RU2160871C1

RU2160871C1 - Furnace device

Info

Publication number: RU2160871C1
Application number: RU99108951A
Authority: RU
Inventors: В.А. Смирнов; А.П. Комаров; В.Н. Григорьев; А.В. Паршиков; А.А. Севастьянов; В.Г. Хайбуллин; Г.Б. Беремблюм; Д.Д. Козлов; В.Н. Фадеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: power engineering, applicable for heating and drying of materials. SUBSTANCE: the furnace device has an injector torch, having a gas nozzle, mixer, extension piece and a torch stone, in addition it is provided with a metal sealed housing enveloping the torch and completely or partially installed in the furnace; the bottom of the sealed housing is positioned past the mixer, and its cover - before the torch gas nozzle; made inside the sealed housing are air tubes coaxially enveloping the injector torch, the inlets of the tubes come out of the cover into the atmosphere, and the outlets of the tubes are positioned near the bottom in a spaced relation. The cross-section of the tubes should be within 1 to 2 cross-sections of the mixer narrower part, and the space between the tubes and bottom should be within one to two diameters of the air pipes. EFFECT: expanded control range of thermal capacity. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топочным устройствам, служащим для нагрева и сушки материалов. The invention relates to the field of energy, in particular to furnace devices for heating and drying materials.

Известно топочное устройство, оборудованное инжекционной газовой горелкой, имеющей газовое сопло, смеситель, насадок и горелочный камень и установленной на стенке топочной камеры (см. Исламов М.Ш. Проектирование топок специального назначения. Энергоиздат, 1982, с. 133 - 136, рис. 4 - 16, 4 - 17). A furnace device is known that is equipped with an injection gas burner having a gas nozzle, a mixer, nozzles and a burner stone and mounted on the wall of the furnace chamber (see Islam M.Sh. Design of special-purpose furnaces. Energoizdat, 1982, pp. 133-136, fig. 4 - 16, 4 - 17).

Недостатком указанного топочного устройства с инжекционной горелкой является низкий диапазон регулирования тепловой мощности (менее 1 - 3), чувствительность к колебаниям давления в топочной камере (не более ± 2 мм вод. ст. ), нежесткий факел и недостаточная интенсивность теплообмена в топочной камере, большие габариты горелки, расположенной снаружи топочной камеры (см. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. Недра, 1980, с. 138 - 140). The disadvantage of this furnace with an injection burner is the low range of regulation of thermal power (less than 1-3), sensitivity to pressure fluctuations in the furnace chamber (not more than ± 2 mm water column), non-rigid torch and insufficient heat exchange in the furnace chamber, large dimensions of the burner located outside the combustion chamber (see Isserlin A.S. Fundamentals of burning gas fuel. Nedra, 1980, p. 138 - 140).

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - улучшение тепловой работы топочного устройства: увеличение пределов регулирования тепловой мощности и интенсивности теплообмена, уменьшение чувствительности к колебаниям давления в камере, а также уменьшение габаритов горелки, расположенной вне топочной камеры. Это достигается тем, что инжекционная горелка выполнена заключенной в герметичный металлический кожух с крышкой и дном с расположением крышки до газового сопла, а дна - после смесителя, причем внутри кожуха выполнены трубки, коаксиально охватывающие горелку, входные отверстия указанных трубок выходят за крышку в атмосферу, а входные отверстия трубок размещены у дна кожуха с зазором. The technical problem to which the invention is directed is improving the thermal operation of the combustion device: increasing the limits of regulation of thermal power and heat transfer intensity, reducing sensitivity to pressure fluctuations in the chamber, and also reducing the dimensions of the burner located outside the combustion chamber. This is achieved by the fact that the injection burner is made enclosed in a sealed metal casing with a lid and a bottom with a lid located up to the gas nozzle, and the bottom after the mixer, with tubes made coaxially surrounding the burner inside the casing, the inlet openings of these tubes go out into the atmosphere, and the inlet holes of the tubes are placed at the bottom of the casing with a gap.

Обычная инжекционная горелка на стыке газового сопла и смесителя сообщается с атмосферой, из-за чего при вертикальной ее установке возникает вертикальный ток газов, обусловленный геометрическим напором горячих продуктов сгорания. Указанный геометрический напор достигает величин до 2 мм вод. ст. при габарите горелки 2,5 м, из-за чего инжекционные горелки не могут эксплуатироваться в вертикальном положении. A conventional injection burner at the junction of the gas nozzle and mixer communicates with the atmosphere, which is why when it is installed vertically, a vertical gas flow arises due to the geometric pressure of the hot combustion products. The specified geometric pressure reaches values up to 2 mm of water. Art. with a burner dimension of 2.5 m, which is why the injection burners cannot be operated in a vertical position.

Устройство герметичного кожуха с трубками, заключающего внутри себя горелку, запирает продукты сгорания в лабиринте, так как для того, чтобы попасть в атмосферу, частице объема продуктов сгорания надо сначала подняться вверх по трубе смесителя, затем опуститься вниз по зазору между герметичным металлическим кожухом и горелкой, а затем подняться по воздушной трубе вверх. Суммарный геометрический набор указанной системы ничтожен, поэтому потока продуктов сгорания через лабиринт горелки в заявленном устройстве не наблюдается даже при колебаниях давления в топочной камере ± 5 мм вод. ст. The device of a sealed casing with tubes enclosing a burner inside it closes the combustion products in the labyrinth, since in order to get into the atmosphere, a particle of the volume of combustion products must first rise up the mixer pipe, then descend down the gap between the sealed metal casing and the burner and then climb up the air pipe. The total geometric set of this system is negligible, therefore, the flow of combustion products through the maze of the burner in the claimed device is not observed even with pressure fluctuations in the combustion chamber ± 5 mm of water. Art.

Указанные конструктивные особенности горелки топочного устройства позволяют повысить диапазон регулирования ее тепловой мощности до величины 1 - 5 раз, так как лабиринт горелки препятствует срыву факела за счет инерционности трассы. The indicated design features of the burner of the combustion device make it possible to increase the range of regulation of its thermal power to a value of 1-5 times, since the labyrinth of the burner prevents the torch from breaking due to the inertia of the route.

На стабилизацию факела горелки влияет величина сечения воздушных трубок, через которые инжектируется воздух из атмосферы. При значении суммарного сечения трубок в диапазоне 1 - 2 сечения смесителя обеспечивается подвод воздуха в количестве 1,02 - 1,05 от теоретически необходимого и обеспечивается устойчивое горение газовой смеси (неустойчивое горение начинает наблюдаться при значении количества воздуха в смеси топлива 1,1 от теоретически необходимого). Аналогично, зазор между трубками и дном не должен быть меньше диаметра трубок, а зазор в диапазоне 1-2 диаметра трубок обеспечивает нормальное прохождение воздуха в смеситель инжекционной горелки. Уменьшение габаритов инжекционной горелки, располагаемой вне топочного устройства, достигается при размещении горелки внутри топочного устройства, частично или полностью, включая газовое сопло и смеситель. The stabilization of the torch of the burner is affected by the cross-sectional size of the air tubes through which air is injected from the atmosphere. With a value of the total tube section in the range of 1–2 of the mixer section, air supply in the amount of 1.02–1.05 of the theoretically necessary is ensured and stable combustion of the gas mixture is ensured (unstable combustion begins to be observed when the amount of air in the fuel mixture is 1.1 of theoretically necessary). Similarly, the gap between the tubes and the bottom should not be less than the diameter of the tubes, and a gap in the range of 1-2 tube diameters ensures the normal passage of air into the mixer of the injection burner. Reducing the dimensions of the injection burner located outside the furnace device is achieved by placing the burner inside the furnace device, partially or completely, including the gas nozzle and mixer.

При указанном размещении удается приблизить факел горелки к нагреваемому материалу и тем самым увеличить интенсивность теплообмена. At this location, it is possible to bring the torch closer to the heated material and thereby increase the heat transfer intensity.

При размещении горелки внутри топочной камеры воздух, проходя по воздушным трубкам горелки, нагревается, газовоздушная смесь оказывается также нагретой, что увеличивает теоретическую температуру горения, интенсивность теплообмена и стабильность горения факела. When placing the burner inside the combustion chamber, the air passing through the air tubes of the burner is heated, the gas-air mixture is also heated, which increases the theoretical combustion temperature, the heat transfer rate and the stability of the flame burning.

Для производства, когда требуется размещать горелку каждый цикл в топочной камере, горелка выполняется с возможностью перемещения внутрь камеры (например, при нагреве и сушке ковшей). For production, when it is required to place the burner every cycle in the combustion chamber, the burner is movable inside the chamber (for example, when heating and drying the ladles).

На фиг. 1 схематично изображено топочное устройство, включающее топочную камеру и инжекционную газовую горелку, вертикальный разрез. In FIG. 1 schematically shows a combustion device comprising a combustion chamber and an injection gas burner, a vertical section.

В топочной камере 1 установлена инжекционная горелка 2, имеющая газовое сопло 3, смеситель 4, насадок 5 и горелочный камень 6. Инжекционная горелка 2 заключена в герметичный металлический кожух 7, который имеет крышку 8 и дно 9. Соосно горелке 2 в кожухе 7 выполнены воздушные трубки 10, коаксиально охватывающие горелку 2. Воздушные трубки 10 имеют входные отверстия 11 для воздуха из атмосферы и выходные отверстия 12, расположенные у дна 9 кожуха 7, с расстоянием до дна 9, обозначенным на чертеже символом t. Диаметр воздушных трубок обозначен на чертеже символом d. Указанная горелка 13 размещена в топочной камере 1 на расстоянии, обозначенном на чертеже символом l от стенки 14 топочной камеры. Топочная камера 1 имеет отвод 15 для отходящих газов и окно 16 для подсоса воздуха. На полу 17 камеры 1 показано нагреваемое рабочее тело 18. In the combustion chamber 1, an injection burner 2 is installed, having a gas nozzle 3, a mixer 4, nozzles 5 and a burner stone 6. The injection burner 2 is enclosed in a sealed metal casing 7, which has a cover 8 and a bottom 9. Coaxial to the burner 2 in the casing 7 are air tubes 10 coaxially surrounding the burner 2. Air tubes 10 have air inlets 11 for air from the atmosphere and outlet openings 12 located at the bottom 9 of the casing 7, with a distance to the bottom 9, indicated by t in the drawing. The diameter of the air tubes is indicated by d in the drawing. The specified burner 13 is placed in the combustion chamber 1 at a distance indicated in the drawing by the symbol l from the wall 14 of the combustion chamber. The combustion chamber 1 has an outlet 15 for exhaust gases and a window 16 for air intake. On the floor 17 of the chamber 1 shows a heated working fluid 18.

Топочное устройство работает следующим образом. Через сопло 3 инжекционной горелки 2 подают газ, который истекает в смеситель 4 горелки 2 с высокой скоростью. The furnace device operates as follows. Through the nozzle 3 of the injection burner 2, gas is supplied which flows into the mixer 4 of the burner 2 at high speed.

При истечении газа на входе в смеситель 4 и в герметичном металлическом кожухе 7 создается напряжение, благодаря чему воздух засасывается из атмосферы через входные отверстия 11 воздушных трубок 10 в полость кожуха 7. В смесителе 4 газ и воздух перемешиваются, и далее смесь поступает через насадок 5 в горелочный камень 6, где смесь поджигается, образуя устойчивый факел, направленный на рабочее тело 18. When gas flows at the inlet to the mixer 4 and in a sealed metal casing 7, a voltage is generated, due to which air is sucked from the atmosphere through the inlet 11 of the air tubes 10 into the cavity of the casing 7. In the mixer 4, gas and air are mixed, and then the mixture flows through nozzles 5 in the burner stone 6, where the mixture is ignited, forming a stable torch, aimed at the working fluid 18.

Благодаря тому что трасса забора воздуха из атмосферы представляет из себя лабиринт со знакопеременным направлением скорости просасываемого воздуха, горелка устойчиво работает при колебаниях давления в топочной камере ± 5 мм вод. ст. Due to the fact that the air intake route from the atmosphere is a labyrinth with an alternating direction of the velocity of the sucked-in air, the burner works stably under pressure fluctuations in the combustion chamber of ± 5 mm of water. Art.

Сечения элементов лабиринта при этом должны быть выполнены определенным образом, а именно суммарное сечение воздушных трубок 10 должно быть не менее сечения узкой части смесителя 4, но не более 2-кратного значения указанной величины. Расстояние трубок до днища 9 кожуха 7, обозначенное на чертеже символом t, должно быть не менее диаметра трубок, но и не более 2d. Меньшие значения указанных пределов не следует принимать из-за ухудшения поступления воздуха для образования газовоздушной смеси, большие значения также нецелесообразны из-за уменьшения стабилизирующего воздействия лабиринта. При прохождении воздуха через герметичный металлический кожух 7, воздух подогревается теплопередачей из топочной камеры 1 до температуры 100 - 300^oC, благодаря чему стабилизация горения газовоздушной смеси улучшается, так же как и интенсивность излучения от факела, так как теоретическая температура горения при этом возрастает. Стабилизация работы горелки 13 позволяет повысить диапазон регулирования тепловой мощности топочного устройства до 1 - 5.The sections of the labyrinth elements must be made in a certain way, namely, the total section of the air tubes 10 must be not less than the section of the narrow part of the mixer 4, but not more than 2 times the value specified. The distance of the tubes to the bottom 9 of the casing 7, indicated in the drawing by the symbol t, must be not less than the diameter of the tubes, but not more than 2d. Smaller values of the indicated limits should not be taken due to the deterioration of air intake for the formation of an air-gas mixture; large values are also impractical due to a decrease in the stabilizing effect of the maze. When air passes through a sealed metal casing 7, the air is heated by heat transfer from the combustion chamber 1 to a temperature of 100 - 300 ^o C, due to which the stabilization of combustion of the gas-air mixture is improved, as well as the intensity of the radiation from the flame, since the theoretical combustion temperature increases. Stabilization of the burner 13 allows you to increase the range of regulation of the thermal power of the furnace device to 1 to 5.

При работе топочного устройства в нем поддерживают баланс воздуха, необходимого для рациональной организации горения, при количестве воздуха 1,1 - 1,15 от теоретического необходимого, посредством поступления недостающего воздуха через окно 16 в топочной камере. Горелка 13 может быть вдвинута в топочную камеру 1, на расстояние l от стенки камеры 14. Это позволяет интенсифицировать нагрев рабочего тела 18, посредством направления факела непосредственно на него. During operation of the combustion device, it maintains the balance of air necessary for the rational organization of combustion, with an air quantity of 1.1 - 1.15 of the theoretical necessary, by entering the missing air through the window 16 in the combustion chamber. The burner 13 can be moved into the combustion chamber 1, at a distance l from the wall of the chamber 14. This allows you to intensify the heating of the working fluid 18, by directing the torch directly on it.

Для производства, когда требуется каждый цикл размещать горелку 13 в топочной камере 1 (например, в ковше), горелка выполняется с возможностью перемещения вглубь топочной камеры. For production, when each cycle is required to place the burner 13 in the combustion chamber 1 (for example, in the ladle), the burner is arranged to move deep into the combustion chamber.

Один из вариантов применения заявленного топочного устройства, не исключающий другие варианты, показан на фиг. 2. One application of the inventive combustion device, not excluding other options, is shown in FIG. 2.

Футерованная топочная камера 1 топочного устройства обозначена чугуновозным ковшом 19 и крышкой 20, в которой смонтирована горелка 13. Чугуновозный ковш 19 после сушки и нагрева футеровки 21 периодически транспортируется железнодорожным транспортом для заливки чугуна; поэтому горелка 13 и крышка 20 также периодически перемещаются вверх для возможности транспорта ковша; в период сушки и нагрева горелку 13 погружают в ковш 19. The lined combustion chamber 1 of the combustion device is indicated by a cast-iron ladle 19 and a cover 20 in which the burner 13 is mounted. The cast-iron ladle 19, after drying and heating of the lining 21, is periodically transported by rail to cast iron; therefore, the burner 13 and the lid 20 are also periodically moved upward for transporting the bucket; during the drying and heating period, the burner 13 is immersed in the bucket 19.

Установлено, что оптимальное приближение горелочного камня 6 горелки 13 к футеровке 21 ковша 19, обозначенное символом h, находится в интервале, равном 5 - 10 диаметров тоннеля горелочного камня 6, обозначенного на фиг. 2 символом D_m.It was found that the optimal approach of the burner stone 6 of the burner 13 to the lining 21 of the bucket 19, indicated by the symbol h, is in the range of 5 to 10 diameters of the tunnel of the burner stone 6, indicated in FIG. 2 by the symbol D _m .

При значении общего сечения воздушных трубок 10 в интервале 1 - 2 узкого сечения смесителя 4 и расстоянии выходных отверстий 12 воздушных трубок 10 до дна 9, равном 1 - 2 диаметра указанных трубок, горелка разжигается и работает устойчиво, без пульсации горения в пространстве ковша, в диапазоне расходов газа, равном 1 - 3. If the value of the total cross section of the air tubes 10 is in the range 1–2 of the narrow section of the mixer 4 and the distance of the outlet openings 12 of the air tubes 10 to the bottom 9 is 1–2 of the diameter of the tubes, the burner ignites and works stably, without burning pulsation in the bucket space, in a range of gas flow rates equal to 1 - 3.

Сравнительные показатели заявленного топочного устройства и прототипа сведены в таблицу. Comparative indicators of the claimed furnace device and prototype are summarized in table.

Claims

1. A combustion device comprising a combustion chamber, an injection gas burner having a gas nozzle, a mixer, nozzles and a burner stone for receiving and igniting a gas-air mixture, characterized in that the injection burner is enclosed in a sealed metal casing with a lid and a bottom, the lid being located up to gas nozzle, and the bottom after the mixer, inside the casing are made air tubes coaxially covering the burner, the inlet openings of the tubes extend beyond the cover into the atmosphere, and the outlet openings of the tubes are located at the bottom with azor, while the casing with the burner is located completely or partially in the chamber of the furnace device.

2. The furnace device according to claim 1, characterized in that the cross section of the air tubes is 1 to 2 sections of the narrow part of the mixer, and the gap between the tubes and the bottom of the casing is 1 to 2 diameters of the air tube.