RU2169885C1

RU2169885C1 - Igniter

Info

Publication number: RU2169885C1
Application number: RU2000106107A
Authority: RU
Inventors: К.В. Лысенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Общемаш"
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: heat-power engineering; device for ignition of gas in industrial boilers and furnaces. SUBSTANCE: igniter includes mixing chamber 1 at whose inlet gas supply collector 2 and air supply collector 3 are located. Mounted on mixing chamber is prechamber 4 made in form of circular collector 5 embracing the section of mixing chamber 1 where two rows 6 and 7 of through holes are smoothly distributed in circle. Holes 6 are made at acute angle relative to direction of motion of gas-and-air mixture. Inlet section of mixing chamber 1 is provided with tube 8 having nozzle 9; one end of the this tube is connected with gas supply collector 2 and second end is located in plane of holes 6. Glow plug 10 is fitted opposite to row of holes 7 in prechamber. Gas duct 12 is provided with additional gas and air supply unit made in form of contraction 13 hermetically secured to inner surface of gas duct 12 whose side wall is provided with through holes 14 after contraction 13. EFFECT: enhanced operational reliability. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для зажигания газа в промышленных котлах и печах. The invention relates to a power system, in particular to a device for igniting gas in industrial boilers and furnaces.

Известен запальник, содержащий газовод, соединенный с камерой смешения, на боковой поверхности которой размещена форкамера с запальной свечой, при этом форкамера сообщена с входным и выходным участками камеры смешения, на входе которой размещены коллекторы подвода воздуха и газа, и трубку, один конец которой соединен с коллектором подвода газа, а второй размещен во входном участке камеры смешения (см. патент РФ N 2107226, М. Кл. 6 F 23 Q 9/00, 1998). Known igniter containing a gas duct connected to the mixing chamber, on the side surface of which there is a prechamber with a spark plug, the prechamber communicating with the inlet and outlet sections of the mixing chamber, at the entrance of which there are air and gas supply manifolds, and a tube, one end of which is connected with a gas supply manifold, and the second is located in the inlet section of the mixing chamber (see RF patent N 2107226, M. Cl. 6 F 23 Q 9/00, 1998).

Как показала эксплуатация такого запальника, он достаточно надежен в работе на промышленных котлах с толщиной футеровки до 2 м и соответственно с длиной запальника (камера смешения + газовод) до 2,5 м. При увеличении длины запальника за счет длины газовода при установке таких запальников на котлах с толщиной футеровки более 2 м и длине газовода свыше 2,0-2,5 м надежность его работы, т.е. надежность создания запального факела для розжига промышленных котлов значительно снижается. Это связано с тем, что после воспламенения газовоздушной смеси факелом, выходящим из форкамеры в камеру смешения, вследствие большой длины газовода газовоздушный поток, движущийся к выходу газовода, успевает сгореть, не дойдя до среза газовода, и соответственно не успевает воспламенить газ, выходящий из дополнительной трубки. As shown by the operation of such an igniter, it is quite reliable in industrial boilers with a lining thickness of up to 2 m and, accordingly, with an igniter length (mixing chamber + gas duct) of up to 2.5 m. With an increase in the length of the ignitor due to the length of the gas duct when installing such igniters on boilers with a lining thickness of more than 2 m and a gas duct length of more than 2.0-2.5 m its reliability, i.e. the reliability of creating an ignition torch for igniting industrial boilers is significantly reduced. This is due to the fact that after igniting the gas-air mixture with a torch leaving the prechamber to the mixing chamber, due to the long length of the gas duct, the gas-air flow moving to the outlet of the gas duct has time to burn before it reaches the gas duct cut-off, and accordingly it does not have time to ignite the gas leaving the additional tube.

Другими недостатками запальника являются относительно большие габариты камеры смешения, длина которой вместе с коллектором составляет 0,3-0,4 м, что затрудняет обслуживание запальника на ограниченных площадях около котлов (высота размещения запальника 1,2-1,7 м от пола, а свободная зона обслуживания по периметру некоторых котлов составляет 0,6- 0,8 м). Этот недостаток связан с конструкцией форкамеры - ее достаточно большой длиной, необходимой для обеспечения надежного смесеобразования воздуха и горючего газа. Кроме того, даже при достаточно хорошем перемешивании воздуха и горючего газа надежность создания факела форкамерой зависит от пространственной ориентации форкамеры на камере смешения. Так, при строго вертикальном (вверху) ее расположении при использовании горючего газа тяжелее воздуха обогащенная горючая смесь будет формироваться в нижней части камеры смешения, а в форкамеру будет эжектироваться обедненная смесь. При расположении форкамеры, отличном от вертикального верхнего, при использовании легких газов (с низкой плотностью) вверху камеры смешения будет формироваться обогащенная смесь, а внизу обедненная, которая будет эжектироваться в форкамеру, снижая вероятность ее воспламенения. Этот недостаток также выявился при эксплуатации запальника такой конструкции. В связи с этим в случаях применения газов разной плотности при эксплуатации таких запальников необходимо было точно ориентировать форкамеру на камере смешения. Other disadvantages of the ignitor are the relatively large dimensions of the mixing chamber, the length of which together with the collector is 0.3-0.4 m, which makes it difficult to service the ignitor in limited areas near the boilers (the height of the ignitor is 1.2-1.7 m from the floor, and the free service area around the perimeter of some boilers is 0.6- 0.8 m). This drawback is associated with the design of the prechamber — its sufficiently large length necessary to ensure reliable mixture formation of air and combustible gas. In addition, even with sufficiently good mixing of air and combustible gas, the reliability of creating a torch by a pre-chamber depends on the spatial orientation of the pre-chamber on the mixing chamber. So, if it is strictly vertical (above) when using combustible gas heavier than air, the enriched combustible mixture will form in the lower part of the mixing chamber, and the lean mixture will be ejected into the prechamber. When the prechamber is different from the top one, using light gases (with a low density), an enriched mixture will be formed at the top of the mixing chamber and a depleted mixture at the bottom, which will be ejected into the prechamber, reducing the likelihood of its ignition. This disadvantage was also revealed during the operation of the igniter of this design. In this regard, in cases of using gases of different densities during the operation of such igniters, it was necessary to accurately orient the prechamber on the mixing chamber.

Загромождение поперечного сечения камеры смешения трубками вызывает необходимость увеличения ее проходного сечения и соответственно металлоемкости камеры смешения и запальника в целом. Загромождение камеры смешения трубками также снижает надежность поджига смеси в связи с тем, что при неправильной взаимной ориентации этих трубок относительно форкамеры затрудняется поступление горючей смеси из камеры смешения в форкамеру. Cluttering the cross section of the mixing chamber with tubes makes it necessary to increase its bore and, accordingly, the metal consumption of the mixing chamber and the igniter as a whole. Cluttering the tube mixing chamber also reduces the reliability of the mixture ignition due to the fact that when the tubes are not correctly oriented relative to the prechamber, the flow of the combustible mixture from the mixing chamber to the prechamber is difficult.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы запальника. The technical problem solved by the invention is to increase the reliability of the igniter.

Это достигается тем, что в запальнике, содержащем газовод, соединенный с камерой смешения, на боковой поверхности которой размещена форкамера с запальной свечой, полость которой соединена с входным и выходным участками камеры смешения, на входе которой размещены коллектор подвода газа и воздуха, и трубку, один конец которой соединен с газовым коллектором, а второй размещен во входном участке камеры смешения, согласно изобретению, он снабжен по меньшей мере одним дополнительным узлом ввода газа и воздуха, размещенным в газоводе и выполненным в виде конфузора, герметично закрепленного на внутренней стенке газовода, внутри которого размещен конец дополнительной трубки с соплом, другой конец которой соединен с источником подачи газа, например с газовым коллектором, а в стенке газовода за конфузором выполнены по окружности сквозные отверстия. This is achieved by the fact that in the igniter containing a gas duct connected to the mixing chamber, on the lateral surface of which there is a prechamber with a spark plug, the cavity of which is connected to the inlet and outlet sections of the mixing chamber, at the inlet of which there is a gas and air supply manifold, and a tube, one end of which is connected to the gas manifold, and the second is located in the inlet section of the mixing chamber, according to the invention, it is equipped with at least one additional gas and air inlet unit located in the gas duct and is made in th form of a converging tube, sealingly fixed to the inner wall gazovoda, inside which is placed the end of the additional tube with the nozzle, the other end of which is connected to a gas supply source, such as gas collector, and in the wall of gazovoda confuser formed circumferentially through holes.

Кроме того, запальник снабжен второй дополнительной трубкой, размещенной снаружи камеры смешения и газовода, один конец которой соединен с газовым коллектором, а второй размещен внутри выхода газовода и заглублен относительно его открытого торца, при этом в трубке установлена расходная шайба. In addition, the igniter is equipped with a second additional tube located outside the mixing chamber and the gas duct, one end of which is connected to the gas manifold, and the second is placed inside the gas outlet and is recessed relative to its open end, while a consumable washer is installed in the tube.

Причем форкамера может быть выполнена в виде кольцевого коллектора, охватывающего участок камеры смешения, в котором по окружности выполнены два ряда сквозных отверстий, при этом сопло трубки подвода газа в камеру смешения размещено в плоскости первого ряда отверстий, выполненных под острым углом к оси газовода по направлению движения газовой смеси или в виде кольцевого коллектора, охватывающего выходной участок камеры смешения, в котором по окружности выполнен один ряд сквозных отверстий, и снабжена трубкой, один конец которой соединен с форкамерой, а другой размещен на срезе выходного конца трубки с соплом подвода газа из коллектора. Moreover, the prechamber can be made in the form of an annular collector covering a portion of the mixing chamber, in which two rows of through holes are made around the circumference, while the nozzle of the gas supply pipe into the mixing chamber is placed in the plane of the first row of holes made at an acute angle to the axis of the gas duct in the direction the movement of the gas mixture or in the form of an annular manifold covering the output section of the mixing chamber, in which one row of through holes is made around the circumference, and is equipped with a tube, one end of which is connected n with a prechamber, and the other is placed on a section of the outlet end of the tube with a gas supply nozzle from the manifold.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены продольные разрезы запальника с двумя вариантами выполнения форкамеры. In FIG. 1 and FIG. 2 shows longitudinal sections of the pilot light with two options for the implementation of the prechamber.

Запальник содержит смесительную камеру 1, на входе которой размещены коллекторы подвода газа 2 и воздуха 3. На смесительной камере закреплена форкамера 4, которая выполнена в виде кольцевого коллектора 5, охватывающего участок смесительной камеры 1, в котором по окружности равномерно выполнены два ряда 6 и 7 сквозных отверстий (см. фиг. 1). Диаметры отверстий 7 должны быть выбраны из условия исключения вероятности стабилизации на них пламени. Отверстия 6 выполнены под острым углом к направлению движения газовоздушной смеси. Во входном участке смесительной камеры 1 размещена трубка 8 с соплом 9, соединенная одним концом с коллектором подвода газа 2, а второй конец с соплом 9 может быть размещен в плоскости отверстий 6, а также до или после них. Напротив ряда отверстий 7 в форкамере установлена запальная свеча 10. Выход смесительной камеры 1 через раструб 11 соединен с газоводом 12, который на некотором расстоянии от камеры смешения 1 (при длине газовода свыше 2 м) содержит дополнительный узел ввода газа и воздуха. Узел выполнен в виде конфузора 13, герметично прикрепленного к внутренней поверхности газовода 12, в боковой стенке по окружности которого за конфузором 13 выполнены сквозные отверстия 14. Через отверстия 14 в газовод 12 поступает воздух из атмосферы или от внешнего источника, например через кольцевой коллектор (не показан), охватывающий отверстия 14. Узел ввода газа и воздуха содержит дополнительную трубку 15 с соплом 16, соединенную с коллектором подвода газа 2, при этом срез сопла 16 может быть размещен в плоскости среза конфузора 13, а также до или после него. В зависимости от длины газовода и от конкретных условий использования запальников, например от давления подачи горючего газа, таких узлов ввода газа и воздуха может быть несколько и они устанавливаются на расчетном расстоянии друг от друга. The igniter contains a mixing chamber 1, at the inlet of which there are manifolds for supplying gas 2 and air 3. A prechamber 4 is fixed to the mixing chamber, which is made in the form of an annular collector 5, covering a portion of the mixing chamber 1, in which two rows 6 and 7 are uniformly made around the circumference through holes (see Fig. 1). The diameters of the holes 7 should be selected from the condition of eliminating the probability of stabilization of the flame on them. The holes 6 are made at an acute angle to the direction of movement of the air-gas mixture. In the inlet section of the mixing chamber 1 there is a tube 8 with a nozzle 9 connected at one end to a gas supply manifold 2, and the second end with a nozzle 9 can be placed in the plane of the holes 6, as well as before or after them. A spark plug 10 is installed opposite the row of holes 7 in the prechamber. The output of the mixing chamber 1 through the socket 11 is connected to a gas duct 12, which at some distance from the mixing chamber 1 (with a gas duct length of more than 2 m) contains an additional gas and air inlet unit. The assembly is made in the form of a confuser 13, hermetically attached to the inner surface of the gas duct 12, through holes 14 are made in the side wall around the circumference of the confuser 13. Air passes from the atmosphere or from an external source, for example through an annular collector (not shown) covering the openings 14. The gas and air inlet assembly comprises an additional tube 15 with a nozzle 16 connected to a gas supply manifold 2, while a cut of the nozzle 16 can be placed in the cut plane of the confuser 13, as well as before or after him. Depending on the length of the gas duct and on the specific conditions for the use of igniters, for example, the pressure of the supply of combustible gas, there may be several such gas and air inlet units and they are installed at a calculated distance from each other.

Запальник снабжен второй дополнительной трубкой 17, проложенной снаружи камеры смешения 1 и газовода 12, что исключает загромождение поперечного сечения камеры смешения и газовода, один конец которой соединен с газовым коллектором 2, а другой размещен внутри выхода газовода 12 и заглублен относительно его открытого торца и может быть снабжен стабилизатором пламени. Газовод 12 размещен в установочной трубе 18, проходящей в футеровке 19 снаружи котла 20, в котором размещен выход газовода 12. Установкой расходной шайбы 21 в дополнительном трубопроводе 17 подачи газа регулируют оптимальный его расход при разных давлениях газа и длинах газовода 12, добиваясь создания запального факела требуемой мощности и длины. The igniter is equipped with a second additional tube 17, laid outside the mixing chamber 1 and the gas duct 12, which eliminates cluttering the cross section of the mixing chamber and the gas duct, one end of which is connected to the gas manifold 2, and the other is located inside the outlet of the gas duct 12 and is recessed relative to its open end and can be equipped with a flame stabilizer. The gas line 12 is placed in the installation pipe 18, which runs in the lining 19 outside the boiler 20, in which the outlet of the gas duct 12 is located. By installing a consumable washer 21 in the additional gas supply duct 17, its optimal flow rate is controlled at different gas pressures and lengths of the gas duct 12, achieving the creation of a pilot flame required power and length.

В запальнике, изображенном на фиг.2, форкамера 4 выполнена в виде кольцевого коллектора 5, охватывающего выходной участок смесительной камеры 1, в котором по окружности равномерно выполнен один ряд сквозных отверстий 7. На форкамере 4 установлена запальная свеча 10, при этом форкамера 4 снабжена трубкой 22, один конец которой соединен с полостью форкамеры 4, а другой - размещен на срезе конца трубки 8 подвода газа из газового коллектора 2. In the igniter shown in Fig. 2, the prechamber 4 is made in the form of an annular collector 5, covering the output section of the mixing chamber 1, in which one row of through holes 7 is uniformly made around the circumference 7. A glow plug 10 is installed on the prechamber 4, while the prechamber 4 is provided a tube 22, one end of which is connected to the cavity of the pre-chamber 4, and the other is placed on a section of the end of the tube 8 for supplying gas from the gas manifold 2.

Запальник, изображенный на фиг. 1, работает следующим образом. От источников подачи газа и воздуха (например, из атмосферы) компоненты поступают в соответствующие коллекторы 2 и 3 и далее в камеру смешения 1, кроме того, из коллектора газа 2 его часть поступает по трубкам 15 и 17 в дополнительный узел и на выход газовода 12 соответственно. Перемешиваясь, газовоздушная смесь проходит вдоль участка смесительной камеры 1 с двумя рядами отверстий 6 и 7. При этом за счет разности давлений по длине этого участка и эжектирующего действия через отверстия 6 из форкамеры 4 потоком газовоздушной смеси последняя через отверстия 7 поступает в форкамеру 4 и заполняет ее. Одновременно с заполнением газовоздушной смесью форкамеры 4 основной ее поток поступает в газовод 12 в зону дополнительного узла подачи газа по трубке 15, при этом поток газовоздушной смеси ускоряется в конфузоре 13 и эжектирует в газовод 12 через отверстия 14 атмосферный воздух. Хорошо перемешанная газовоздушная смесь движется к выходу газовода 12. В зависимости от длины запальника и наличия в связи с этим нескольких дополнительных узлов подвода газа и воздуха, установленных в газоводе 12, в последнем формируются зоны обогащенных газом газовоздушных потоков. После заполнения форкамеры 4 газовоздушной смесью подают напряжение на запальную свечу 10, в результате на ее электродах образуется дуга, воспламеняющая смесь, которая, сгорая, выходит из отверстий 7 в камере смешения 1 и поджигает смесь, движущуюся в ней. Поскольку размер отверстий 7 выбран из условия, исключающего на них стабилизацию пламени, оно поджигает газовоздушную смесь, движущуюся в камере смешения, и гаснет. Перемещающийся фронт пламени достигает зоны установки дополнительного узла подачи газа и воздуха и поджигает созданную им газовоздушную смесь, сформированную в районе конфузора 13. Горящая смесь движется к выходу газовода 12 и поджигает газ, выходящий из дополнительной трубки 17 на выходе газовода 12 (или поджигает такую же газовоздушную смесь, образованную на втором и т.д. дополнительном узле подвода газа и воздуха), образуя запальный факел требуемой мощности и длины. Это позволяет использовать запальник с длиной газовода свыше 2,5 м при небольших расходах газа и воздуха. The ignitor shown in FIG. 1, works as follows. From sources of gas and air supply (for example, from the atmosphere), the components enter the corresponding collectors 2 and 3 and then into the mixing chamber 1, in addition, from the gas collector 2, part of it flows through tubes 15 and 17 to an additional unit and to the outlet of the gas duct 12 respectively. Stirring, the gas-air mixture passes along the section of the mixing chamber 1 with two rows of holes 6 and 7. In this case, due to the pressure difference along the length of this section and the ejecting action through the holes 6 from the pre-chamber 4, the gas-air mixture flows through the openings 7 into the pre-chamber 4 and fills her. Simultaneously with filling the prechamber 4 with the gas-air mixture, its main stream enters the gas duct 12 into the zone of the additional gas supply unit through the tube 15, while the gas-air mixture flow is accelerated in the confuser 13 and ejects into the gas duct 12 through the openings 14. A well-mixed gas-air mixture moves to the outlet of the gas duct 12. Depending on the length of the igniter and the presence of several additional gas and air supply units installed in the gas duct 12, zones of gas-enriched gas-air flows are formed in the latter. After filling the pre-chambers 4 with a gas-air mixture, voltage is applied to the spark plug 10, as a result, an arc is ignited on its electrodes, igniting the mixture, which, when burned, leaves the holes 7 in the mixing chamber 1 and ignites the mixture moving in it. Since the size of the openings 7 is selected from a condition that excludes stabilization of the flame on them, it ignites the gas-air mixture moving in the mixing chamber and goes out. The moving flame front reaches the installation zone of the additional gas and air supply unit and ignites the gas-air mixture created by it, formed in the region of the confuser 13. The burning mixture moves to the outlet of the gas duct 12 and ignites the gas leaving the additional tube 17 at the outlet of the gas duct 12 (or ignites the same gas-air mixture formed on the second, etc. additional unit for supplying gas and air), forming a pilot flame of the required power and length. This allows the use of an ignitor with a gas duct length of more than 2.5 m at low gas and air flow rates.

Аналогично работает запальник, изображенный на фиг. 2. Отличие в работе заключается только в том, что для заполнения форкамеры газовоздушной смесью используется кинетическая энергия газового потока, истекающего из сопла 9 трубки 8, в которую заведен конец трубки 22, соединенной с форкамерой 4. При этом за счет равномерного выполнения отверстий 7 по окружности камеры смешения как в этом случае, так и в предыдущем варианте форкамеры 4, исключается зависимость ее расположения на камере смешения от плотности применяемого газа. The ignitor shown in FIG. 2. The only difference is that the kinetic energy of the gas stream flowing out of the nozzle 9 of the tube 8, into which the end of the tube 22 connected to the prechamber 4 is used, is used to fill the prechamber with a gas-air mixture. the circumference of the mixing chamber both in this case and in the previous version of the prechamber 4, the dependence of its location on the mixing chamber on the density of the gas used is excluded.

Использование изобретения позволит обеспечить надежную работу запальника при небольших давлениях подачи горючего газа, например при давлении порядка 0,0015 МПа, подводимого к горелкам низкого давления и при любой длине газовода. Кроме того, такая конструкция обоих вариантов форкамеры позволяет уменьшить размер камеры смешения в два раза, что позволяет значительно повысить удобство обслуживания запальника в стесненных условиях. Using the invention will ensure reliable operation of the igniter at low pressures of the supply of combustible gas, for example, at a pressure of the order of 0.0015 MPa, supplied to the low pressure burners and at any length of the gas duct. In addition, this design of both versions of the prechamber reduces the size of the mixing chamber by half, which can significantly improve the ease of maintenance of the ignitor in tight spaces.

Claims

1. An ignitor containing a gas duct connected to the mixing chamber, on the lateral surface of which there is a prechamber with a spark plug, the cavity of which is connected to the inlet and outlet sections of the mixing chamber, at the entrance of which there is a gas and air supply manifold, and a tube with a nozzle, one end which is connected to the gas supply manifold, and the other is located in the inlet section of the mixing chamber, characterized in that it is equipped with at least one additional gas and air input unit, located in the gas duct and made in the form of fuzora sealingly fixed to the inner wall gazovoda, inside which is placed the end of the additional tube with the nozzle, the other end of which is connected to a gas supply source, such as gas collector, and in the wall of gazovoda confuser formed circumferentially through holes.

2. The ignitor according to claim 1, characterized in that it is provided with a second additional tube located outside the mixing chamber and the gas duct, one end of which is connected to the gas manifold, and the second is located inside the outlet section of the gas duct.

3. The ignitor according to claim 2, characterized in that a consumable washer is installed in the second additional tube.

4. The ignitor according to claim 1, characterized in that the prechamber is made in the form of an annular collector covering a portion of the mixing chamber, in which two rows of through holes are made around the circumference, while the nozzle of the gas supply pipe into the mixing chamber is placed in the plane of the first row of holes, made at an acute angle to the direction of movement of the gas mixture.

5. The ignitor according to claim 1, characterized in that the prechamber is made in the form of an annular collector covering the output section of the mixing chamber, in which one row of through holes is made around the circumference, and is equipped with a tube, one end of which is connected to the prechamber, and the other is placed on section of the outlet end of the tube with a gas supply nozzle from the manifold.