RU2115063C1

RU2115063C1 - Gas burner

Info

Publication number: RU2115063C1
Application number: RU96116185/06A
Authority: RU
Inventors: ник Иван Петрович Слобод; Иван Петрович Слободяник
Original assignee: Иван Петрович Слободяник
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-07-10

Abstract

FIELD: devices for burning gases in furnaces of thermally stressed technological plants; petrochemical, power and other industries; metallurgy. SUBSTANCE: collector of gas burner consists of cylindrical swirler rings of various diameters which are mounted coaxially relative to longitudinal axis of mixer; swirler rings are hollow on side of inlet; they have helical multistart passages on side of outlet to nozzle; direction of helical passages of all swirler rings is similar; swirler rings are divided by circular spaces for passage of air; connected to outer swirler ring on side of inlet on the outside are branch pipes for feeding the fuel gas; hollow cavities of intermediate rings and outer ring are interconnected by means of radial gas supply branch pipes; each ring consists of two half-rings: inner and outer half-rings tightly faying to each other; each half-ring is provided with multistart trapezoidal thread and hollow space; nozzle in form of truncated one is connected to mixer on side of outlet; larger base of this cone is oriented towards mixer; it may move along axis and may be fixed in preset position. EFFECT: enhanced efficiency of burning fuel gas in burner. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания газов в топках теплонапряженных технологических установок и может быть использовано в нефтехимической, энергетической, металлургической промышленности и в других отраслях народного хозяйства. The invention relates to a device for burning gases in the furnaces of heat-stressed technological installations and can be used in the petrochemical, energy, metallurgical industry and in other sectors of the national economy.

Известна газовая горелка, содержащая корпус с установленным на входе коллектором, наклонные сопла которого размещены между лопатками завихрителя, причем сопла коллектора на выходе снабжены газоструйными вихревыми генераторами акустических колебаний [1]. Known gas burner comprising a housing with a collector installed at the inlet, inclined nozzles of which are located between the blades of the swirler, and the nozzle of the collector at the outlet is equipped with gas-jet vortex generators of acoustic vibrations [1].

Вращающийся поток воздуха, образующийся лопатками завихрителя, взаимодействует с пульсирующими вихревыми потоками газа, образованными вихревыми генераторами акустических колебаний, в результате чего происходит высокотурбулентное перемещение газа и воздуха и интенсификация химических реакций горения, чем обеспечивается полнота сгорания газового топлива. The rotating air stream generated by the swirl blades interacts with pulsating vortex gas flows formed by vortex generators of acoustic vibrations, as a result of which there is a highly turbulent movement of gas and air and intensification of chemical combustion reactions, which ensures the completeness of combustion of gas fuel.

Недостатком известной газовой горелки является низкая эффективность сжигания газового топлива, особенно в широком диапазоне производительности, что является следствием сосредоточенного взаимодействия газа в виде вихревых потоков только в одном поперечном сечении потока воздуха, что не может обеспечить достижения и полного, и однородного смешения потоков воздуха и газа особенно в широком диапазоне производительности. A disadvantage of the known gas burner is the low efficiency of burning gas fuel, especially in a wide range of performance, which is a consequence of the concentrated interaction of gas in the form of vortex flows in only one cross section of the air stream, which cannot ensure the achievement of a complete and uniform mixing of air and gas flows especially in a wide range of performance.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является газовая горелка, содержащая смеситель, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу с выходной тороидальной амбразурой [2]. Closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a gas burner containing a mixer connected at the inlet to the air supply pipe, and at the outlet to the nozzle with the outlet toroidal embrasure [2].

Известная горелка обеспечивает высокую эффективность сжигания топливного газа в горелке за счет получения однородной смеси в результате рассредоточенного взаимодействия струй газа и воздуха в объеме смесителя. Known burner provides high efficiency combustion of fuel gas in the burner by obtaining a homogeneous mixture as a result of the dispersed interaction of jets of gas and air in the volume of the mixer.

Недостатком известной газовой горелки является понижение эффективности сжигания газового топлива в горелке при изменении производительности в широком диапазоне. A disadvantage of the known gas burner is a decrease in the efficiency of burning gas fuel in the burner with a change in performance over a wide range.

Задача изобретения - повышение эффективности сжигания газового топлива в горелке за счет интенсивного смешения газа с воздухом с помощью газоструйных кольцевых завихрителей с винтовыми каналами. The objective of the invention is to increase the efficiency of burning gas fuel in the burner due to intensive mixing of gas with air using gas-jet ring swirlers with screw channels.

Задача достигается тем, что в газовой горелке, содержащей смеситель, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу, коллектор с патрубками подачи топливного газа, причем коллектор состоит из завихрительных колец различных диаметров и одинаковой длины, коаксиально установленных по отношению к продольной оси смесителя, завихрительные кольца выполнены пустотелыми со стороны входа и с винтовыми многозаходными каналами со стороны выхода к соплу, причем направление винтовых каналов во всех завихрительных кольцах одинаково, между смежными завихрительными кольцами имеются расстояния в радиальных направлениях для прохождения воздуха, к наружному завихрительному кольцу со стороны входа подсоединены с противоположных сторон патрубки подачи топливного газа, а между внутренними и наружными кольцами установлены соединительные радиальные патрубки для перетока газа на уровне патрубков подачи газа, каждое завихрительное кольцо изготовлено из двух полуколец: наружного и внутреннего, плотно примыкающих друг к другу, в каждом из которых со стороны выходов выполнена соответственно внутренняя и наружная многозаходные трапецеидальные резьбы одинакового модуля и выполнены выточки для образования пустот со стороны входа, причем плотно соединенные полукольца между собой по средней осевой линии образуют пустотелое завихрительное кольцо со стороны входа и завихрительные каналы со стороны выхода. Сопло выполнено в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием к смесителю, способного перемещаться вдоль оси с телескопическим соединением со смесителем и фиксироваться в заданном положении в зависимости от соотношения расходов топливного газа и воздуха. Угол наклона образующих усеченного конуса сопла выбирается в зависимости от выходного диаметра сопла и диаметра смесителя с учетом уравнения сплошности газовых потоков на выходе из смесителя в радиальных направлениях в сопле. The objective is achieved in that in a gas burner containing a mixer connected at the inlet to the air supply pipe and at the outlet to the nozzle, a manifold with fuel gas supply pipes, the collector consisting of vortex rings of different diameters and the same length, coaxially mounted with respect to the longitudinal axis of the mixer, the vortex rings are hollow from the inlet side and with multi-start screw channels from the exit side to the nozzle, and the direction of the screw channels in all swirl rings is one of course, between adjacent swirl rings there are distances in the radial directions for air flow, to the outer swirl ring on the inlet side are connected on opposite sides of the fuel gas supply pipe, and between the inner and outer rings are mounted radial connecting pipes for gas flow at the level of the gas supply pipe, each vortex ring is made of two half rings: external and internal, tightly adjacent to each other, in each of which from the outlet side you olnena respectively internal and external multi-start trapezoidal thread are made of the same module and the recess to form a void on the upstream side, and the half-ring tightly connected with each other at the average centerline of the swirl ring form a hollow on the input side and the swirl channels on the output side. The nozzle is made in the form of a truncated cone oriented with a large base to the mixer, capable of moving along the axis with a telescopic connection to the mixer and fixed in a predetermined position depending on the ratio of fuel gas to air flow. The angle of inclination of the generators of the truncated cone of the nozzle is selected depending on the output diameter of the nozzle and the diameter of the mixer, taking into account the equation of continuity of gas flows at the outlet of the mixer in radial directions in the nozzle.

Предлагаемая газовая горелка за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности сжигания газового топлива в горелке за счет интенсивного смешения газа с воздухом с помощью газоструйных кольцевых завихрителей. The proposed gas burner due to its distinctive features provides a solution to the technical problem - increasing the efficiency of burning gas fuel in the burner due to intensive mixing of gas with air using gas-jet ring swirlers.

На фиг. 1 изображена предлагаемая газовая горелка, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А-А на фиг.1; на фиг. 3 - вид Б-Б на фиг.1. In FIG. 1 shows the proposed gas burner, a longitudinal section; in FIG. 2 is a view aa in FIG. 1; in FIG. 3 is a view of BB in FIG. 1.

Газовая горелка (фиг. 1-3) содержит смеситель 1, подключенный на входе к патрубку подачи воздуха, а на выходе к соплу 2, выполненному в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием к смесителю 1 и способного перемещаться вдоль оси с телескопическим соединением со смесителем 1 и фиксироваться в заданном положении с помощью тяг 3 с гайками. Внутри смесителя 1 установлен осесимметрично коллектор, состоящий из завихрительных цилиндрических колец: одного наружного и нескольких внутренних. Каждое завихрительное кольцо состоит из двух полуколец, наружного и внутреннего. Так, наружное завихрительное кольцо состоит из наружного 4 и внутреннего 5 полуколец, а внутреннее завихрительное кольцо состоит из наружного 6 и внутреннего 7 полуколец. Завихрительные кольца выполнены пустотелыми со стороны входа и с винтовыми многозаходными каналами 8 со стороны выхода к соплу 2, причем направление винтовых каналов во всех завихрительных кольцах одинаково. Между наружным полукольцом 4 наружного завихрительного кольца и стенками смесителя 1, как и между внутренним полукольцом 5 и наружным полукольцом 6 внутреннего кольца и между смежными внутренними и наружными полукольцами внутренних колец имеются расстояния в радиальных направлениях для прохождения воздуха. К наружному полукольцу 4 наружного кольца со стороны входа подсоединены с противоположных сторон патрубки 9 подачи топливного газа. Между внутренним полукольцом 5 наружного кольца и наружным полукольцом 6 внутреннего кольца установлены соединительные радиальные патрубки 10 на уровне патрубков подачи газа 9 для распределения газа между внутренними завихрительными кольцами. The gas burner (Fig. 1-3) contains a mixer 1, connected at the inlet to the air supply pipe, and at the outlet to the nozzle 2, made in the form of a truncated cone oriented with a large base to the mixer 1 and able to move along the axis with a telescopic connection to the mixer 1 and lock in position with the help of rods 3 with nuts. Inside the mixer 1, an axially symmetric collector is installed, consisting of vortex cylindrical rings: one outer and several inner. Each vortex ring consists of two half rings, external and internal. So, the outer swirl ring consists of the outer 4 and inner 5 half rings, and the inner swirl ring consists of the outer 6 and inner 7 half rings. The swirl rings are hollow on the inlet side and with multi-start screw channels 8 from the outlet side to the nozzle 2, and the direction of the helical channels in all swirl rings is the same. Between the outer half ring 4 of the outer vortex ring and the walls of the mixer 1, as well as between the inner half ring 5 and the outer half ring 6 of the inner ring and between adjacent inner and outer half rings of the inner rings, there are radial distances for air passage. To the outer semicircle 4 of the outer ring from the input side are connected on opposite sides of the pipe 9 for supplying fuel gas. Between the inner half ring 5 of the outer ring and the outer half ring 6 of the inner ring, radial connecting pipes 10 are installed at the level of the gas supply pipes 9 for distributing gas between the internal swirl rings.

Каждое завихрительное кольцо состоит из двух полуколец, плотно примыкающих друг к другу. В каждом полукольце со стороны сопла 2 выполнена многозаходная трапецеидальная резьба 8 с выступами 11 и впадинами 12 одинакового модуля, причем для наружных полуколец выполнена внутренняя резьба, а для внутренних полуколец 5 - наружная. В полукольцах внутренних 5 и наружных 4 со стороны входа выполнены пустотелые выточки для образования пустот 13 в завихрительном кольце. При плотном примыкании наружного и внутреннего полуколец выступы зубьев полуколец прилегают друг к другу с образованием винтовых замкнутых каналов, по которым движется газ. Для равномерного распределения подачи газа в воздух в смесителе 1 с увеличением диаметра завихрительного кольца количество заходов резьбы увеличивается. Each vortex ring consists of two half rings tightly adjacent to each other. In each semicircle, from the nozzle 2 side, a multi-start trapezoidal thread 8 with protrusions 11 and depressions 12 of the same module is made, moreover, an external thread is made for the outer half rings and an outer thread for the inner half rings 5. In the half rings of the inner 5 and outer 4 from the inlet side, hollow recesses are made for the formation of voids 13 in the swirl ring. When the outer and inner half rings are tightly attached, the protrusions of the teeth of the half rings are adjacent to each other with the formation of helical closed channels through which the gas moves. For a uniform distribution of the gas supply to the air in the mixer 1 with an increase in the diameter of the vortex ring, the number of thread starts increases.

Газовая горелка работает следующим образом. Gas burner operates as follows.

Топливный газ подается (фиг. 1-3) по патрубкам 9 в пустоты 13 наружного завихрительного кольца, откуда через патрубки 10 поступает в пустоты 13 внутренних завихрительных колец и в объемы винтовых каналов 8 завихрительных колец, откуда из винтовых каналов 8 выходят закрученные струи газа в смеситель 1, где смешиваются с воздухом, и закрученный газовоздушный поток перемещается вверх и к середине сопла, из которого выходит на сгорание в топку. Fuel gas is supplied (Figs. 1-3) through nozzles 9 into the voids 13 of the outer vortex ring, from where through nozzles 10 it enters the voids 13 of the inner vortex rings and into the volumes of the screw channels 8 of the vortex rings, from which the swirling gas jets exit from the screw channels 8 into mixer 1, where they are mixed with air, and the swirling gas-air flow moves up and to the middle of the nozzle, from which it goes out to combustion into the furnace.

Для условий смешения топливного газа с воздухом с целью получения однородной смеси требуется рациональное использование энергии закрученных струй топливного газа при выходе в поток воздуха для интенсивного смешения двух газов с близкими физическими свойствами. Таким образом, использование принципа вдува закрученных струй в поток с близкими к вдуваемому агенту физическими свойствами однозначно обеспечивает получение однородной газовой смеси, так как скорость распада струи характеризует интенсивность смешения газовых компонентов. For the conditions of mixing fuel gas with air in order to obtain a homogeneous mixture, the rational use of the energy of swirling jets of fuel gas when entering the air stream for intensive mixing of two gases with similar physical properties is required. Thus, the use of the principle of blowing swirling jets into a stream with physical properties close to the blowing agent unambiguously provides a homogeneous gas mixture, since the rate of decay of the jet characterizes the intensity of mixing of the gas components.

Технические преимущества предлагаемой газовой горелки по сравнению с прототипом заключаются в получении однородной газовоздушной смеси в широком диапазоне производительности газовой горелки за счет интенсивного смешения закрученного потока газа и воздуха. The technical advantages of the proposed gas burner compared to the prototype are to obtain a homogeneous gas-air mixture in a wide range of gas burner productivity due to intensive mixing of the swirling gas and air flow.

Общественно полезные преимущества предлагаемой газовой горелки, вытекающие из технических преимуществ, заключаются в получении однородной газовоздушной смеси, уменьшении коэффициента избытка воздуха для горения, близкого к стехиометрическому, что обеспечивает полноту сгорания газа и повышение температурного уровня в объеме горения и уменьшение удельного расхода газового топлива. The socially useful advantages of the proposed gas burner, resulting from technical advantages, are to obtain a homogeneous gas-air mixture, reducing the coefficient of excess air for combustion close to stoichiometric, which ensures the completeness of gas combustion and an increase in the temperature level in the combustion volume and a decrease in the specific consumption of gas fuel.

Claims

A gas burner containing a mixer connected at the inlet to the air supply pipe and at the outlet to the nozzle, a manifold with fuel gas supply pipes, characterized in that the collector consists of cylindrical swirl rings of various diameters and the same length, coaxially mounted with respect to the longitudinal axis mixer, swirl rings are hollow from the inlet side and with multi-start screw channels from the outlet to the nozzle, moreover, the direction of the screw channels in all swirl rings is one It is similar, between adjacent swirl rings there are distances in the radial directions for air passage, to the outer swirl ring on the inlet side are connected on opposite sides of the fuel gas supply pipe, and between the inner and outer rings there are radial connecting pipes at the level of the gas supply pipe, each swirl ring consists of two half rings, external and internal, tightly adjacent to each other, in each of which, on the output side, is made respectively internal and external multi-thread trapezoidal threads of the same module and undercut holes are made for the formation of voids on the input side, and the tightly connected half rings together in the middle axial line form a hollow swirl ring on the output side, the nozzle is made in the form of a truncated cone oriented with a large base to the mixer, capable of move along the axis with a telescopic connection to the mixer and lock in a predetermined position depending on the flow of fuel gas and air, l of inclination of the generators of the truncated cone of the nozzle is selected depending on the output diameter of the nozzle and the diameter of the mixer, taking into account the equation of continuity of gas flows at the outlet of the mixer in radial directions in the nozzle.