RU2229656C1

RU2229656C1 - Liquid-fuel burner

Info

Publication number: RU2229656C1
Application number: RU2002124184/06A
Authority: RU
Inventors: М.И. Рыжанков (RU); М.И. Рыжанков; О.А. Потапов (RU); О.А. Потапов; Г.П. Бобрышев (RU); Г.П. Бобрышев; В.П. Колинко (RU); В.П. Колинко; Г.М. Меньщиков (RU); Г.М. Меньщиков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сибирский агропромышленный дом"
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-05-27

Abstract

FIELD: heating gases in various process plants such as drying agents in farm grain driers. SUBSTANCE: burner has fan, combustion chamber for fuel gasification and combustion, fuel atomizing device mounted in butt-end section of combustion chamber, fan-joined shell accommodating combustion chamber and forming annular space around the latter for air passage+ADs- combustion chamber has side ports for air admission from annular space to gasification and combustion zones, respectively+ADs- combustion chamber has gasification section and combustion section+ADs- gasification section is made in the form of diffuser enclosing fuel spray cone+ADs- combustion section is made in the form of series connected contraction and diffuser. Annular slit for air passage is provided at mating point between sections. Butt-end part of gasification section has air passage holes. Swirler having central bore is installed in combustion section diffuser. Side ports for air feed to combustion zone are disposed downstream of swirler. Combustion chamber is enclosed by safety shield attached to its contraction and diffuser. Inlet part of combustion-section contraction encloses outlet part of gasification section diffuser and covers it in axial direction. Outlet part of gasification section diffuser and inlet part of combustion section contraction have cylindrical bands+ADs- annular air admission slit is formed by clearance between these bands. Proposed burner provides for improved mixing of air and fuel as well as reduced probability of local flame overcooling and fuel spraying onto combustion chamber walls. EFFECT: enhanced completeness of fuel combustion and operating reliability of burner. 8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано преимущественно для нагрева газов в различных технологических установках, например агента сушки в сельскохозяйственных зерносушилках.The invention relates to heat engineering and can be used mainly for heating gases in various technological installations, for example, a drying agent in agricultural grain dryers.

Известна горелка жидкотопливная в нагревателе газов (а.с. СССР №1825070, кл. F 24 Н 3/02, F 26 В 23/02 от 1991). Она содержит вентилятор, камеру сгорания (жаровую трубу), топливораспыливающее устройство в виде воздушной форсунки, установленное в торцевой части камеры сгорания, соединенный с вентилятором кожух, заключающий в себя камеру сгорания и образующий кольцевое пространство для прохода воздуха. При этом в камере сгорания выполнены боковые окна для подачи в нее воздуха из названного кольцевого пространства.Known liquid fuel burner in a gas heater (AS USSR No. 1825070, CL F 24 N 3/02, F 26 V 23/02 from 1991). It contains a fan, a combustion chamber (flame tube), a fuel atomizing device in the form of an air nozzle installed in the end part of the combustion chamber, a casing connected to the fan, enclosing the combustion chamber and forming an annular space for air passage. At the same time, side windows are made in the combustion chamber for supplying air from the said annular space into it.

Эта горелка не обеспечивает достаточную полноту сжигания топлива и на внутренней поверхности стенок ее камеры сгорания образуется нагар. Первое объясняется недостаточной турбулизацией потока по длине камеры сгорания, а второе - набрызгиванием топлива на стенки камеры вследствии вращательного движения топливовоздушной смеси, создаваемого воздушной форсункой.This burner does not provide sufficient completeness of fuel combustion and soot forms on the inner surface of the walls of its combustion chamber. The first is due to insufficient turbulization of the flow along the length of the combustion chamber, and the second is due to the spraying of fuel on the chamber walls due to the rotational movement of the air-fuel mixture created by the air nozzle.

Недостаточная турбулизация потока топливовоздушной смеси вынуждает выполнять камеру сгорания относительно больших размеров.Insufficient turbulization of the air-fuel mixture flow forces the combustion chamber to be relatively large.

Прототипом заявленной горелки является горелка теплогенератора смеси топочных газов с воздухом (а.с. СССР № 213690, кл. F 26 В 40/60 от 1968). Горелка-прототип включает вентилятор, камеру сгорания для газификации и сжигания топлива, топливораспыливающее устройство, установленное в торцевой части камеры сгорания, соединенный с вентилятором кожух, заключающий в себя камеру сгорания и образующий вокруг нее кольцевое пространство для прохода воздуха. При этом в камере сгорания выполнены тангенциально направленные боковые окна для подачи воздуха из кольцевого пространства, соответственно, в зону газификации и зону сжигания.The prototype of the claimed burner is a burner of a heat generator of a mixture of flue gases with air (AS USSR No. 213690, class F 26 40/60 from 1968). The prototype burner includes a fan, a combustion chamber for gasifying and burning fuel, a fuel spray device installed in the end part of the combustion chamber, a casing connected to the fan, enclosing the combustion chamber and forming an annular space around it for air passage. In this case, tangentially directed side windows are made in the combustion chamber for supplying air from the annular space, respectively, to the gasification zone and the combustion zone.

Горелка-прототип относительно компактна, однако она также не обеспечивает достаточную полноту сжигания топлива и на стенках ее камеры сгорания образуется нагар вследствие набрызгивания топлива. Этому способствует используемое для смесеобразования вращательное движение топливовоздушной смеси в камере газификации, когда капли топлива разлетаются под действием центробежных сил.The prototype burner is relatively compact, however, it also does not provide sufficient completeness of fuel combustion and soot is formed on the walls of its combustion chamber due to fuel spraying. This is facilitated by the rotational movement of the air-fuel mixture used for mixture formation in the gasification chamber when fuel droplets fly apart under the action of centrifugal forces.

Кроме того, подача всего воздуха, необходимого для газификации и сжигания топлива, только через боковые окна камеры сгорания приводит к местным переохлаждениям факела в зоне этих окон, что ухудшает сгорание топлива и также способствует нагарообразованию, снижая надежность работы горелки.In addition, the supply of all air necessary for gasification and combustion of fuel only through the side windows of the combustion chamber leads to local supercooling of the torch in the area of these windows, which impairs fuel combustion and also contributes to carbon formation, reducing the reliability of the burner.

Задача изобретения - повышение полноты сгорания топлива и надежности работы горелки за счет улучшения смесеобразования топлива с воздухом, снижения вероятности местных переохлаждении факела и набрызгивания топлива на стенки камеры сгорания.The objective of the invention is to increase the completeness of fuel combustion and the reliability of the burner by improving the mixture formation of fuel with air, reducing the likelihood of local hypothermia of the torch and spraying fuel on the walls of the combustion chamber.

Эта задача решена тем, что предлагаемая горелка, как и ее прототип, включает вентилятор, камеру сгорания для газификации и сжигания топлива, топливораспыливающее устройство, установленное в торцевой части камеры сгорания, соединенный с вентилятором кожух, заключающий в себя камеру сгорания и образующий вокруг нее кольцевое пространство для прохода воздуха. При этом в камере сгорания выполнены боковые окна для подачи воздуха из кольцевого пространства, соответственно, в зону газификации и зону сжигания. Однако, в отличии от прототипа, ее камера сгорания имеет секцию газификации и секцию сжигания. Причем секция газификации выполнена в виде диффузора, охватывающего конус распыла топлива, а секция сжигания - в виде соединенных последовательно конфузора и диффузора. При этом в месте сопряжения секций предусмотрена кольцевая щель для прохода воздуха.This problem is solved in that the proposed burner, like its prototype, includes a fan, a combustion chamber for gasification and fuel combustion, a fuel spray device installed in the end part of the combustion chamber, a casing connected to the fan, enclosing the combustion chamber and forming an annular around it space for air passage. In this case, side windows are made in the combustion chamber for supplying air from the annular space, respectively, to the gasification zone and the combustion zone. However, unlike the prototype, its combustion chamber has a gasification section and a combustion section. Moreover, the gasification section is made in the form of a diffuser, covering the cone of atomization of fuel, and the combustion section is in the form of a confuser and a diffuser connected in series. At the same time, an annular gap for the passage of air is provided at the junction of the sections.

Наличие в камере сгорания двух секций указанной формы создает в ней переменное проходное сечение, обеспечивающее изменение скорости и турбулентность потока газов, что улучшает смесеобразование топлива с воздухом. При этом не используется вращательное движение газового потока, как в аналоге и прототипе, то есть на частицы топлива не действуют центробежные силы, что существенно снижает вероятность попадания топлива на стенки камеры сгорания и образование нагара на них.The presence in the combustion chamber of two sections of this form creates a variable flow cross-section in it, providing a change in speed and turbulence of the gas flow, which improves the mixture formation of fuel with air. In this case, the rotational movement of the gas stream is not used, as in the analogue and prototype, that is, centrifugal forces do not act on the fuel particles, which significantly reduces the likelihood of fuel getting on the walls of the combustion chamber and the formation of soot on them.

Кольцевая щель, предусмотренная в месте сопряжения секции газификации и секции сжигания, вместе с конфузором последней обеспечивают плавное, распределенное в пространстве подмешивание необходимого для горения воздуха в газифицированную топливовоздушную смесь, что не вызывает местных переохлаждении факела. При этом образуется движущийся слой воздуха (воздушная пленка) вдоль стенки конфузора, что предотвращает набрызгивание топлива на нее.The annular gap provided at the junction of the gasification section and the combustion section, together with the confuser of the latter, provide smooth, spatially distributed mixing of the air necessary for combustion into the gasified air-fuel mixture, which does not cause local supercooling of the flame. This forms a moving layer of air (air film) along the wall of the confuser, which prevents the spraying of fuel on it.

Итак, рассмотренная выше новая совокупность общих существенных признаков, при осуществлении заявленной горелки всегда обеспечивает технический результат, указанный в задаче изобретения.So, the above new set of common essential features, when implementing the claimed burner always provides the technical result indicated in the task of the invention.

Кроме того, в частных случаях реализации заявленной горелки, в торцевой части секции газификации выполнены отверстия для прохода воздуха.In addition, in special cases of the implementation of the claimed burner, in the end of the gasification section, holes are made for air passage.

Кроме того, в диффузоре секции сжигания установлен завихритель. Он увеличивает скорость топливовоздушной смеси и создает за ним зону обратных токов.In addition, a swirler is installed in the combustion section diffuser. It increases the speed of the air-fuel mixture and creates behind it a reverse current zone.

Кроме того, завихритель имеет центральное отверстие, через которое часть топливовоздушной смеси подается в зону обратных токов за завихрителем. Это способствует лучшему перемешиванию топливовоздушной смеси.In addition, the swirler has a central hole through which part of the air-fuel mixture is fed into the reverse current zone behind the swirler. This contributes to better mixing of the air-fuel mixture.

Кроме того, боковые окна для подачи воздуха в зону сжигания выполнены за завихрителем. Благодаря этому воздух, входящий через названные боковые окна, подогревается и смешивается в зоне обратных токов за завихрителем.In addition, the side windows for supplying air to the combustion zone are made behind the swirler. Due to this, the air entering through the aforementioned side windows is heated and mixed in the reverse current zone behind the swirler.

Кроме того, секция сжигания охвачена защитным экраном, прикрепленным к ее конфузору и диффузору. Это, с одной стороны, сохраняет постоянное сечение кольцевого канала, а с другой - защищает стенки секции сжигания от охлаждения воздухом, проходящим по этому каналу. В результате часть тепла за счет теплопроводности передается от более нагретого конечного участка секции сжигания к менее нагретому начальному. За счет этого повышается температура начального участка секции сжигания, что способствует лучшему испарению топлива и улучшает смесеобразование.In addition, the combustion section is covered by a protective shield attached to its confuser and diffuser. This, on the one hand, maintains a constant cross section of the annular channel, and on the other hand, protects the walls of the combustion section from cooling by the air passing through this channel. As a result, part of the heat due to thermal conductivity is transferred from the warmer end portion of the combustion section to the less heated initial. Due to this, the temperature of the initial section of the combustion section rises, which contributes to better fuel evaporation and improves mixture formation.

Кроме того, входная часть конфузора секции сжигания охватывает и перекрывает в осевом направлении выходную часть диффузора секции газификации. Это обеспечивает рациональное направление воздушного потока, входящего через кольцевую щель в камеру сгорания.In addition, the inlet part of the confuser of the combustion section covers and axially overlaps the outlet part of the diffuser of the gasification section. This ensures the rational direction of the air flow entering through the annular gap into the combustion chamber.

Кроме того, выходная часть диффузора секции газификации и входная часть конфузора секции сжигания имеют цилиндрические пояски, а кольцевая щель для прохода воздуха образована зазором между этими поясками. Цилиндрические пояски усиливают указанный выше эффект и увеличивают жесткость сопрягаемых кромок секций камеры сгорания.In addition, the outlet of the diffuser of the gasification section and the inlet of the confuser of the combustion section have cylindrical belts, and an annular gap for the passage of air is formed by the gap between these belts. The cylindrical belts reinforce the above effect and increase the rigidity of the mating edges of the sections of the combustion chamber.

Рассмотренные частные существенные признаки усиливают технический результат, указанный в задаче изобретения.Considered private significant features enhance the technical result indicated in the task of the invention.

Суть изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана горелка жидкотопливная, общий вид с местным разрезом, показанным на фиг.2.In Fig.1 shows a liquid fuel burner, a General view with a local section shown in Fig.2.

Горелка жидкотопливная (фиг.1, 2) содержит вентилятор 1, топливную систему 2, топливораспыливающее устройство 3, свечу зажигания 4, кожух 5, внутри которого установлена камера сгорания 6. Камера сгорания 6 состоит из секции газификации, выполненной в виде диффузора 7, и секции сжигания, выполненной из соединенных вместе конфузора 8 и диффузора 9. В месте сопряжения секций имеется кольцевая щель 10 шириной S, выполненная, в частности, между цилиндрическими поясками, предусмотренными на кромках секций.The liquid fuel burner (FIGS. 1, 2) comprises a fan 1, a fuel system 2, a fuel atomizing device 3, a spark plug 4, a casing 5, inside which a combustion chamber 6. A combustion chamber 6 consists of a gasification section made in the form of a diffuser 7, and combustion sections made of confuser 8 and diffuser 9 connected together. At the interface of the sections there is an annular gap 10 of width S made, in particular, between the cylindrical belts provided on the edges of the sections.

В торцевой стенке диффузора 7 выполнены отверстия 11 и 12, а в боковой стенке - окна 13, предназначенные для прохода воздуха.Holes 11 and 12 are made in the end wall of the diffuser 7, and windows 13 are provided in the side wall for air passage.

В диффузоре 9 установлен завихритель 14, имеющий в центре отверстие 15. Для ввода воздуха в зону сжигания диффузор 9 имеет боковые окна 16. Конфузор 8 и диффузор 9 охвачены защитным экраном 17.A swirl 14 is installed in the diffuser 9, having a hole 15 in the center. To enter the air into the combustion zone, the diffuser 9 has side windows 16. The confuser 8 and the diffuser 9 are covered by a protective screen 17.

Горелка жидкотопливная работает следующим образом (фиг.1, 2).The oil burner operates as follows (Fig.1, 2).

Вентилятором 1 создается воздушный поток Q, одновременно в топливной системе 2 создается давление и жидкое топливо распыливается топливораспыливающим устройством 3 под углом φ. Распыленное топливо поджигается от свечи зажигания 4. По ходу движения воздушный поток Q разделяется на несколько потоков. Поток Q1, проходя через отверстие 11, смешивается с распыленным топливом и создает начальные условия для его горения. За отверстием 11 поток Q1 образует завихрения, вследствие чего возможно набрызгивание топлива на стенки диффузора 7. Поток Q2, подаваемый через отверстия 12, отодвигает зону завихрения от торцевой стенки, тем самым предотвращая набрызгивание топлива на нее. Также он смешивается с горящим топливом и поддерживает горение.Fan 1 creates an air flow Q, at the same time pressure is created in the fuel system 2 and liquid fuel is sprayed by the fuel atomizing device 3 at an angle φ. The atomized fuel is ignited by the spark plug 4. In the direction of travel, the air stream Q is divided into several streams. The flow Q1, passing through the hole 11, is mixed with the atomized fuel and creates the initial conditions for its combustion. Behind the hole 11, the flow Q1 forms turbulence, as a result of which fuel can be sprayed onto the walls of the diffuser 7. The flow Q2 supplied through the holes 12 moves the swirl zone away from the end wall, thereby preventing fuel from spraying onto it. It also mixes with burning fuel and supports combustion.

По мере продвижения топливовоздушной смеси вдоль диффузора 7 ее скорость снижается, что способствует перемешиванию и увеличивает время нахождения смеси в секции газификации.As the air-fuel mixture moves along the diffuser 7, its speed decreases, which promotes mixing and increases the residence time of the mixture in the gasification section.

Воздушный поток Q3, поступающий через боковые окна 13, создает воздушную пленку вдоль стенки диффузора 7, предотвращая набрызгивание топлива на нее. Одновременно он смешивается с топливовоздушной смесью, поддерживая горение.The air stream Q3 entering through the side windows 13 creates an air film along the wall of the diffuser 7, preventing fuel from spraying onto it. At the same time, it mixes with the air-fuel mixture, maintaining combustion.

В зоне газификации топливо сгорает неполностью, сумма потоков воздуха Q1, Q2, Q3 создают коэффициент избытка воздуха α<1.In the gasification zone, the fuel burns incompletely, the sum of the air flows Q1, Q2, Q3 create an excess air coefficient α <1.

Это позволяет предотвратить переохлаждение области газификации топлива избыточным количеством воздуха.This prevents overcooling of the gasification region of the fuel with excess air.

Далее, по ходу движения топливовоздушной смеси, на выходе из диффузора 7 к ней добавляется воздушный поток Q4, направленный под углом по направлению движения последней. Воздушный поток Q4 предотвращает набрызгивание топлива на стенки конфузора 8, одновременно он интенсивно смешивается с топливовоздушной смесью, которая, попадая в конфузор 8, увеличивает свою скорость движения, этому же способствует направление потока под углом к движению газовоздушной смеси.Further, in the direction of movement of the air-fuel mixture, at the exit of the diffuser 7, air flow Q4 is added to it, directed at an angle in the direction of movement of the latter. The air flow Q4 prevents spraying of fuel on the walls of the confuser 8, at the same time it is intensively mixed with the air-fuel mixture, which, entering the confuser 8, increases its speed, this is also facilitated by the direction of the flow at an angle to the movement of the gas-air mixture.

Топливовоздушная смесь, входя в диффузор 9, сначала уменьшает свою скорость, а затем увеличивает, попадая в область установки завихрителя 14. У конца последнего скорость движения топливовоздушной смеси максимальная. Значительные изменения скорости и направления движения топливовоздушной смеси способствует ее интенсивному перемешиванию и, соответственно, лучшей подготовке к сжиганию.The air-fuel mixture, entering the diffuser 9, first reduces its speed, and then increases, getting into the installation area of the swirl 14. At the end of the latter, the speed of the air-fuel mixture is maximum. Significant changes in the speed and direction of movement of the air-fuel mixture contribute to its intensive mixing and, accordingly, better preparation for combustion.

За завихрителем 14 в газовоздушной смеси образуется циркуляционная зона и зона обратных токов. Поток воздуха Q5, поступающий через боковые окна 16, расположенные за завихрителем 14, быстро подогревается и смешивается с топливовоздушной смесью. Этому же способствует поток топливовоздушной смеси, поступающий через отверстие 15 в завихрителе 14. Поток воздуха Q5 увеличивает коэффициент избытка воздуха α>1, интенсивное перемешивание разогретой газовоздушной смеси с воздухом обеспечивает эффективное горение.Behind the swirler 14, a circulation zone and a reverse current zone are formed in the gas-air mixture. The air flow Q5 entering through the side windows 16 located behind the swirl 14 is quickly heated and mixed with the air-fuel mixture. This is also facilitated by the flow of the air-fuel mixture entering through the hole 15 in the swirl 14. Air flow Q5 increases the coefficient of excess air α> 1, intensive mixing of the heated gas-air mixture with air ensures efficient combustion.

Кожух 17, охватывающий конфузор 8 и диффузор 9, позволяет перераспределить температуру вдоль стенок секции сжигания. За счет теплопроводности стенок диффузора 9 часть тепла передается из более нагретого конечного участка к менее нагретому начальному. При этом повышается температура начального участка диффузора 9 и конечного участка конфузора 8, что способствует лучшему испарению топлива.The casing 17, covering the confuser 8 and the diffuser 9, allows you to redistribute the temperature along the walls of the combustion section. Due to the thermal conductivity of the walls of the diffuser 9, part of the heat is transferred from the warmer end portion to the less heated initial one. This increases the temperature of the initial section of the diffuser 9 and the final section of the confuser 8, which contributes to better evaporation of the fuel.

Кроме того, установка кожуха 17 позволяет снизить потери давления воздуха при его движении от вентилятора 1 к боковым окнам 16, расположенным за завихрителем 14.In addition, the installation of the casing 17 allows to reduce the loss of air pressure during its movement from the fan 1 to the side windows 16 located behind the swirl 14.

Приведенные сведения подтверждают возможность повышения полноты сгорания топлива и надежности работы горелки путем лучшего смесеобразования топлива с воздухом и уменьшение нагарообразования на стенках камеры сгорания за счет уменьшения набрызгивания топлива на них. Варианты заявленной горелки жидкотопливной с тепловой мощностью в 1 и 2 МВт успешно используются для подогрева агента сушки в зерносушилках. Горелка хорошо работает на дизельном топливе, проведены испытания и рекомендованы к использованию горелки, работающие на сырой нефти.The above information confirms the possibility of increasing the completeness of fuel combustion and the reliability of the burner by better mixing fuel with air and reducing carbon formation on the walls of the combustion chamber by reducing the spraying of fuel on them. Variants of the claimed liquid fuel burner with a thermal power of 1 and 2 MW are successfully used to heat the drying agent in grain dryers. The burner works well on diesel fuel, tests are carried out and recommended for use burners operating on crude oil.

Claims

1. A liquid fuel burner, including a fan, a combustion chamber for gasification and fuel combustion, a fuel spray device installed in the end part of the combustion chamber, a casing connected to the fan, enclosing the combustion chamber and forming an annular space for air passage around it, while in the chamber side windows for supplying air from the annular space, respectively, to the gasification zone and the combustion zone, characterized in that the combustion chamber has a gasification section and a section, are made combustion, and the gasification section is made in the form of a diffuser, covering the cone of atomization of fuel, and the combustion section is in the form of a confuser and a diffuser connected in series, while an annular slot for air passage is provided at the junction of the sections.

2. The burner according to claim 1, characterized in that in the end part of the gasification section there are openings for air passage.

3. The burner according to claim 1 or 2, characterized in that a swirler is installed in the combustion section diffuser.

4. The burner according to claim 3, characterized in that the swirler has a central hole.

5. The burner according to claim 3 or 4, characterized in that the side windows for supplying air to the combustion zone are made behind the swirler.

6. The burner according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, characterized in that the combustion section is covered by a protective shield attached to its confuser and diffuser.

7. The burner according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that the inlet part of the confuser of the combustion section covers and overlaps in the axial direction the outlet part of the diffuser of the gasification section.

8. The burner according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, or 7, characterized in that the outlet of the diffuser of the gasification section and the inlet of the confuser of the combustion section have cylindrical belts, and an annular gap for passage air formed by the gap between these bands.