RU2134842C1

RU2134842C1 - Burner device

Info

Publication number: RU2134842C1
Application number: RU98103974A
Authority: RU
Inventors: В.И. Мурко; В.И. Федяев; В.Н. Звягин
Original assignee: Новокузнецкое государственное научно-производственное предприятие "Экотехника"
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: fuel industry; fuel generating units working on liquid fuel used in other industries, in metallurgy for example. SUBSTANCE: burner device for atomizing and burning liquid fuel, mainly water-coal fuel is provided with additional tangential branch pipe for delivery of additional highly reaction fuel fitted in way of delivery of main fuel; distance in radial direction between axis of burner device and axes of main and additional branch pipes is related by the following relationship: R_g= R_o+r_o+r_g, where R_g and R_o are distance in radial direction between axis of burner device and axes of additional and main branch pipes, respectively; r_o, and r_g are halves of specific size in radial direction of cross section of main and additional branch pipes, respectively; fairing is provided with through axial hole where igniter is fitted. EFFECT: possibility of ignition and stable burning of water-coal fuel due to use of additional fuel(mazut, solar oil) and ignition device; high temperature and enhanced luminous emittance of flame. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к горелочным устройствам, применяемым для распыления и сжигания жидкого, преимущественно водоугольного (ВУТ) и мазутного топлива. The invention relates to burner devices used for spraying and burning liquid, mainly water-coal (VUT) and fuel oil.

Изобретение может быть использовано в теплоэнергетике, а также в отраслях промышленности, где применяются теплогенерирующие установки, работающие на жидком топливе, например, в металлургической промышленности. The invention can be used in the power industry, as well as in industries where heat-generating plants operating on liquid fuel are used, for example, in the metallurgical industry.

Известны конструкции центробежных, механических и пневмомеханических форсунок (1. Адамов В.Л. Сжигание мазута в топках котлов. -Л.: Недра, 1984 г., с. 38, с.118. 2. Ахмедов P.Б., Цирульников Л.М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. - Л.: Недра, 1984 г., с.32. 3. Пажи Д.Г., Галустов В. С, Основы техники распыливания жидкостей. -М.: Химия, 1984 г., с.168-170). There are known designs of centrifugal, mechanical and pneumomechanical nozzles (1. Adam V.L. Burning fuel oil in boiler furnaces. -L .: Nedra, 1984, p. 38, p.118. 2. Akhmedov P. B., Tsirulnikov L. .M. Technology of burning combustible gases and liquid fuels. - L .: Nedra, 1984, p. 32. 3. Pages DG, Galustov V. S, Fundamentals of the technique of spraying liquids. -M .: Chemistry, 1984 g., s. 168-170).

Недостатками указанных форсунок являются:
- низкая эффективность при распыливании высоковязкого жидкого топлива, каким являются водоугольное и мазутное топливо;
- возможность забивания каналов сопл форсунки твердыми частицами, находящимися в водоугольном топливе.The disadvantages of these nozzles are:
- low efficiency when spraying highly viscous liquid fuels, which are water-coal and fuel oil;
- the possibility of clogging the nozzle nozzle channels with solid particles in water-carbon fuel.

Известна также конструкция центробежной форсунки для распыления и сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, обеспечивающая эффективное распыление топлива (Мурко В.И., Фомичева М.П., Храмешкин С.И "Центробежная форсунка. Заявка N 97114438 или Перегудов B.C. и др. Плазменный розжиг мазутного факела, Энергетика, 1997, N 2, c. 16 - 17). Недостатком предложенной конструкции является то, что вследствие низкой реакционной способности и относительно малой калорийности используемого ВУТ (< 5000 ккал/кг) необходимо устанавливать дополнительный источник тепловыделения (например, мазутную или газовую форсунку) для зажигания и стабилизации горения ВУТ, т.е. устанавливать дополнительное устройство. В то же время факел водоугольного топлива без дополнительной подсветки горит в отдельных случаях с малой светимостью и температурой факела, что ограничивает область применения форсунок в тепловых агрегатах, требующих более высокой температуры и светимости факела, например, в металлургических печах. Also known is the design of a centrifugal nozzle for spraying and burning liquid, mainly water-coal fuel, which provides effective fuel atomization (Murko V.I., Fomicheva M.P., Khrameshkin S.I. "Centrifugal nozzle. Application N 97114438 or Peregudov BC, etc. Plasma ignition of a fuel oil torch, Energetika, 1997, N 2, p. 16 - 17). The disadvantage of the proposed design is that due to the low reactivity and relatively low caloric content of the HLF used (<5000 kcal / kg), an additional source must be installed infrared heat (for example, a fuel oil or gas injector) for ignition and stabilization of combustion of the VUT, that is, install an additional device.At the same time, the water-carbon fuel torch without additional illumination burns in some cases with low luminosity and flame temperature, which limits the scope nozzles in thermal units requiring a higher temperature and luminosity of the torch, for example, in metallurgical furnaces.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности сжигания водоугольного топлива и расширения области его использования. The objective of the invention is to remedy these disadvantages, as well as improving the efficiency of burning water-coal fuel and expanding the scope of its use.

Для достижения поставленной задачи предлагается конструкция горелочного устройства, дозволяющая обеспечить додачу дополнительного высокореакционного жидкого топлива, например, мазута, солярового масла и т.д. С этой целью в горелочном устройстве камера для приема топлива снабжена дополнительным тангенциальным патрубком для подачи дополнительного более реакционного топлива, установленным по ходу подачи основного водоугольного топлива. При этом расстояние в радиальном направлении от оси горелочного устройства до осей основного и дополнительного патрубков для подачи топлив связаны соотношением
R_g=R_o+r_o+r_g, (1)
где R_g, R_o - расстояние в радиальном направлении между осью горелочного устройства и осями дополнительного и основного патрубков соответственно;
r_o, r_g - половина характерного размера в радиальном направлении поперечного сечения основного и дополнительного патрубков соответственно на входе в камеру приема топлива.To achieve this objective, a burner device design is proposed that allows for the supply of additional highly reactive liquid fuel, for example, fuel oil, solar oil, etc. To this end, in the burner device, the fuel receiving chamber is provided with an additional tangential nozzle for supplying an additional more reaction fuel, installed along the supply of the main coal-water fuel. The distance in the radial direction from the axis of the burner to the axes of the main and additional nozzles for supplying fuels is related by the ratio
R _g = R _o + r _o + r _g , (1)
where R _g , R _o - the distance in the radial direction between the axis of the burner device and the axes of the additional and main pipes, respectively;
r _o , r _g - half of the characteristic size in the radial direction of the cross section of the main and additional nozzles, respectively, at the entrance to the fuel receiving chamber.

Кроме того, в обтекателе выполнено осевое сквозное отверстие, в котором установлено запальное устройство, необходимое для зажигания дополнительного высокореакционного топлива (мазут, солярное масло) в начальный период работы горелочного устройства. In addition, an axial through hole is made in the fairing, in which an ignition device is installed, which is necessary for igniting additional highly reactive fuel (fuel oil, solar oil) in the initial period of operation of the burner device.

Таким образом, новыми отличительными признаками в конструкции горелочного устройства являются:
- оборудование камеры приема топлива дополнительным патрубком для подачи дополнительного более реакционного топлива, установленным по ходу подачи основного топлива;
- выполнение соотношения (1) при оборудовании дополнительного патрубка;
- в обтекателе выполнено сквозное осевое отверстие, в котором установлено запальное устройство.Thus, the new distinguishing features in the design of the burner device are:
- equipment of the fuel reception chamber with an additional nozzle for supplying an additional more reaction fuel installed along the main fuel supply;
- the fulfillment of the ratio (1) when equipping an additional pipe;
- in the fairing, a through axial hole is made in which the ignition device is installed.

На фиг.1 представлены разрез горелочного устройства и вид по стрелке А; на фиг.2 - разрезы В-В и Г-Г. Figure 1 presents a section of the burner device and a view along arrow A; figure 2 - sections BB and GG.

Горелочное устройство состоит из корпуса 1 с камерой для приема осевого воздуха 2, камерой для приема двух видов топлива 3 и камерой для приема воздуха и смешения воздуха с топливом 4. Камера 3 оборудована патрубком 5 для подачи основного водоугольного топлива, а также дополнительным тангенциальным патрубком 6, установленным по ходу подачи основного топлива. Кроме того, конструктивные параметры размещения патрубков от оси горелочного устройства связаны соотношением (1). Между камерами 3 и 4 установлены направляющие лопасти 7 с образованием между собой тангенциальных каналов для входа потока воздуха в камеру смешения. В центральном отверстии выходного фланца установлен обтекатель 8 с коническими винтовыми каналами для выхода распыленного топлива, В обтекателе выполнено осевое сквозное отверстие, в котором установлено запальное устройство 9. The burner device consists of a housing 1 with a chamber for receiving axial air 2, a chamber for receiving two types of fuel 3 and a chamber for receiving air and mixing air with fuel 4. The chamber 3 is equipped with a nozzle 5 for supplying the main water-carbon fuel, as well as an additional tangential nozzle 6 installed along the main fuel supply. In addition, the design parameters of the location of the nozzles from the axis of the burner device are related by the relation (1). Between the chambers 3 and 4, guide vanes 7 are installed with the formation of tangential channels between the air flow into the mixing chamber. In the central hole of the output flange, a fairing 8 with conical screw channels for the exit of atomized fuel is installed. An axial through hole is made in the fairing, in which the ignition device 9 is installed.

Горелочное устройство работает следующим образом. The burner device operates as follows.

Дополнительное высокореакционное топливо (мазут, солярное масло) подается в камеру приема топлива 3 через тангенциальный патрубок 6 и далее в камеру для смешения топлива с воздухом. Воздух на смешение и раскручивание топлива поступает через тангенциальные патрубки и далее через тангенциальные каналы, образованные направляющими лопастями. В результате взаимодействия вращающегося потока топлива и воздушных потоков образуется гомогенизированная топливно-воздушная смесь. Закрученная смесь топлива и воздуха срывается высокоскоростным осевым воздушным потоком, подаваемым через винтовые каналы, расположенные на внешней поверхности обтекателя. Вылетающая с высокой скоростью через сопла топливно-воздушная смесь эффективно распыляется и воспламеняется за счет теплового воздействия включенного запального устройства, установленного в осевом сквозном отверстии обтекателя. После установления устойчивого горения высокореакционного топлива и прогрева камеры сгорания осуществляется подача основного водоугольного топлива в камеру приема топлива горелочного устройства через основной тангенциальный патрубок 5. В камере приема топлива происходит первичное смешение более тяжелого водоугольного топлива ( ρ = 1180-1250 кг/м³) с мазутом или соляровым маслом ( ρ = 900-950 кг/м³). При этом вследствие увеличенного радиуса тангенциальной подачи согласно соотношению (1) более "легкого" высокореакционного жидкого топлива, осуществляемой по ходу основного, более "тяжелого" ВУТ, происходит отжимание более "легкого" топлива к оси камеры приема топлива, что улучшает процесс предварительного смешения топлив в приемной камере.Additional highly reactive fuel (fuel oil, solar oil) is supplied to the fuel receiving chamber 3 through the tangential pipe 6 and then to the chamber for mixing fuel with air. Air for mixing and untwisting of the fuel enters through the tangential nozzles and then through the tangential channels formed by the guide vanes. As a result of the interaction of the rotating fuel flow and air flows, a homogenized air-fuel mixture is formed. The swirling mixture of fuel and air is disrupted by a high-speed axial air flow supplied through screw channels located on the outer surface of the fairing. The air-fuel mixture flying out at high speed through the nozzles is efficiently atomized and ignited due to the thermal effect of the ignition device turned on, which is installed in the axial through-hole of the fairing. After establishing stable burning of highly reactive fuel and warming up the combustion chamber, the main water-coal fuel is supplied to the burner fuel reception chamber through the main tangential nozzle 5. In the fuel reception chamber, the heavier water-coal fuel is initially mixed (ρ = 1180-1250 kg / m ³ ) s fuel oil or solar oil (ρ = 900-950 kg / m ³ ). In this case, due to the increased radius of the tangential feed according to the relation (1) of a lighter, highly reactive liquid fuel, carried out along the main, heavier HLW, the lighter fuel is squeezed to the axis of the fuel receiving chamber, which improves the fuel pre-mixing process in the receiving chamber.

Хорошо гомогенизированная и распыленная смесь топлив (основного и дополнительного высокореакционного) и воздуха, попадая в предварительно прогретое пространство камеры сгорания, обеспечивает дальнейшее развитие и полную стабилизацию процесса горения. При этом процесс горения происходит устойчиво и при высокой светимости факела. Запальное устройство отключается и при необходимости может быть удалено от высокотемпературного ядра пламени. A well homogenized and atomized mixture of fuels (primary and secondary highly reactive) and air, falling into the preheated space of the combustion chamber, provides further development and complete stabilization of the combustion process. In this case, the combustion process occurs stably and at high luminosity of the torch. The ignition device is switched off and, if necessary, can be removed from the high-temperature flame core.

Таким образом, предложенная конструкция горелочного устройства обеспечивает надежное зажигание дополнительного высокореакционного топлива (мазут, соляровое масло) в начальный период работы и стабильное горение c высокой светимостью факела смеси топлив. Thus, the proposed design of the burner device provides reliable ignition of additional highly reactive fuel (fuel oil, solar oil) in the initial period of operation and stable combustion with high luminosity of the torch of the fuel mixture.

Эффективность работы горелочного устройства подтверждается результатами промышленных испытаний по сжиганию смеси топлив: водоугольного топлива и мазута в зажигательном горне агломашины на Абагурской аглофабрике ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат". В зажигательном горне агломашины были установлены 3 форсунки: N 1 - центробежная форсунка для подачи и сжигания водоугольного топлива, N 2 - горелочное устройство предлагаемой конструкции для подачи и сжигания ВУТ и мазута, N 3 - мазутная форсунка обычной конструкции (прямоструйная). The efficiency of the burner device is confirmed by the results of industrial tests for the combustion of a mixture of fuels: water-coal fuel oil and fuel oil in the incendiary furnace of an sinter machine at the Abagur sinter plant of Kuznetsk Metallurgical Plant OJSC. In the incendiary furnace of the sinter machine, 3 nozzles were installed: N 1 - a centrifugal nozzle for feeding and burning water-coal fuel, N 2 - a burner device of the proposed design for feeding and burning HLW and fuel oil, N 3 - a fuel oil nozzle of a conventional design (straight blast).

В процессе испытаний было установлено, что при работе только центробежной форсунки N 1, работающей только на ВУТ, температура факела составляла 1000-1200^oC, что не обеспечивало необходимую температуру для процесса зажигания агломерационной шихты (1300-1400^oC). В результате требовалось включение мазутной форсунки N 3. При работе горелочного устройства N 2, также как и мазутной форсунки (N 3) обеспечивалась необходимая температура для зажигания аглошихты.During the tests, it was found that when only the centrifugal nozzle N 1 operating only on the VUT was operating, the torch temperature was 1000-1200 ^o C, which did not provide the necessary temperature for the ignition of the sinter charge (1300-1400 ^o C). As a result, it was necessary to turn on the fuel oil nozzle No. 3. When the burner device No. 2 was operating, as well as the fuel oil nozzle (No. 3), the necessary temperature was provided for igniting the sinter charge.

В таблице представлены данные по результатам работы форсунок и горелочного устройства. The table presents data on the results of the operation of the nozzles and burner device.

Как видно из данных таблицы, использование горелочного устройства для совместного сжигания ВУТ и мазута позволило обеспечить необходимую температуру факела и зажигание аглошихты за счет повышения эффективности сжигания ВУТ, при этом отмечена устойчивая работа горелочного устройства. Технико-экономические расчеты показали, что использование горелочного устройства позволяет экономить расход мазута за счет эффективного сжигания ВУТ. При этом экономия каждых 10% мазута на аглофабрике дает экономический эффект 1 млрд.руб. в год (в ценах 1997 г.). As can be seen from the table, the use of a burner for the joint combustion of fuel oil and fuel oil allowed to ensure the necessary flame temperature and ignition of sinter charge by increasing the efficiency of burning fuel oil, while the stable operation of the burner device was noted. Feasibility studies have shown that the use of a burner device allows to save fuel oil consumption due to the efficient combustion of fuel oil. At the same time, saving every 10% of fuel oil at the sinter plant gives an economic effect of 1 billion rubles. per year (in 1997 prices).

На фиг, 3 представлена: фотография факела ожигаемой смеси водоугольного топлива и мазута, распыленных горелочным устройством предлагаемой конструкции в зажигательном горне агломашины на Абагурской аглофабрике ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат". On Fig, 3 presents: a photograph of the torch of a combustible mixture of coal-water fuel oil and fuel oil sprayed with a burner of the proposed design in the incendiary furnace of an sinter machine at the Abagur sinter plant of Kuznetsk Metallurgical Plant OJSC.

Claims

A burner device for burning liquid, mainly water-coal fuel, including a housing with a chamber for receiving fuel with a tangential nozzle, nozzles for supplying compressed air, a cowl, characterized in that the chamber is equipped with an additional nozzle for supplying additional fuel installed along the main fuel supply, this distance in the radial direction from the axis of the burner to the axes of the primary and secondary nozzles are related by the ratio
R _d = R _o + r _o + r _d ,
where R _d , R _about - the distance in the radial direction from the axis of the burner to the axes of the additional and main pipes, respectively;
r _about , r _d - half of the characteristic size in the radial direction of the cross section of the main and additional nozzles, respectively,
and in the fairing there is a through axial hole in which the ignition device is installed.