RU2156919C1

RU2156919C1 - Gas burner

Info

Publication number: RU2156919C1
Application number: RU99125990/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Шарихин; И.Х. Мухитов; А.С. Печников; А.Б. Батталов; В.В. Степанчук; Ю.В. Гусев
Original assignee: Казанское открытое акционерное общество "Органический синтез"; Самарский государственный технический университет
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: invention is intended for burning of fuel in furnaces of petroleum refining and petrochemical industries. Increased functional reliability of gas burner is achieved by simplification of design of gas burner, by setting of relation of area of diaphragm hole to area of primary mixing chamber equal to 0.08-0.15 and by setting of relation of diameter of primary mixing chamber to diameter of outlet embrasure of burner equal to 0.5-0.7. EFFECT: increased functional reliability of gas burner. 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания топлива в топках печей нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. The invention relates to energy and can be used to burn fuel in the furnaces of furnaces of the oil refining and petrochemical industries.

Известна газовая горелка для сжигания топлива, разработанная Институтом Газа АН Украины. Горелка имеет инжектор, газовое сопло, регулирующий диск, выходной цилиндрический насадок, отражатель, горелочный камень, кожух. Топливовоздушная смесь в этой горелке готовится в двух камерах - основная часть в инжекторе, часть воздуха поступает в щель между инжектором и керамикой /Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. -М.:Химия, 1987, 63 с./. Known gas burner for burning fuel developed by the Gas Institute of the Academy of Sciences of Ukraine. The burner has an injector, a gas nozzle, a regulating disk, an output cylindrical nozzle, a reflector, a burner stone, a casing. The air-fuel mixture in this burner is prepared in two chambers - the main part in the injector, part of the air enters the gap between the injector and the ceramics / Entus N.R., Sharikhin V.V. Tube furnaces in the refining and petrochemical industries. -M.: Chemistry, 1987, 63 pp. /.

Этой газовой горелке присущи недостатки всех инжекционных горелок - чрезмерная локальная концентрация излучения у сопла, перегрев и выход из строя материальной части горелок, особенно при малых производительностях (разогрев и пуск печи, выжиг кокса в сырьевых змеевиках и т.д.). The disadvantages of all injection burners are inherent in this gas burner - excessive local concentration of radiation at the nozzle, overheating and malfunctioning of the material part of the burners, especially at low capacities (heating and starting the furnace, burning coke in the raw coil, etc.).

Указанные недостатки устранены в горелках, обеспечивающих настильное пламя на гладкую поверхность излучающих стен. These drawbacks are eliminated in burners providing a flat flame on the smooth surface of the radiating walls.

Наиболее близкой к заявляемой газовой горелке по достигаемому эффекту и технической сущности является центробежная горелка, содержащая корпус, смесительную камеру, тороидальную выходную амбразуру, дисковый отражатель, завихритель с газовыми каналами, диафрагму для подачи первичного воздуха, воздушную трубу и вторичную смесительную камеру /Шарихин В.В. и др. Патент N 2093750 "Способ сжигания топливного газа и устройство для сжигания газа"/. The closest to the claimed gas burner in terms of effect and technical essence is a centrifugal burner containing a housing, a mixing chamber, a toroidal outlet embrasure, a disk reflector, a swirler with gas channels, a diaphragm for supplying primary air, an air pipe and a secondary mixing chamber / Sharikhin V. IN. and others. Patent N 2093750 "Method for burning fuel gas and a device for burning gas".

Вращающийся поток топливного газа образует зону разрежения в центре смесительной камеры, что обеспечивает подсос части воздуха через диафрагму и дымовых газов из топки печи. При выходе из сопла смесь газов захватывает воздух, поступающий во вторичную смесительную камеру, и вместе с ним настилается на кладку печи. С помощью дискового отражателя можно менять соотношение воздух-дымовые газы в первичной смесительной камере. The rotating flow of fuel gas forms a rarefaction zone in the center of the mixing chamber, which ensures the suction of part of the air through the diaphragm and flue gases from the furnace of the furnace. When leaving the nozzle, the gas mixture captures the air entering the secondary mixing chamber, and with it is laid on the masonry of the furnace. Using a disk reflector, you can change the ratio of air-flue gases in the primary mixing chamber.

Недостатком газовой горелки является низкая механическая надежность при сжигании газа с высоким содержанием водорода (80% об. и выше) и отсутствие соотношения размеров диафрагмы и первичной смесительной камеры и диаметра диска сопла к диаметру смесительной камеры для качественного сжигания водородсодержащего газа без проскока пламени в первичную смесительную камеру. The disadvantage of a gas burner is the low mechanical reliability when burning gas with a high hydrogen content (80% vol. And above) and the lack of a ratio of the size of the diaphragm and the primary mixing chamber and the diameter of the nozzle disk to the diameter of the mixing chamber for high-quality burning of hydrogen-containing gas without flame penetration into the primary mixing chamber the camera.

Задачей данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков при сжигании газа с высоким содержанием водорода (80 об.% и выше) и повышение надежности работы газовой горелки. The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages when burning gas with a high hydrogen content (80 vol.% And above) and increase the reliability of the gas burner.

Данная задача достигается упрощением конструкции газовой горелки, установлением соотношения площадей отверстия диафрагмы к площади первичной смесительной камеры, равным 0,08 - 0,15, установлением отношения диаметра первичной смесительной камеры к диаметру выходной амбразуры горелки, равным 0,5 - 0,7. This task is achieved by simplifying the design of the gas burner, establishing the ratio of the area of the diaphragm opening to the area of the primary mixing chamber equal to 0.08 - 0.15, by establishing the ratio of the diameter of the primary mixing chamber to the diameter of the outlet embrasure of the burner equal to 0.5 - 0.7.

Эти признаки заявляемой газовой горелки придают ей новые свойства, благодаря которым обеспечивается достижение положительных эффектов, а именно:
- повышение работоспособности и увеличение пробега газовой горелки;
- обеспечение работы горелки без проскоков пламени и перегревов материальной части на всех режимах эксплуатации.These signs of the inventive gas burner give it new properties, due to which the achievement of positive effects, namely:
- increased efficiency and increased mileage of the gas burner;
- ensuring the operation of the burner without breakthroughs of flame and overheating of the material in all operating modes.

На чертеже показан продольный разрез газовой горелки. The drawing shows a longitudinal section of a gas burner.

Заявляемая газовая горелка содержит корпус 1, внутри которого расположена первичная вихревая смесительная камера 2, заканчивающаяся выходной амбразурой 3, завихритель с газовыми каналами 4, диафрагму 5, вторичную смесительную камеру 6. The inventive gas burner comprises a housing 1, inside of which there is a primary vortex mixing chamber 2, ending with an outlet embrasure 3, a swirl with gas channels 4, a diaphragm 5, and a secondary mixing chamber 6.

Газовая горелка работает следующим образом. Топливный газ поступает в газовые каналы завихрителя 4, а затем в смесительную камеру 2, где за счет вращения у пристенной области корпуса 7 создает разрежение по оси первично вихревой смесительной камеры. За счет этого разрежения в первично вихревую смесительную камеру через диафрагму 5 подсасывается первичный воздух из окружающей среды, а с противоположной стороны дымовые газы из топки; смесь топлива первичного воздуха и дымовых газов поступает на выходную амбразуру 3, за счет центробежной силы разворачивается в плоский диск и настилается на кладку печи; при выходе из выходной амбразуры 3 смесь газов захватывает вторичный воздух, необходимый для горения топлива, из вторичной смесительной камеры 6. Gas burner operates as follows. Fuel gas enters the gas channels of the swirl 4, and then into the mixing chamber 2, where due to rotation near the wall region of the housing 7 creates a vacuum along the axis of the primary vortex mixing chamber. Due to this rarefaction, primary air from the environment is sucked into the primary vortex mixing chamber through the diaphragm 5, and flue gases from the furnace from the opposite side; the mixture of primary air fuel and flue gas enters the outlet port 3, due to centrifugal force, unfolds into a flat disk and is laid on the masonry of the furnace; when leaving the outlet embrasure 3, the gas mixture captures the secondary air necessary for burning fuel from the secondary mixing chamber 6.

Известно, что использование водорода или углеводородов с высоким содержанием водорода (>80%) в качестве топлива в трубчатых печах представляет значительную сложность при его использовании. Это связано, прежде всего, с высокой скоростью горения, взрывоопасностью, малым количеством воздуха на 1 м³ водорода, что затрудняет регулирование процесса сжигания топливо-воздушной смеси. Инжекционные горелки, широко используемые в отечественной и зарубежной практике для узкокамерных печей с излучающими стенами, в этих условиях практически непригодны из-за быстрого выхода из строя материальной части горелок.It is known that the use of hydrogen or hydrocarbons with a high hydrogen content (> 80%) as fuel in tube furnaces is a significant difficulty in its use. This is due, first of all, to a high burning rate, explosiveness, and a small amount of air per 1 m ^{3 of} hydrogen, which makes it difficult to regulate the process of burning a fuel-air mixture. Injection burners, widely used in domestic and foreign practice for narrow-chamber furnaces with radiating walls, are practically unsuitable in these conditions due to the rapid failure of the material part of the burners.

Заявляемые отношения геометрических размеров объясняются следующим образом. The claimed relationship of geometric dimensions are explained as follows.

При отношении площади отверстия диафрагмы 5 диаметром d к площади первичной вихревой смесительной камеры 2 диаметром D менее 0,08 в первичную вихревую смесительную камеру поступает недостаточное количество воздуха по сравнению с количеством дымовых газов из топки печи. Высокая температура дымовых газов (~ 1000 - 1200^oC) при контакте с малым объемом воздуха приводит к перегреву металла корпуса 7, образованию окалины на горелке и выходу ее из строя.When the ratio of the opening area of the diaphragm 5 with a diameter of d to the area of the primary vortex mixing chamber 2 with a diameter of D less than 0.08, insufficient air enters the primary vortex mixing chamber compared to the amount of flue gases from the furnace of the furnace. The high temperature of the flue gases (~ 1000 - 1200 ^o C) in contact with a small volume of air leads to overheating of the metal of the housing 7, the formation of scale on the burner and its failure.

При отношении площадей более 0,15 резко возрастает эжекция воздуха в первичную вихревую смесительную камеру 2, что приводит к горению водородсодержащего газа или чистого водорода в первичной вихревой смесительной камере 2; металл горелки обгорает и последняя выходит из строя; наибольшая опасность возникает при работе горелок с малой производительностью - пуск печей, останов, выжиг кокса из сырьевых змеевиков и т.д. В этом случае наиболее близок порог воспламенения топлива в корпусе горелки. When the area ratio is more than 0.15, air ejection sharply increases in the primary vortex mixing chamber 2, which leads to the combustion of a hydrogen-containing gas or pure hydrogen in the primary vortex mixing chamber 2; burner metal burns and the latter fails; the greatest danger arises when burners with low productivity are working - starting up furnaces, stopping, burning coke from raw coil pipes, etc. In this case, the ignition threshold of the fuel in the burner housing is closest.

При отношении диаметра первичной вихревой смесительной камеры 2 - D к диаметру выходной амбразуры 3 горелки d₁ менее 0,5 резко падает скорость топливовоздушной смеси у края диска выходной амбразуры 3, что приводит к обгоранию металла, нарушается тепловой режим в топке печи.When the ratio of the diameter of the primary vortex mixing chamber 2 - D to the diameter of the outlet embrasure 3 of the burner d _{1 is} less than 0.5, the speed of the air-fuel mixture at the edge of the disk of the outlet embrasure 3 sharply decreases, which leads to metal burning, and the thermal regime in the furnace is disrupted.

При отношении D/d более 0,7 топливо-воздушная смесь, выходящая из первичной вихревой смесительной камеры 2, не успевает сформироваться в плоский настилающийся на кладку печи диск из-за чрезмерно малой поверхности выходной амбразуры 3. У края выходной амбразуры 3 образуются вихри, горение переходит в объемное, нарушается равномерность теплопередачи сырьевым змеевикам печи, что приводит к быстрому выходу из строя элементов материальной части печи. At a D / d ratio of more than 0.7, the fuel-air mixture leaving the primary vortex mixing chamber 2 does not have time to form into a flat disk laying on the masonry of the furnace due to the excessively small surface of the outlet embrasure 3. Vortices are formed at the edge of the outlet embrasure 3, combustion goes into volumetric, the uniformity of heat transfer to the raw coil of the furnace is violated, which leads to a quick failure of the elements of the material part of the furnace.

Claims

A gas burner containing a housing, inside of which there is a primary vortex mixing chamber, ending with an outlet embrasure, a swirl with gas channels, a diaphragm, a secondary mixing chamber, characterized in that when burning hydrogen or fuel with a hydrogen content of more than 80%, the ratio of the diaphragm opening area to the area of the primary vortex mixing chamber is 0.8 - 0.15, and the ratio of the diameter of the primary vortex mixing chamber to the diameter of the outlet embrasure of the burner is 0.5 - 0.7.