RU2229062C2

RU2229062C2 - Hot-bulb ignition burner

Info

Publication number: RU2229062C2
Application number: RU2002122027/06A
Authority: RU
Inventors: К.В. Лысенко (RU); К.В. Лысенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Общемаш"
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-05-20
Also published as: RU2002122027A

Abstract

FIELD: hot-bulb ignition burners. SUBSTANCE: hot-bulb ignition burner has combustion chamber accommodating hot-bulb igniter and liquid fuel or fuel-air mixture supply channel both spaced through certain angle apart; hot-bulb igniter disposed in locating unit and made, for in stance, in the form of glow plug is placed in coaxial protective bushing whose inner diameter ranges within d_i≤ d_b≤3d_i,, where d_b is inner diameter of protective bushing; d_i is diameter of hot-bulb igniter. Protective bushing whose outer diameter equals inner diameter of combustion chamber may be built integral with locating unit of hot-bulb igniter or it may be built integral with combustion chamber. Hot-bulb igniter locating unit has through holes communicating with combustion chamber. Installed at inlet of liquid fuel or air-fuel mixture supply channel is injector; liquid fuel or air-fuel mixture supply channel is made in the form of tube bend with sudden expansion section upstream of combustion chamber. Mentioned channel may be made in the form of two coaxial stepping bushings installed at certain angle to hot-bulb igniter axis; bushing of smaller diameter installed for axial displacement relative to bushing of larger diameter accommodates fuel injector and through holes are made in side surface of larger-diameter bushing. Disk or perforated plate is mounted at combustion chamber outlet. Hot-bulb ignition burner is provided with main burner coaxially mounted on inlet end of combustion chamber and with tube connected on one end with hole made in bottom part of combustion chamber in vicinity of disk and its other end is inserted in main burner inner space. Tube section connected to main burner accommodates additional tube mounted in a radially spaced relation which communicates with compressed air source. EFFECT: enhanced reliability of producing ignition flame when using air injectors in burners designed for instance to start boilers. 8 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к запальным горелкам с калильным зажиганием, использующим для поджига топлива как электрические свечи накаливания, так и газодинамические резонаторы, и может быть использовано для розжига горелок, работающих как на жидких топливах, так и на топливовоздушных смесях.The invention relates to a power system, in particular to fired ignition burners using both electric glow plugs and gas-dynamic resonators for igniting fuel, and can be used to ignite burners operating both on liquid fuels and air-fuel mixtures.

Одним из преимуществ запальных горелок с калильным зажиганием является более надежная работа калильных устройств по сравнению с электроискровыми. Это связано с тем, что надежность работы электроискрового зажигания на жидком топливе зависит от точности настройки зазора между электродами и точности их установки относительно жидкостного или газожидкостного сопла горелки. Кроме того, электроды заливаются топливом и закоксовываются продуктами сгорания, что снижает надежность создания искры зажигания между электродами. При использовании же калильных устройств для зажигания жидких топлив и топливовоздушных смесей не требуется высокая точность установки форсунки относительно калильного воспламенителя.One of the advantages of ignition burners with glow ignition is a more reliable operation of glow devices compared to spark sparks. This is due to the fact that the reliability of electric spark ignition on liquid fuel depends on the accuracy of setting the gap between the electrodes and the accuracy of their installation relative to the liquid or gas-liquid nozzle of the burner. In addition, the electrodes are filled with fuel and coked with combustion products, which reduces the reliability of creating an ignition spark between the electrodes. When using glowing devices for igniting liquid fuels and air-fuel mixtures, a high accuracy of nozzle installation relative to a glow igniter is not required.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является запальная горелка с калильным зажиганием, содержащая камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси (см. патент США № 3242967, НКИ 431-258, 1966 г.).Closest to the technical nature of the claimed invention is an ignition burner with an ignition ignition containing a combustion chamber in which an ignition igniter is installed at an angle to each other, placed in the installation site and made, for example, in the form of a glow plug, and a channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture (see US patent No. 3242967, NKI 431-258, 1966).

Недостаток известной запальной горелки при использовании в ней пневматической форсунки для распыливания жидкого топлива заключается в низкой надежности создания запального пламени. Это связано с тем, что газообразный компонент поступает в форсунку с опережением по отношению к жидкому топливу и сразу попадает на открытую поверхность калильного воспламенителя, что приводит к его охлаждению до температуры ниже температуры воспламенения жидкого топлива.A disadvantage of the known pilot burner when using a pneumatic nozzle for spraying liquid fuel in it is the low reliability of the pilot flame. This is due to the fact that the gaseous component enters the nozzle ahead of the liquid fuel and immediately falls on the open surface of the ignition igniter, which leads to its cooling to a temperature below the ignition temperature of the liquid fuel.

Кроме того, низка надежность создания запального факела при использовании такой горелки в качестве запальной на промышленных котлоагрегатах с высокой производительностью, где необходимы большие расходы жидкого топлива. Это приводит к заливу и охлаждению калильного воспламенителя вследствие непосредственного контакта струи топлива с запальной свечой. При этом надежность воспламенения снижается, т.к. температура свечи накаливания уменьшается и она не успевает испарять топливо и нагревать его до температуры воспламенения. Уменьшение же расхода топлива (в том числе и при использовании топливовоздушной смеси) снижает мощность и надежность пламени запальной горелки.In addition, the reliability of creating an ignition torch is low when using such a burner as an ignition torch at industrial boilers with high productivity, where high liquid fuel consumption is required. This leads to the filling and cooling of the glow igniter due to direct contact of the fuel jet with the spark plug. In this case, the ignition reliability is reduced, because the temperature of the glow plug decreases and it does not have time to evaporate the fuel and heat it to the ignition temperature. Reducing the same fuel consumption (including when using a fuel-air mixture) reduces the power and reliability of the ignition flame.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности создания запального факела при использовании пневматических форсунок в горелках, используемых, например, для розжига котлоагрегатов.The technical problem solved by the invention is to increase the reliability of creating an ignition torch when using pneumatic nozzles in burners, used, for example, for ignition of boiler units.

Это достигается тем, что в запальной горелке с калильным зажиганием, содержащей камеру сгорания, в которой установлены под углом друг к другу калильный воспламенитель, размещенный в установочном узле и выполненный, например, в виде свечи накаливания, и канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси, согласно изобретению калильный воспламенитель помещен в соосно установленную с ним защитную втулку, внутренний диаметр которой находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к, где d_в - внутренний диаметр защитной втулки; d_к - диаметр калильного воспламенителя, при этом плоскость открытого торца защитной втулки расположена в зоне свободного конца калильного воспламенителя.This is achieved by the fact that in the ignition burner with a glow ignition containing a combustion chamber, in which a glow igniter is installed at an angle to each other, placed in the installation unit and made, for example, in the form of a glow plug, and a channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture, according to the invention, the igniter is placed in a coaxially mounted protective sleeve, the inner diameter of which is in the range d _to ≤ d _in ≤ 3d _to , where d _in is the inner diameter of the protective sleeve; d _to - the diameter of the glow igniter, while the plane of the open end of the protective sleeve is located in the zone of the free end of the glow igniter.

Защитная втулка может быть выполнена заодно целое с установочным узлом калильного воспламенителя, при этом ее наружный диаметр равен внутреннему диаметру камеры сгорания, или заодно целое с камерой сгорания.The protective sleeve may be integral with the mounting unit of the igniter, while its outer diameter is equal to the inner diameter of the combustion chamber, or integral with the combustion chamber.

В установочном узле калильного воспламенителя выполнены сквозные отверстия в камеру сгорания.In the installation site of the glow igniter, through holes are made in the combustion chamber.

На входе в канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси установлена форсунка, а упомянутый канал выполнен в виде колена с участком внезапного расширения перед камерой сгорания.At the entrance to the channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture, a nozzle is installed, and said channel is made in the form of a knee with a section of sudden expansion in front of the combustion chamber.

Кроме того, канал подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси может быть выполнен ступенчатым, составленным из двух втулок, установленных соосно между собой и под прямым углом к оси калильного воспламенителя, при этом во втулке меньшего диаметра, установленной с возможностью осевого перемещения относительно втулки большего диаметра, установлена топливная форсунка, а в боковой поверхности втулки большего диаметра выполнены сквозные отверстия.In addition, the channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture can be made stepwise, made up of two bushings mounted coaxially with each other and at right angles to the axis of the igniter, while in the sleeve of a smaller diameter, mounted with the possibility of axial movement relative to the sleeve of a larger diameter, a fuel nozzle is installed, and through holes are made in the side surface of the larger bushing.

На выходе камеры сгорания установлена шайба или перфорированная пластина.A washer or perforated plate is installed at the outlet of the combustion chamber.

Запальная горелка может быть снабжена основной горелкой, установленной на выходном конце камеры сгорания и соосно с ней, и трубкой, один конец которой соединен с отверстием, выполненным в нижней части камеры сгорания в районе шайбы, а другой выведен в полость основной горелки.The ignition burner can be equipped with a main burner installed at the output end of the combustion chamber and coaxially with it, and a tube, one end of which is connected to the hole made in the lower part of the combustion chamber in the area of the washer, and the other is brought into the cavity of the main burner.

При этом в участке трубки, соединенной с основной горелкой, размещена с радиальным зазором дополнительная трубка, соединенная с источником подачи воздуха под давлением.Moreover, in the section of the tube connected to the main burner, an additional tube is placed with a radial clearance, connected to a source of air supply under pressure.

На фиг.1 и 2 изображена запальная горелка с двумя вариантами выполнения защитной втулки,Figure 1 and 2 shows the pilot burner with two options for the execution of the protective sleeve,

на фиг.3 - горелка в составе основной горелки котлоагрегата,figure 3 - burner in the main burner of the boiler,

на фиг.4 и 5 - горелка с двумя вариантами выполнения канала подвода воздуха.Figures 4 and 5 show a burner with two embodiments of an air supply channel.

Запальная горелка содержит камеру 1 сгорания, в торце которой соосно размещен установочный узел 2 с калильным воспламенителем 3 (свеча накаливания). Калильный воспламенитель 3 закрыт защитной втулкой 4 таким образом, что один торец соединен с установочным узлом 2, а плоскость второго торца расположена в зоне торца калильного воспламенителя 3. Напротив торцов калильного воспламенителя 3 и защитной втулки 4, под углом к ним, к камере 1 сгорания подведен канал 5 подачи жидкого топлива или топливовоздушной смеси. Внутренний диаметр защитной втулки 4 находится в пределах d_к ≤ d_в ≤ 3d_к. При d_в>d_к(d_к - диаметр калильного воспламенителя, d_в - внутренний диаметр защитной втулки) между защитной втулкой 4 и калильным воспламенителем 3 образуется кольцевой зазор, исключающий перегрев защитной втулки 4, а при d_в>3d_к снижается эффективность нагрева защитной втулки 4 и влияние ее нагрева на процессы испарения топлива и его воспламенения.The ignition burner contains a combustion chamber 1, in the end of which an alignment unit 2 with a glow igniter 3 (glow plug) is coaxially placed. The glow igniter 3 is closed by the protective sleeve 4 so that one end is connected to the mounting unit 2, and the plane of the second end is located in the area of the end face of the glow igniter 3. Opposite the ends of the glow igniter 3 and the protective sleeve 4, at an angle to them, to the combustion chamber 1 summed up channel 5 for supplying liquid fuel or air-fuel mixture. The inner diameter of the protective sleeve 4 is located within d _in ≤ d _in ≤ 3d _to If d _in> d _to (d _k - diameter of the glow igniter, d _in - the inner diameter of the protective _sleeve). Between the protective sleeve 4 and the heat rating igniter 3 is formed an annular gap , eliminating the overheating of the protective sleeve 4, and when d _in > 3d _to decreases the heating efficiency of the protective sleeve 4 and the effect of its heating on the evaporation of the fuel and its ignition.

Конструктивно защитная втулка 4 может быть выполнена заодно целое с установочным узлом 2 калильного воспламенителя 3 (фиг.2), при этом ее наружный диаметр может быть равен внутреннему диаметру камеры 1 сгорания. При этом в обоих вариантах выполнения защитной втулки 4 (фиг.1 и 2) канал 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси расположен напротив торца защитной втулки 4 и калильного воспламенителя 3. В установочном узле 2 калильного воспламенителя 3 могут быть выполнены сквозные отверстия 6 для подсоса воздуха из атмосферы в камеру 1 сгорания (фиг.1). В выходном конце камеры 1 сгорания может быть установлена шайба 7 или перфорированная пластина для снижения уровня разрежения в камере 1 сгорания при работе ее в составе основной горелки 8 котлоагрегата (фиг.3). Для отвода несгоревшего жидкого топлива из камеры 1 сгорания она соединена одним концом трубки 9 с отверстием 10, выполненным в ее нижней части перед шайбой 7, а второй конец выведен в основную горелку 8.Structurally, the protective sleeve 4 can be integral with the mounting unit 2 of the glow igniter 3 (Fig.2), while its outer diameter can be equal to the inner diameter of the combustion chamber 1. Moreover, in both embodiments of the protective sleeve 4 (FIGS. 1 and 2), the channel 5 for supplying liquid fuel or air-fuel mixture is located opposite the end of the protective sleeve 4 and the igniter 3. In the mounting unit 2 of the ignitor 3, through holes 6 can be made for suction air from the atmosphere into the combustion chamber 1 (figure 1). At the output end of the combustion chamber 1, a washer 7 or a perforated plate can be installed to reduce the level of vacuum in the combustion chamber 1 when it is used as part of the main burner 8 of the boiler unit (Fig. 3). For the removal of unburned liquid fuel from the combustion chamber 1, it is connected at one end of the tube 9 to the hole 10 made in its lower part in front of the washer 7, and the second end is led out to the main burner 8.

Для обеспечения эффективного вывода топлива из камеры 1 сгорания и его сгорания в основной горелке 8 в трубке 9 размещена трубка 11 подвода воздуха с соплом на конце. Канал 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси может быть выполнен в виде колена 12 с участком внезапного расширения перед камерой 1 сгорания, на входе в который размещена форсунка 13 (фиг.4), или ступенчатым, составленным из двух втулок 14 и 15 (фиг.5) разного диаметра. Втулка 14 меньшего диаметра установлена во втулке 15 с возможностью перемещения вдоль ее оси, например по резьбе. Для фиксации заданного положения втулки 14 относительно втулки 15 она снабжена гайкой 16. Форсунка 13 размещена во втулке 14, а в верхней части втулки 15 выполнены сквозные отверстия 17 для дополнительного подсоса воздуха.To ensure the effective removal of fuel from the combustion chamber 1 and its combustion in the main burner 8, a tube 11 for supplying air with a nozzle at the end is placed in the tube 9. The channel 5 for supplying liquid fuel or air-fuel mixture can be made in the form of a knee 12 with a section of sudden expansion in front of the combustion chamber 1, at the inlet of which a nozzle 13 is placed (Fig. 4), or stepwise, made up of two bushings 14 and 15 (Fig. 5) different diameters. A sleeve 14 of a smaller diameter is mounted in the sleeve 15 with the possibility of movement along its axis, for example, along a thread. To fix the specified position of the sleeve 14 relative to the sleeve 15, it is equipped with a nut 16. The nozzle 13 is placed in the sleeve 14, and through holes 17 are made in the upper part of the sleeve 15 for additional air intake.

Запальная горелка работает следующим образом.The ignition burner operates as follows.

Предварительно разогревают калильный воспламенитель 3 до заданной температуры, подав на нее электрический ток. При этом через воздушный зазор прогревается и защитная втулка 4. Через канал 5 подают топливо или топливовоздушную смесь. Топливо частично распиливается на поверхность защитной втулки 4, а часть попадает на торец свечи 3 накаливания, прогревается до температуры испарения, испаряется и воспламеняется. Поскольку сам калильный воспламенитель 3 не заливается топливом и не охлаждается воздухом, и, кроме того, благодаря развитой нагретой поверхности защитной втулки 4 интенсифицируется процесс испарения большого расхода топлива, что повышает надежность и эффективность создания запального факела, а также его поддержания. При сгорании воздуха в объеме камеры 1 сгорания нарушается оптимальное соотношение компонентов топливовоздушной смеси и условия их сгорания.Pre-heat the ignition igniter 3 to a predetermined temperature by applying an electric current to it. In this case, the protective sleeve 4 also warms up through the air gap. A fuel or air-fuel mixture is fed through channel 5. The fuel is partially sawn onto the surface of the protective sleeve 4, and some falls on the end of the glow plug 3, warms up to the evaporation temperature, evaporates and ignites. Since the glow igniter 3 itself is not filled with fuel and is not cooled by air, and, in addition, due to the developed heated surface of the protective sleeve 4, the evaporation process of high fuel consumption is intensified, which increases the reliability and efficiency of creating the ignition torch, as well as its maintenance. When air is burned in the volume of the combustion chamber 1, the optimal ratio of the components of the air-fuel mixture and the conditions of their combustion are violated.

Для обеспечения подачи необходимого количества воздуха в запальную горелку организуется подсос воздуха из атмосферы через отверстия 6 в установочном узле 2, что повышает надежность создания и поддержания запального факела. Выполнение участка канала 5 подвода жидкого топлива или топливовоздушной смеси перед камерой 1 сгорания с внезапным расширением позволяет затормозить (погасить скорость) топлива (топливовоздушной смеси) и тем самым обеспечить более надежное его воспламенение, повысив полноту его сгорания. Регулирование длины заглубления втулки 14 относительно втулки 15 дает возможность обеспечивать более оптимальное соотношение компонентов в зоне их воспламенения у калильного воспламенителя 3 вследствие подсоса воздуха через отверстия 17.To ensure the supply of the required amount of air to the ignition burner, air is sucked from the atmosphere through openings 6 in the mounting unit 2, which increases the reliability of creating and maintaining the ignition torch. The execution of the section of the channel 5 for supplying liquid fuel or air-fuel mixture in front of the combustion chamber 1 with a sudden expansion allows you to brake (quench speed) of the fuel (air-fuel mixture) and thereby provide more reliable ignition, increasing the completeness of its combustion. The regulation of the depth of the sleeve 14 relative to the sleeve 15 makes it possible to provide a more optimal ratio of the components in the ignition zone of the glow igniter 3 due to suction of air through the holes 17.

При использовании такой запальной горелки для розжига топок котлоагрегатов возникает эффект уноса топлива воздушным потоком от свечи 3 накаливания вследствие эжекции в основную горелку 8, что также снижает надежность воспламенения. Кроме того, происходит унос в основную горелку 8 не успевшего сгореть топлива из запальной горелки. Для снижения влияния этого эффекта и тем самым увеличения времени пребывания топлива в запальной горелке и тем самым повышения полноты его сгорания на выходе из камеры 1 сгорания установлена шайба 7. Поскольку не все топливо сгорает в камере 1 сгорания, часть его стекает со стенок камеры 1 сгорания и скапливается в нижней части. Топливо через отверстие 10 и трубку 9 поступает в основную горелку 8. Для эффективного вывода этого топлива используется трубка 11 подвода воздуха с соплом на конце, обеспечивающая эжекцию и распыл остатков топлива в основную горелку 8 котлоагрегата (каналы подвода топлива к основной горелке 8 на чертеже условно не показаны).When using such an ignition burner for igniting the furnaces of boiler units, the effect of fuel entrainment by the air flow from the glow plug 3 occurs due to ejection into the main burner 8, which also reduces the reliability of ignition. In addition, there is an entrainment into the main burner 8 of the fuel that has not had time to burn from the ignition burner. To reduce the effect of this effect and thereby increase the residence time of the fuel in the ignition burner and thereby increase the completeness of its combustion, a washer 7 is installed at the outlet of the combustion chamber 1. Since not all fuel burns in the combustion chamber 1, some of it flows from the walls of the combustion chamber 1 and accumulates at the bottom. The fuel through the hole 10 and the pipe 9 enters the main burner 8. For effective removal of this fuel, an air supply pipe 11 with a nozzle at the end is used, which ejects and sprays the remaining fuel into the main burner 8 of the boiler unit (the fuel supply channels to the main burner 8 in the drawing are conditionally not shown).

Использование изобретения позволит повысить надежность создания запального факела в запальных горелках с калильным зажиганием.The use of the invention will improve the reliability of creating an ignition torch in ignition burners with ignition ignition.

Claims

1. Ignition burner with a glow ignition, containing a combustion chamber in which a glow igniter is installed at an angle to each other, placed in the installation site and made, for example, in the form of a glow plug, and a channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture, characterized in that the igniter is placed in a coaxially mounted protective sleeve, the inner diameter of which is within

d _k ≤ d _B ≤ 3d _k ,

where d _B is the inner diameter of the protective sleeve;

d _k is the diameter of the glow igniter.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the protective sleeve is made in one piece with the installation site of the ignition igniter, the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the combustion chamber or in one piece with the combustion chamber.

3. The burner according to claim 1, characterized in that in the installation site of the glow igniter, through holes are made in the combustion chamber.

4. The burner according to claim 1, characterized in that a nozzle is installed at the entrance to the channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture, and said channel is made in the form of a knee with a section of sudden expansion in front of the combustion chamber.

5. The burner according to claim 4, characterized in that the channel for supplying liquid fuel or air-fuel mixture is made stepwise, made up of two bushings mounted coaxially with each other and at right angles to the axis of the igniter, with a smaller diameter installed with the possibility of axial movement relative to the sleeve of a larger diameter, a fuel nozzle is installed, and through holes are made in the side surface of the sleeve of a larger diameter.

6. The burner according to claim 1, characterized in that a washer or perforated plate is installed at the output of the combustion chamber.

7. The burner according to claim 1 or 6, characterized in that the burner is equipped with a main burner mounted on the output end of the combustion chamber and aligned with it, and a tube, one end of which is connected to an opening made in the lower part of the combustion chamber in the region of the washer, and the other is brought into the cavity of the main burner.

8. The burner according to claim 6 or 7, characterized in that in the portion of the tube connected to the main burner, an additional tube is placed with a radial clearance, connected to a source of air supply under pressure.