зазором перед первичной камерой 4 по ходу смеси и подключенной к атмосфере одним выпускным отверстием 11, а к каналу 2 подачи газовоздушной смеси одним впускным каналом 12, причем диаметры впускного канала 12 и выпускного отверстия 11 меньше эквивалентного диаметра канала 2 подачи газовоздушной смеси, а выпускное отверстие 11 вторичной камеры 10 расположено вблизи выходного отверстия 6 первичной камеры 4. In the second embodiment, the combustion stabilizer is formed by at least one secondary mixing chamber 10, installed with a gap in front of the primary chamber 4 in the course of the mixture and connected to the atmosphere by one outlet 11, and to the gas supply channel 2 by one inlet 12, and the diameters of the inlet channel 12 and the outlet 11 are smaller than the equivalent diameter of the gas-air mixture supply channel 2, and the outlet 11 of the secondary chamber 10 is located near the outlet 6 of the primary chamber 4.

Вторичная смесительная камера 10 расположена вокруг первичной смесительной камеры 4 с образованием кольцевой полости 13, и ее впускные каналы 12 размещены радиально по периферии, а полость 14 первичной смесительной камеры 4 выполнена в форме цилиндра, причем выходные отверстия 6 размещены по ее периферии радиально. The secondary mixing chamber 10 is located around the primary mixing chamber 4 with the formation of an annular cavity 13, and its inlet channels 12 are arranged radially around the periphery, and the cavity 14 of the primary mixing chamber 4 is made in the form of a cylinder, and the outlet openings 6 are arranged radially around its periphery.

Огневая головка 3 образована из нескольких последовательно размещенных вторичных и первичных смесительных камер 10 и 4 соответственно, подключенных друг к другу сквозным осевым отверстием 15. The fire head 3 is formed of several sequentially placed secondary and primary mixing chambers 10 and 4, respectively, connected to each other through an axial hole 15.

В первом варианте исполнения канал 2 подачи газовоздушной смеси и обе камеры 4, 10 выполнены с щелевым продольным и поперечным сечением, причем впускные каналы 12 выполнены, по крайней мере, на одной из больших сторон щели, а выходные отверстия 6 первичной камеры 4 расположены с заданным шагом. In the first embodiment, the gas-air mixture supply channel 2 and both chambers 4, 10 are made with a slit longitudinal and transverse section, and the inlet channels 12 are made at least on one of the large sides of the slit, and the outlet openings 6 of the primary chamber 4 are located with a predetermined step.

Газовоздушная смесь, подводимая по каналу 2 для подвода смеси, распределяется по вторичной камере 10 и первичной камере 4. При низких нагрузках скорость потока смеси сравнительно мала и сгорание потока первичной смеси происходит в выходных отверстиях 6. Фронт пламени в этом случае имеет форму дуги. Керамическая горелка работает как источник теплового излучения, поскольку накаляется керамический материал, окружающий отверстия 6. The gas-air mixture supplied through the channel 2 for supplying the mixture is distributed through the secondary chamber 10 and the primary chamber 4. At low loads, the flow rate of the mixture is relatively small and the combustion of the primary mixture flow occurs in the outlet openings 6. The flame front in this case has an arc shape. Ceramic burner works as a source of thermal radiation, since the ceramic material surrounding the holes 6 is heated.

При увеличении нагрузки возрастает скорость потока смеси и поскольку скорость горения смеси не изменяется, сгорание перемещается за пределы горелки. Фронты пламени теперь опираются на внешнюю кромку горелки и все еще имеют форму дуги. As the load increases, the flow rate of the mixture increases, and since the burning rate of the mixture does not change, combustion moves outside the burner. The fronts of the flame now lean on the outer edge of the burner and are still in the shape of an arc.

При дальнейшем увеличении нагрузки скорость потока смеси продолжает возрастать и превышает скорость сгорания смеси настолько, что происходит отрыв пламени. Однако поток первичной смеси предварительно нагрет из-за наличия потока вторичной смеси, вытекающего из камеры 10, благодаря чему скорость сгорания потока первичной смеси возрастает и, по крайней мере, в одной точке фронта пламени становится примерно равной скорости выпускания потока, что позволяет стабилизировать пламя. Из-за высокой скорости потока первичной смеси в отверстиях 6 фронты пламени принимают форму лопаток вентилятора. Поскольку такой фронт в виде лопатки имеет большую площадь, чем у фронта пламени в виде дуги, и сгорание распространяется по большему пространству, то температура сгорания ниже, чем у сравнимого фронта в виде дуги, что позволяет резко сократить образование окиси азота. With a further increase in load, the flow rate of the mixture continues to increase and exceeds the rate of combustion of the mixture so much that the flame breaks off. However, the stream of the primary mixture is preheated due to the presence of the stream of the secondary mixture flowing out of the chamber 10, due to which the rate of combustion of the stream of the primary mixture increases and at least at one point of the flame front becomes approximately equal to the rate of discharge of the stream, which allows the flame to stabilize. Due to the high flow rate of the primary mixture in the openings 6, the flame fronts take the form of fan blades. Since such a front in the form of a blade has a larger area than that of a flame front in the form of an arc, and combustion spreads over a larger space, the combustion temperature is lower than that of a comparable front in the form of an arc, which can dramatically reduce the formation of nitric oxide.

Нагревательная способность керамической горелки может быть еще повышена соединением нескольких комплектов камер 4, 10 с общим отверстием 15 подвода. Отверстие 15 запитывается газовоздушной смесью через инжектор 16, которым газ подается в отверстие 15 с такой высокой скоростью, что в него засасывается воздух. The heating capacity of the ceramic burner can be further enhanced by connecting several sets of chambers 4, 10 with a common inlet 15. The hole 15 is fed with a gas-air mixture through an injector 16, which feeds gas into the hole 15 at such a high speed that air is sucked into it.

При отсутствии необходимости менять нагревательную способность и тем самым создавать модульную конструкцию нагревательной системы керамическая горелка приобретает вид, показанный на фиг. 3. Клиновидная форма отверстия 15 обеспечивает равномерное распределение газовоздушной смеси по каналу 2 подачи смеси, имеющему в этой горелке щелевую форму. If there is no need to change the heating ability and thereby create a modular design of the heating system, the ceramic burner takes on the form shown in FIG. 3. The wedge-shaped shape of the hole 15 ensures uniform distribution of the gas-air mixture along the mixture supply channel 2, which has a slotted shape in this burner.

Хотя в показанных примерах каналы 12 подачи вторичной смеси соединены каждый с каналом 2 подачи газовоздушной смеси, можно представить соединение канала 12 подачи вторичной смеси с источником горючей смеси, не зависимым от канала 2. Это позволяет обеспечить хорошую стабилизацию горения при всех условиях. Although in the examples shown, the secondary mixture supply channels 12 are each connected to the gas-air supply channel 2, it is possible to imagine the connection of the secondary mixture supply channel 12 to a source of combustible mixture, independent of channel 2. This allows for good stabilization of combustion under all conditions.

В другом варианте выполнения керамической горелки использован стабилизатор горения в форме так называемых промежутков 8 (см. фиг. 2). В этом варианте камера 4 покрыта сверху пластиной 9, в которой имеется большое число первичных отверстий 6, которые расположены в виде регулярного рисунка в нескольких отдельных выпускных зонах 7, разделенных промежутками 8. In another embodiment of the ceramic burner, a combustion stabilizer is used in the form of so-called gaps 8 (see Fig. 2). In this embodiment, the chamber 4 is covered from above by a plate 9, in which there are a large number of primary holes 6, which are arranged in the form of a regular pattern in several separate outlet zones 7, separated by gaps 8.

Промежутки 8 образуют зоны с пониженными скоростями потока между выпускными зонами 7, в которых нагретая смесь завихряется при воспламенении, т.е. выпуск происходит с высокой скоростью. Поэтому даже при высоких нагрузках фронт пламени имеет такие точки, где скорость сгорания примерно равна скорости выхода смеси. Поэтому пламя "опирается" на эти точки, и весь фронт горения стабилизирован. The gaps 8 form zones with reduced flow rates between the outlet zones 7, in which the heated mixture swirls when ignited, i.e. release occurs at high speed. Therefore, even at high loads, the flame front has such points where the rate of combustion is approximately equal to the rate of exit of the mixture. Therefore, the flame "rests" on these points, and the entire combustion front is stabilized.

Оптимальный рисунок промежутков 8 на пластине 9 и зависимость между шириной промежутков 8, размерами выпускных зон 7 и диаметрами выпускных отверстий 6 специалист в этой области может легко определить, основываясь на своем опыте и понимании. Рекомендуется выбирать нерегулярный рисунок промежутков 8 для того, чтобы по возможности предотвратить резонансы. The optimal pattern of the gaps 8 on the plate 9 and the relationship between the width of the gaps 8, the dimensions of the outlet zones 7 and the diameters of the outlet openings 6 can be easily determined by a person skilled in the art based on their experience and understanding. It is recommended to choose an irregular pattern of gaps 8 in order to prevent resonances if possible.

В показанном примере первичная камера 4 имеет прямоугольную форму. Возможные изменения скорости потока газовоздушной смеси, вызванные этой формой, оказывают значительное влияние на производительность горелки, поскольку наличие промежутков 8 обеспечивает устойчивость горения в широком диапазоне нагрузок, т.е. в широких пределах скоростей потока смеси. In the example shown, the primary chamber 4 has a rectangular shape. Possible changes in the flow rate of the gas-air mixture caused by this form have a significant effect on the performance of the burner, since the presence of gaps 8 provides combustion stability over a wide range of loads, i.e. over a wide range of flow rates of the mixture.

Горелка снабжена также центровочным кольцом 17 вокруг пластины 9 для поддержания выпускаемого потока горючей смеси на кромке пластины 9 в границах этой пластины. Под выступающим внутрь участком центровочного кольца 17 расположен крайний ряд выпускных отверстий 6, выходя из которых, смесь наталкивается на центрирующее кольцо 17, снова создавая завихрение для стабилизации пламени. Между центрирующим кольцом 17 и пластиной 9 имеется шнуровая прокладка 18 из керамического материала. The burner is also provided with a centering ring 17 around the plate 9 to maintain the exhaust flow of the combustible mixture at the edge of the plate 9 within the boundaries of this plate. Under the inwardly extending portion of the centering ring 17, there is an extreme row of outlet openings 6, exiting from which, the mixture encounters the centering ring 17, again creating a swirl to stabilize the flame. Between the centering ring 17 and the plate 9 there is a cord gasket 18 made of ceramic material.

Рекомендуется использовать и другие средства стабилизации горения смеси при ее высоких скоростях подачи, помимо вышеописанного (это могут быть, например, полосы охлажденного материала, стабилизирующие горение и расположенные на некотором расстоянии от первичных выпускных отверстий 6). Можно предусмотреть также комбинации описанных средств стабилизации горения. It is recommended to use other means of stabilizing the combustion of the mixture at its high feed rates, in addition to the above (these can be, for example, strips of chilled material that stabilize combustion and are located at some distance from the primary outlet 6). Combinations of the described combustion stabilization means may also be provided.

Claims

1. A burner comprising a mixer with a gas-air mixture supply channel and a fire head with a combustion stabilizer and at least one primary mixing chamber connected by its at least one inlet to the gas-air mixture supply channel having a diameter equal to the diameter of the chamber inlet and to the atmosphere by at least one outlet, and the diameter of each said outlet is less than the diameter of the gas-air mixture supply channel, characterized in that the outlet rvichnoy mixing chamber grouped into several zones with a symmetrical pattern of their output sections and the flame stabilizer is formed intermittently along the boundaries of these zones.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the primary mixing chamber is covered by a plate and the output sections of said outlet openings of this chamber are located on the plate with the formation of an asymmetric pattern.

3. A burner comprising a mixer with a gas-air mixture supply channel and a fire head with a combustion stabilizer and at least one primary mixing chamber connected by its at least one inlet to a gas-air mixture supply channel having an equivalent diameter equal to the diameter of the inlet chamber, and to the atmosphere by at least one outlet, the diameter of each said outlet being less than the diameter of the gas-air mixture supply channel, characterized in that it is stable the combustion isator is formed by at least one secondary mixing chamber installed with a gap in front of the primary chamber along the mixture and connected to the atmosphere by at least one outlet, and to the gas-air mixture supply channel by at least one inlet channel, the diameters of the inlet and outlet the holes are smaller than the diameter of the gas-air mixture supply channel, and the outlet of the secondary chamber is located near the outlet of the primary chamber.

4. The burner according to claims 1 to 3, characterized in that it is made of ceramic material.

5. The burner according to claim 3, characterized in that the secondary mixing chamber is located around the primary mixing chamber with the formation of an annular cavity and its inlet channels are arranged radially around the periphery, and the cavity of the primary mixing chamber is made in the form of a cylinder, and the outlet openings are placed around its periphery radially.

6. The burner according to claim 5, characterized in that the fire head is formed of several sequentially placed secondary and primary mixing chambers connected to one another through an axial hole.

7. The burner according to claim 3, characterized in that the gas-air mixture supply channel and both chambers are made with slotted longitudinal and transverse sections, and the inlet channels are made on at least one of the large sides of the slit, and the outlet openings of the primary chamber are arranged with a given step .