RU2093751C1

RU2093751C1 - Gaseous-fuel furnace with controlled flow turbulence of gas-air mixture admitted to combustion chamber

Info

Publication number: RU2093751C1
Application number: RU96103115A
Authority: RU
Inventors: Альберт Владимирович Воловик; Ольга Альбертовна Воловик; Владимир Леонидович Горбунов; Ирина Альбертовна Долгоносова; Олег Владиславович Климов; Ханс Кюшвайгер
Original assignee: Альберт Владимирович Воловик; Ольга Альбертовна Воловик; Владимир Леонидович Горбунов; Ирина Альбертовна Долгоносова; Олег Владиславович Климов; Ханс Кюшвайгер
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: power engineering; air heaters of blast furnaces, and other heating apparatuses. SUBSTANCE: furnace has combustion chamber, precombustion chamber, burner, in the form of two coaxially arranged pipings external one having diameter D_I and internal piping, diameter D₂, which function to supply combustible gas and air in separate streams. Inner diameter of precombustion chamber equals hydraulic diameter of burner external piping diameter D_I; length of precombustion chamber l_pr=/ I-9 / D_I; installed in internal pipe of burner is antifluctuation device in the form of shell with longitudinal grooves formed by flat partitions and spaced / I-3 / D_I from combustion chamber. Hydraulic diameter of channels d in peripheral part of furnace d=/ 0,I-0,5 / D_I; diameter of channels in part is 2d. Central channels have additional movable walls dividing each central channel into two equal sections by means of actuating mechanism controlled by command signals coming from microcomputer incorporated in process control and monitoring system that functions to afford spectral expansion of gas pressure fluctuation frequency amplitudes and to yield commands for shifting movable walls of channels according to amplitudes of 3-7 Hz range while maintaining amplitude values at minimum. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горелочным устройствам, используемым в энергетике, а также в воздухонагревателях доменных печей и других нагревательных аппаратах. The invention relates to burners used in the energy sector, as well as in air heaters of blast furnaces and other heating devices.

Известны металлические горелки доменных воздухонагревателей типа "труба в трубе", где газ и воздух подводятся к камере горения двумя коаксиально расположенными трубопроводами и один из компонентов сжигаемой газовоздушной смеси подводится по центральному трубопроводу, а другой по зазору между стенками внутреннего и наружного трубопроводов [1]
К недостаткам таких горелочных устройств относятся:
пульсации давления сжигаемых газовых сред, вызывающие значительные вибрации отдельных элементов газовых горелок и преждевременный выход из строя этих элементов и внутреннего слоя огнеупорной кладки камер горе- ния;
повышенный расход топлива на нагрев технологического воздуха (газа, воды) из-за недостаточно эффективного перемешивания газа с воздухом в камере горения;
низкая производительность горелочных устройств, повысить которую простой заменой горелки на более производительную не удается, так как при этом пульсации давления газов возрастают до недопустимых значений, и, как следствие,
необходимость сооружать 4 и даже 5 регенеративных нагревательных аппаратов в блоке для обеспечения бесперебойного нагрева технологического воздуха, так как нагрев керамической регенеративной насадки нагревателей продуктами сгорания сжигаемых газов происходит в несколько раз медленнее, чем объем тепла с насадки нагреваемым технологическим воздухом.Known metal burners of blast-furnace air heaters of the pipe-in-pipe type, where gas and air are supplied to the combustion chamber by two coaxially arranged pipelines and one of the components of the combusted gas-air mixture is supplied through the central pipeline and the other by the gap between the walls of the internal and external pipelines [1]
The disadvantages of such burner devices include:
pressure pulsations of combusted gas media, causing significant vibrations of individual elements of gas burners and premature failure of these elements and the inner layer of the refractory masonry of the combustion chambers;
increased fuel consumption for heating process air (gas, water) due to insufficiently effective mixing of gas with air in the combustion chamber;
low productivity of the burner devices, which cannot be improved by simply replacing the burner with a more efficient one, since in this case the gas pressure pulsations increase to unacceptable values, and, as a result,
the need to build 4 or even 5 regenerative heating devices in the unit to ensure uninterrupted heating of the process air, since the heating of the ceramic regenerative nozzle of the heaters by the products of combustion of the combusted gases occurs several times slower than the amount of heat from the nozzle of the heated process air.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является газовая горелка [2] где с целью повышения производительности горелки посредством подавления пульсаций давления воспламеняющихся газовых сред в горелку устанавливается вставка с продольными сквозными каналами, отстоящая от форкамеры на расстоянии, равном 1 5 ее гидравлических диаметров, а длина каналов и суммарная площадь их сечения составляет соответственно 5 10 их гидравлических диаметров и 0,85 0,98 от поперечного сечения вставки. The closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved positive effect is a gas burner [2] where, in order to increase burner productivity by suppressing pressure pulsations of flammable gas media, an insert with longitudinal through channels is installed in the burner, spaced from its chamber at a distance equal to 1 5 of it hydraulic diameters, and the length of the channels and the total area of their cross-section is respectively 5 10 of their hydraulic diameters and 0.85 0.98 from the cross section insertion.

Разделение потоков подаваемых в камеру горения компонентов сжигаемой газовоздушной смеси на множество мелких струй значительно уменьшает масштаб турбулентности этих потоков и улучшает качество смешения газа и воздуха перед их воспламенением. Практика применения таких воздухонагревателей Череповецкого и Орско-Халиловского металлургических комбинатов подтвердила ожидающуюся эффективность этих устройств. В несколько раз сократились величины амплитуд пульсаций давления газов в камерах горения, снизились потери напора в форкамерах, составляющие ранее 50% от общих потерь по всему тракту "горелка-воздухонагреватель". Сократился расход электроэнергии на преодоление сопротивления дымовых трактов греющими газами. Возросла стойкость кладки камер горения воздухонагревателей, работающих после установки ПУ без ремонтов более 10 лет на Череповецком металлургическом комбинате. Появилась возможность повысить производительность газовых горелок и повысить температуру нагреваемого воздуха. The separation of the streams of components of the combusted air-gas mixture supplied to the combustion chamber into many small jets significantly reduces the turbulence of these streams and improves the quality of mixing gas and air before igniting them. The practice of using such air heaters of the Cherepovets and Orsk-Khalilovsky metallurgical plants confirmed the expected effectiveness of these devices. The amplitudes of the pulsations of gas pressure in the combustion chambers decreased several times, and the pressure losses in the prechambers decreased, which were previously 50% of the total losses throughout the burner-air heater path. Reduced energy consumption to overcome the resistance of smoke paths with heating gases. The resistance of the masonry of the combustion chambers of air heaters, which have been working after installing PU without repairs for more than 10 years at the Cherepovets Metallurgical Plant, has increased. There was an opportunity to increase the performance of gas burners and increase the temperature of the heated air.

Вместе с тем упомянутое авторское свидетельство [2] не учитывает ряд особенностей, имеющих место в работе горелочных устройств. К ним относятся:
излишняя удаленность противопульсационных устройств ПУ от камеры горения, сжимающая их эффективность;
необходимость рассчитывать и конструировать ПУ для каждого воздухонагревателя в отдельности;
оптимальная работа ПУ только при одном режиме работы горелок (расчетном) и заметное снижение эффективности ПУ при изменении расхода газовых сред, колебаниях калорийности горючего газа, изменении коэффициент избытка воздуха в сжигаемой газовоздушной смеси;
отсутствие четких ориентиров для выбора диаметра продольных сквозных отверстий (каналов) ПУ,
допускаемая возможность одновременной установки ПУ как в воздушном, так и в газовом трактах горелки, что не улучшает работу горелки и даже ухудшает.However, the aforementioned copyright certificate [2] does not take into account a number of features that occur in the operation of burner devices. These include:
excessive remoteness of anti-pulsation devices PU from the combustion chamber, compressing their effectiveness;
the need to calculate and design PUs for each heater individually;
optimal operation of the PU only with one mode of operation of the burners (design) and a noticeable decrease in the efficiency of the PU when changing the flow of gas media, fluctuations in the calorific value of the combustible gas, changing the coefficient of excess air in the combusted gas mixture;
lack of clear guidelines for choosing the diameter of the longitudinal through holes (channels) of the PU,
the permissible possibility of simultaneous installation of PU in the air and gas paths of the burner, which does not improve the operation of the burner and even worsens.

Настоящее изобретение имеет целью устранить отмеченные выше недостатки горелочных устройств и горелок, оборудованных упомянутыми ПУ. The present invention aims to eliminate the above-mentioned disadvantages of burner devices and burners equipped with the mentioned PU.

Для этого предусматривается выполнение следующих мероприятий:
1. Горелочные устройства доменных и им подобных нагревателей выполняются в виде устройства типа "труба в трубе", т. е. в виде двух коаксиально установленных труб, по которым в камеру горения подводятся отдельными потоками горючий газ и окислитель (воздух) см. фиг. 1. Внутренний диаметр наружной трубы горелки 1 D₁ делается равным гидравлическому диаметру форкамеры 2, расположенной между горелкой и камерой горения 3. По технологической необходимости камера горения может герметично отделяться от горелки отделительной задвижкой 4. Камера горения и форкамера имеют огнеупорную футеровку 5.For this, the following measures are envisaged:
1. Burners of blast furnaces and similar heaters are made in the form of a pipe-in-pipe type device, that is, in the form of two coaxially installed pipes, through which combustible gas and an oxidizing agent (air) are supplied into the combustion chamber by separate flows, see FIG. 1. The inner diameter of the outer tube of the burner 1 D ₁ is made equal to the hydraulic diameter of the prechamber 2 located between the burner and the combustion chamber 3. According to the technological need, the combustion chamber can be hermetically separated from the burner by a shutter valve 4. The combustion chamber and the prechamber have a refractory lining 5.

Диаметр центральной трубы 6 горелки D₂ определяется из условий поддержания отношения средней скорости газовой среды, подаваемой по трубе 6, к скорости среды, движущейся по кольцевому зазору между трубами 1 и 6, в пределах 0,85-1,5.The diameter of the Central tube 6 of the burner D ₂ is determined from the conditions of maintaining the ratio of the average velocity of the gas medium supplied through the pipe 6, to the speed of the medium moving along the annular gap between the pipes 1 and 6, in the range of 0.85-1.5.

Промышленная практика показала, что при сжигании газообразных топлив в камерах горения воздухонагревателей и других технологических агрегатов в них возникают пульсации давления газообразных сред с несколькими дискретными диапазонами частот, лежащих в пределах от 3 до 40 Герц. Из них наибольшую опасность, например, для доменных воздухонагревателей, представляют частоты диапазона 3 7 Герц, имеющие наибольшую амплитуду колебаний давления газов и вызывающие ограничение производительности горелок, вывод из строя горелочных устройств и внутреннего слоя огнеупорной кладки камер горения, неполноту сгорания и перерасход топлива на нагрев воздушного дутья. Пульсации давления газов с частотой выше 12 Герц, наоборот, улучшают полноту сгорания газов и не оказывают существенного влияния на вибрации и стойкость оборудования и элементов конструкции газовых трактов. Industrial practice has shown that during the combustion of gaseous fuels in the combustion chambers of air heaters and other technological units, pressure pulsations of gaseous media with several discrete frequency ranges ranging from 3 to 40 Hertz arise in them. Of these, the greatest danger, for example, for blast-furnace heaters, is represented by frequencies of the 3 7 Hertz range, which have the highest amplitude of gas pressure fluctuations and cause a restriction in burner productivity, failure of burner devices and the inner layer of the refractory masonry of the combustion chambers, incomplete combustion and excessive consumption of fuel for heating air blast. The pulsations of gas pressure with a frequency above 12 Hertz, on the contrary, improve the completeness of combustion of gases and do not significantly affect the vibration and durability of equipment and structural elements of gas paths.

Эксперименты показали, что пульсации давления с частотами 3 7 Герц порождаются вихрями газового потока, подаваемого по центральной трубе 6 горелки и определяются масштабом турбулентности этого потока. Расчленение этого потока на 2, 3 и т.д. равные части пластинчатыми перегородками, устанавливаемыми внутри трубы 6, уменьшают амплитуды пульсаций давления газов. Для получения положительного эффекта длина этих перегородок l в направлении движения газа должна быть такой, чтобы в образуемых ими каналах успевали сформироваться устойчивые газовые струи, сохраняющие свои свойства и после выхода из каналов в форкамеру. Для этого длина каналов должна составлять 5 - 10 калибров, т.е. должна быть в 5 10 раз больше их гидравлического диаметра d. Объединенные в единую конструкцию, вставляемую в центральную трубу 6, такие пластинчатые вставки образуют противопульсационное устройство (ПУ) 7, показанное на фиг. 2. При дальнейшем уменьшении гидравлических диаметров каналов ПУ и соответствующем уменьшении их длины с сохранением 5 10 калибров амплитуда давления газов продолжает уменьшаться до достижения оптимальной величины диаметра d каналов, а потом начинает возрастать. The experiments showed that pressure pulsations with frequencies of 3 7 Hertz are generated by vortices of the gas stream supplied through the central tube 6 of the burner and are determined by the scale of turbulence of this stream. The division of this stream into 2, 3, etc. equal parts with plate walls installed inside the pipe 6 reduce the amplitudes of gas pressure pulsations. To obtain a positive effect, the length of these partitions l in the direction of gas movement must be such that stable gas jets have time to form in the channels formed by them, retaining their properties even after exiting the channels into the prechamber. For this, the length of the channels should be 5 - 10 calibers, i.e. should be 5 to 10 times their hydraulic diameter d. Combined into a single structure inserted into the central pipe 6, such plate inserts form an anti-pulsation device (PU) 7, shown in FIG. 2. With a further decrease in the hydraulic diameters of the PU channels and a corresponding reduction in their length while maintaining 5 10 calibers, the gas pressure amplitude continues to decrease until the optimum diameter d of the channels is reached, and then begins to increase.

2. Если в противопульсационном устройстве ПУ диаметры всех каналов одинаковы, то работа каналов, расположенных в осевой части потока, малоэффективна, так как после выхода пакета струй из ПУ все струи постепенно размываются на расстоянии 5 10 калибров от места выхода из ПУ, и их эжектирующее воздействие на газовый поток, выходящий из периферийного кольца между трубами 1 и 6, исчезает практически одновременно у всех струй. При этом в некоторых случаях периферийный компонент газовоздушной смеси не успевает проникнуть в осевую часть потока газа, выходящего из центральной трубы 6. Сгорание этого газа, не успевшего смешаться с другим компонентом, происходит в камере горения с такими же пульсациями с частотой 3 7 Герц, как и при отсутствии ПУ в горелке, но с меньшими амплитудами пульсаций, поскольку доля несмешавшегося с другим компонентом газа в случае наличия в горелке ПУ значительно уменьшается. 2. If the diameters of all channels are the same in the anti-pulsation device of the launcher, the operation of the channels located in the axial part of the flow is ineffective, since after the packet of jets leaves the launcher, all the jets are gradually eroded at a distance of 5 10 calibres from the exit from the launcher, the effect on the gas stream leaving the peripheral ring between pipes 1 and 6 disappears almost simultaneously in all jets. Moreover, in some cases, the peripheral component of the gas-air mixture does not have time to penetrate into the axial part of the gas stream exiting the central pipe 6. The combustion of this gas, which has not had time to mix with the other component, occurs in the combustion chamber with the same pulsations with a frequency of 3 7 Hertz as and in the absence of PU in the burner, but with lower pulsation amplitudes, since the proportion of gas unmixed with the other component in the case of the presence of PU in the burner is significantly reduced.

Для увеличения полноты смешения в форкамере компонентов газовоздушной смеси, а следовательно, и дальнейшего уменьшения амплитуд пульсаций давления воспламеняющихся газов, диаметры ячеек ПУ, расположенных в его осевой части, необходимо делать большей величины, чем диаметры периферийных ячеек ПУ. Такие струи имеют соответственно более длинный путь существования после выхода из ячеек ПУ и продолжают эжектировать периферийные газы к центру потока и тогда, когда периферийные струи, вышедшие из ПУ, уже прекратили свое существование. To increase the completeness of mixing in the chamber of the gas-air mixture components, and consequently, to further reduce the amplitudes of the pressure pulsations of flammable gases, the diameters of the PU cells located in its axial part must be made larger than the diameters of the peripheral PU cells. Such jets have a correspondingly longer path of existence after exiting the PU cells and continue to eject peripheral gases to the center of the flow even when the peripheral jets emerging from the PU have already ceased to exist.

3. ПУ, рассчитанные на сжигание оптимальных количеств газообразного топлива в единицу времени, дают максимальный положительный эффект при расчетном режиме работы горелки. Если же по производственной необходимости меняется расход газа, сжигаемого в единицу времени, или по условиям работы предприятия самопроизвольно меняется калорийность сжигаемого газа, коэффициент избытка воздуха в газовоздушной смеси, то условия сжигания газа в камере горения ухудшаются, пульсации давления газов возрастают. Для предотвращения возрастания пульсаций, вызываемого изменением условий работы горелок, необходимо изменять масштаб турбулентности струй, формируемых ПУ. Для этой цели производится непрерывное измерение величин пульсаций давления датчикам 8, а результаты измерений обрабатываются микропроцессором 9, рассчитывающим значения величин амплитуд пульсаций разных частот, имеющих место в газовой среде, и по значениям амплитуд пульсаций с частотой 3 7 Герц вырабатывающим команды для принятия мер путем изменения масштаба турбулентности потока газовоздушной смеси в форкамере. 3. PU, designed to burn the optimal amount of gaseous fuel per unit time, give the maximum positive effect in the design mode of operation of the burner. If, due to production needs, the flow rate of gas burned per unit of time changes, or according to the operating conditions of the enterprise, the calorific value of the gas burned and the coefficient of excess air in the gas-air mixture spontaneously change, the gas combustion conditions in the combustion chamber deteriorate, gas pressure pulsations increase. To prevent an increase in pulsations caused by a change in the operating conditions of the burners, it is necessary to change the scale of turbulence of the jets formed by the PU. For this purpose, the pressure pulsation values are continuously measured by the sensors 8, and the measurement results are processed by the microprocessor 9, which calculates the values of the pulsation amplitudes of different frequencies that occur in the gas medium, and from the values of the pulsation amplitudes with a frequency of 3 7 Hertz generating commands for taking measures by changing the turbulence scale of the air-gas mixture flow in the prechamber.

Для изменения масштаба турбулентности струй, формируемых ПУ, часть осевых каналов ПУ, имеющих гидравлические диаметры больших размеров, чем периферийные каналы, и занимающих 40 50% всей площади проходного сечения ПУ, имеют, кроме неподвижных стенок 10, подвижные стенки 11, которые при помощи штока 12 и привода 13 могут перемещаться из положения, разделяющего большие каналы ПУ на две равные части, отмеченные на фиг. 2 пунктирными линиями, до положения полного соприкосновения со стенками 10. По результатам команд, вырабатываемых микропроцессором 9, эти стенки перемещаются в то или иное положение приводом 13 при помощи штока (или винта) 12. To change the scale of turbulence of the jets formed by the PU, part of the axial channels of the PU, having hydraulic diameters larger than the peripheral channels, and occupying 40 to 50% of the entire cross-sectional area of the PU, have, in addition to the fixed walls 10, movable walls 11, which, using the rod 12 and the actuator 13 can be moved from a position dividing the large channels of the PU into two equal parts, marked in FIG. 2 by dashed lines, to the position of full contact with the walls 10. According to the results of the commands generated by the microprocessor 9, these walls are moved to one position or another by the actuator 13 using the rod (or screw) 12.

4. Оптимальное значение гидравлического диаметра d каналов ПУ определяется двумя факторами:
а) При очень малых диаметрах d каналов ПУ длина существования l_d сформированных РУ струй после выхода их из ПУ будет тоже очень мала, и они не окажут практически никакого воздействия на периферийный поток другого газового компонента. Поэтому необходимо, чтобы длина струй l_d после выхода их из ПУ была не меньше диаметра канала D₁, в который истекают струи газа из ПУ. Следовательно, должно иметь место d≥0,1D₁.4. The optimal value of the hydraulic diameter d of the PU channels is determined by two factors:
a) With very small diameters d of the PU channels, the length of existence l _{d of the} formed RU jets after they exit the PU will also be very small, and they will have practically no effect on the peripheral flow of another gas component. Therefore, it is necessary that the length of the jets l _d after their exit from the PU was not less than the diameter of the channel D ₁ into which the gas jets from the PU flow. Therefore, d≥0,1D ₁ should take place.

б) При очень большой длине форкамеры l_ф может оказаться, что после размывания струй, сформированных в ПУ, остается достаточно длинный участок форкамеры, превышающий 5 D₁, на котором снова могут сформироваться вихри газового потока с масштабом турбулентности D₁, и значительная часть работы, выполненной ПУ, будет уничтожена. Чтобы это не произошло, необходимо иметь значение d, обеспечивающее длины существования сформированных струй l_d не менее l_d≥L_ф 4 D₁. И если учесть, что l_d 10d, то d≥0,1/l_ф 4 D₁/. Отсюда видно, что с увеличением длины форкамеры диаметры каналов d в ПУ должны увеличиваться, а при достижении значения l_ф 14 D₁ значение d становится равным D₁, что говорит о том, что ПУ вообще отсутствует. Поэтому расстояние от места выхода газового потока из ПУ до входа в камеру горения, т.е. длина форкамеры l_ф, не должно превышать 9 D₁ l_ф≅9 D₁. Практика показала, что гидравлический диаметр каналов ПУ не должен превышать половины диаметра форкамеры: d≥0,5 D₁. При этом площадь сечения одного канала ПУ не превышает 25% площади проходного сечения форкамеры.b) With a very long prechamber length l _{f, it} may turn out that after erosion of the jets formed in the PU, a sufficiently long section of the prechamber remains, exceeding 5 D ₁ , on which gas flow vortices with a turbulence scale D ₁ can again form, and a significant part of the work executed by PU will be destroyed. To prevent this from happening, it is necessary to have a value of d, ensuring the length of existence of the formed jets l _d not less than l _d ≥L _f 4 D ₁ . And if we consider that l _d 10d, then d≥0.1 / l _f 4 D ₁ /. This shows that with an increase in the length of the prechamber the diameters of the channels d in the control room must increase, and when the value l _f 14 D _{1 is} reached, the value of d becomes equal to D ₁ , which indicates that the control unit is completely absent. Therefore, the distance from the place of exit of the gas stream from the PU to the entrance to the combustion chamber, i.e. the length of the prechamber l _f , must not exceed 9 D ₁ l _f ≅ 9 D ₁ . Practice has shown that the hydraulic diameter of the PU channels should not exceed half the diameter of the prechamber: d≥0.5 D ₁ . Moreover, the cross-sectional area of one channel PU does not exceed 25% of the area of the passage section of the prechamber.

Эксперименты показали, что установка ПУ в горелки типа "труба в трубе" приводит к сокращению расхода топлива на нагрев технологического воздуха (дутья) не менее чем на 2% и дает возможность повысить производительность существующих горелок настолько, что в блоке воздухонагревателей, состоящем из 4 аппаратов, можно один из аппаратов выводить из работы, а остальными тремя аппаратами обеспечить нормальный нагрев дутья. При увеличении мощности вентиляторов, подающих воздух горения в горелку, можно обеспечить полноценный нагрев дутья двумя аппаратами в блоке, т.е. можно производить нагрев насадки регенераторов быстрее, чем происходит ее охлаждение при нагреве дутья. Experiments have shown that the installation of PU in tube-in-tube burners reduces fuel consumption for heating process air (blast) by at least 2% and makes it possible to increase the performance of existing burners so much so that in a block of air heaters consisting of 4 devices , one of the devices can be taken out of operation, and the other three devices can ensure normal heating of the blast. With an increase in the power of the fans supplying combustion air to the burner, it is possible to ensure complete heating of the blast by two devices in the unit, i.e. it is possible to heat the nozzle of the regenerators faster than it is cooling when the blast is heated.

На фиг. 1 показано горелочное устройство с газовой горелкой типа "труба в трубе" с противопульсационным устройством 7, установленным в центральной трубе 6, по которой подводится воздух. По зазору между двумя коаксиально установленными трубами 1 и 6 подводится газ. Поступающие в форкамеру 2 газ и воздух перемешиваются и, попадая в камеру горения 3, воспламеняются от горячей огнеупорной кладки 5. In FIG. 1 shows a burner device with a gas burner of the pipe-in-pipe type with an anti-pulsation device 7 installed in a central pipe 6 through which air is supplied. At the gap between the two coaxially installed pipes 1 and 6, gas is supplied. The gas and air entering the pre-chamber 2 are mixed and, entering the combustion chamber 3, are ignited by the hot refractory masonry 5.

На фиг. 2 показано противопульсационное устройство ПУ. Периферийные каналы ПУ имеют гидравлический диаметр d. Центральные каналы при отведенных к стенке подвижных перегородках 11 имеют гидравлический диаметр 2d, а при положении подвижных стенок 11 в центре канала (показано пунктиром) образуются каналы с гидравлическим диаметром 1,33d. Оптимальное положение подвижных перегородок определяется и устанавливается системой контроля и управления технологическими параметрами на основе микроЭВМ, обрабатывающей показания датчика пульсаций давления 8 и вырабатывающей командные сигналы на изменение положения подвижных перегородок 11 при помощи микропроцессора 9 и исполнительного механизма 13. In FIG. 2 shows the anti-pulsation device PU. The peripheral channels of PU have a hydraulic diameter d. The central channels with the movable partitions 11 allocated to the wall have a hydraulic diameter of 2d, and with the position of the movable walls 11 in the center of the channel (shown by a dotted line), channels with a hydraulic diameter of 1.33d are formed. The optimal position of the movable partitions is determined and set by a system for monitoring and controlling technological parameters on the basis of a microcomputer that processes the readings of the pressure pulsation sensor 8 and generates command signals to change the position of the movable partitions 11 using a microprocessor 9 and an actuator 13.

При необходимости поставить воздухонагревательный аппарат с камерой горения 3 на режим нагрева его продуктами сгорания горючего газа открывается задвижка 4, включается подача воздуха по центральному трубопроводу 6 и подача газа по периферийному каналу между трубами 1 и 6. Воздух и газ перемешиваются в форкамере 2 и, поступая в камеру горения 3, воспламеняются от разогретой кирпичной кладки 5. Продукты сгорания, проходя через нагревательный аппарат, отдают ему свое тепло и уходят в дымовую трубу (на фиг. не показано). Возникающие при горении газа пульсации давлений измеряются датчиком пульсаций 8, а результаты этих измерений обрабатываются микропроцессором 9, который по рассчитанным значениям амплитуд пульсаций давления с частотой 3 7 Герц вырабатывает и выдает командные сигналы на приводной механизм 13 для изменения положения подвижных перегородок 11 противопульсационного устройства 7, поддерживая таким образом значения пульсаций давления газов с частотой 3 7 Герц на минимуме, соответствующем установленному режиму работы горелки. При окончании нагрева аппарата подача газа и воздуха в горелку прекращается, и задвижка 4 закрывается, отделяя герметично нагревательный аппарат от горелки. В начальный период работы горелки при малых расходах газа подвижные перегородки 11 центральных ячеек ПУ держатся прижатыми к неподвижным стенкам 10 ячеек, устанавливая таким образом гидравлический диаметр этих ячеек равным 2d. При максимальных расходах газа, подаваемого в горелку, перегородки 11 занимают положение, при котором проходное сечение центральных ячеек ПУ делится на две равные части, и гидравлический диаметр ячеек составляет 1,33d. В промежуточных режимах расхода газа на горелку перегородки 11 устанавливаются в промежуточных положениях между двумя крайними положениями в соответствии с программой регулирования, заложенной в микропроцессор 9. При необходимости микропроцессор может быть отключен и положение перегородок 11 может устанавливаться вручную при помощи специальной рукоятки, имеющейся на приводном механизме 13. If necessary, put the air heater with the combustion chamber 3 in the mode of heating it with the products of combustion of combustible gas, the valve 4 opens, the air supply through the central pipe 6 is turned on and the gas supply through the peripheral channel between the pipes 1 and 6. Air and gas are mixed in the prechamber 2 and into the combustion chamber 3, ignited from the heated brickwork 5. The combustion products passing through the heating apparatus give them their heat and go into the chimney (not shown in Fig.). The pressure pulsations that occur during gas combustion are measured by a pulsation sensor 8, and the results of these measurements are processed by a microprocessor 9, which, based on the calculated values of the pressure pulsation amplitudes with a frequency of 3 7 Hertz, generates and issues command signals to the drive mechanism 13 to change the position of the movable partitions 11 of the anti-pulsation device 7, thus maintaining the values of gas pressure pulsations with a frequency of 3 7 Hertz at a minimum corresponding to the established operating mode of the burner. When the heating of the apparatus is completed, the supply of gas and air to the burner is stopped, and the valve 4 closes, separating the heater from the burner hermetically. In the initial period of operation of the burner at low gas flow rates, the movable partitions 11 of the PU central cells are kept pressed against the fixed walls of 10 cells, thus setting the hydraulic diameter of these cells to 2d. At maximum gas flow rates supplied to the burner, the baffles 11 occupy a position in which the flow area of the central cells of the PU is divided into two equal parts, and the hydraulic diameter of the cells is 1.33 d. In intermediate modes of gas flow to the burner, the partitions 11 are installed in intermediate positions between the two extreme positions in accordance with the control program embedded in the microprocessor 9. If necessary, the microprocessor can be turned off and the position of the partitions 11 can be manually set using the special handle on the drive mechanism 13.

Промышленными экспериментами доказано, что при снижении пульсаций давления газов с частотой 3 7 Герц в доменных воздухонагревателях уменьшается расход газа на нагрев дутья и соответственно уменьшается количество выбросов в атмосферу продуктов сгорания, содержащих токсичные компоненты недожога топлива (окись углерода). It has been proved by industrial experiments that with a decrease in gas pressure pulsations with a frequency of 3 7 Hertz in blast air heaters, gas consumption for heating the blast decreases and, accordingly, the amount of emissions of combustion products containing toxic components of fuel underburning (carbon monoxide) decreases.

При установке противопульсационных устройств в горелки центр факела горения газов в камере горения воздухонагревателя смещается ближе к горелке и становится менее ярко выраженным ("размазанным"). Это позволяет при той же температуре кладки в подкупольном пространстве воздухонагревателя нагревать дутье, подаваемое в доменную печь, до более высоких температур (на 20 - 40^oC выше).When anti-pulsation devices are installed in the burners, the center of the gas flame in the combustion chamber of the air heater shifts closer to the burner and becomes less pronounced (“smeared”). This allows at the same masonry temperature in the domed space of the air heater to heat the blast supplied to the blast furnace to higher temperatures (20 - 40 ^o C higher).

Claims

A device for burning gaseous fuel, comprising a combustion chamber, a pre-chamber, a burner in the form of two coaxially arranged pipelines with an external diameter D ₁ and an internal diameter D ₂ supplying combustible gas and air (oxidizing agent) in separate streams, characterized in that the inner diameter of the pre-chamber located between the chamber combustion and the burner itself, is equal to the hydraulic diameter of the outer pipe of the burner D ₁ , and the length of the prechamber l _f is l _f (1 9) D ₁ , that component is fed through the internal pipe of the burner gas-air mixture, the flow rate of which is not less than 0.85 of the flow rate of the second component of the mixture, an anti-pulsation shell device with longitudinal through channels formed by lamellar partitions is installed in the burner’s internal pipeline, spaced from the combustion chamber at a distance of (1 9) D ₁ , which occupies the entire passage section the burner inner pipe and having a total passage area of 0.90 0.96 of the cross section of the burner inner pipe, and the hydraulic diameter d of the channels of the peripheral part of the otivopulsatsionnoy device occupying 50 to 60% of the total bore is equal to d (0,1 0,5) D ₁ , and the hydraulic diameter of the channels of the Central part of the anti-pulsation device, occupying 40 50% of the total bore, is 2d, in these channels there are additional movable plate walls, through which each of these channels can be divided into two channels with a hydraulic diameter of 1.33d using an actuator that receives command signals from the microcomputer of the control system and technological parameters which decomposes into the spectrum of the amplitude of the frequency of pulsations of gas pressure in the burner, measured by pulsation sensors, into separate characteristic intervals and by the values of amplitudes averaged over the control periods corresponding to frequencies in the range of 3 to 7 Hz, generating command signals for moving the moving walls of the channels of the anti-pulsation device with the purpose of maintaining the amplitudes of the specified frequency range at a minimum level.