RU2267706C1

RU2267706C1 - Dual-fuel furnace burner

Info

Publication number: RU2267706C1
Application number: RU2004130556/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Дмитриевич Акульшин (RU); Михаил Дмитриевич Акульшин; ков Олег Наилевич Абдраз (RU); Олег Наилевич Абдразяков; Константин Валерьевич Шишегов (RU); Константин Валерьевич Шишегов; Гимран Хамитович Габитов (RU); Гимран Хамитович Габитов; шев Эльшад Гумерович Тел (RU); Эльшад Гумерович Теляшев
Original assignee: Михаил Дмитриевич Акульшин; Олег Наилевич Абдразяков; Константин Валерьевич Шишегов
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-01-10

Abstract

FIELD: the invention refers to combined liquid-gas burner arrangements of injection type for pipe furnaces in chemical, petrochemical and petroleum industries and may be used in heat engineering arrangements for various purposes in other branches of the industry.

SUBSTANCE: the dual-fuel furnace has a body with an upper damper, coaxial to it a ring gas collector with one row of nozzles, a pipeline of feeding of gas, an airway formed by the central channel of the gas collector with a controlled swirler in it, a sprayer of swirling dispersion of black oil with steam with possibility of axle travel and with direction of rotation of the cone of dispersion of emulsion of black oil with steam from the sprayer in the inverse direction of rotation of air flow behind the controlled swirler, an ejector muzzle at the output of the sprayer, a mixer chamber formed in the cavity of the cylindrical tube, installed on radial joint-pins coaxially inside the spacer plate having a butterfly damper and also a guard shield installed with an axle gap before the collector and a radial gap with a body, a diaphragm fulfilled together with the butt-end of the gas collector having a radial gap with the body. Besides the nozzle channels are directed to the axle of the burner at an angle of 10-20%.

EFFECT: allows to increase quality of incineration of fuel, to reduce the content of CO and NOx in the products of burning, to regulate the length of the torch of the flame.

2 dwg

Description

Изобретение относится к комбинированным газожидкостным горелочным устройствам инжекционного типа для трубчатых печей в химической, нефтехимической и нефтяной промышленности. Может быть использовано в теплотехнических устройствах различного назначения других отраслей промышленности.The invention relates to combined gas-liquid injection-type burner devices for tube furnaces in the chemical, petrochemical and petroleum industries. It can be used in thermotechnical devices for various purposes in other industries.

Известна газомазутная горелка, содержащая корпус с установленной по его оси мазутной форсункой, кольцевую газовую камеру, центральный с завихрителем и периферийный воздушные каналы, в том числе 3-й канал с завихрителем между центральным и периферийным каналами, при этом крутка воздуха в 3-м канале противоположна крутке воздуха в центральном канале. (А.с. SU №354223, F 23 D 17/00, от 20.01.1967 г.)A gas-oil burner is known, comprising a housing with a fuel nozzle mounted on its axis, an annular gas chamber, a central one with a swirl and peripheral air channels, including a third channel with a swirl between the central and peripheral channels, while the air is twisted in the 3rd channel opposite to the twist of air in the central channel. (A.S. SU No. 354223, F 23 D 17/00, dated January 20, 1967)

Недостатками данного изобретения являются:The disadvantages of this invention are:

1) невозможность использования в качестве топлива теплонеустойчивых природных газов. Объясняется это тем, что кольцевая газовая камера за счет лучевого теплообмена при прямом воздействии энергии излучения пламени горящего топлива нагревается до температуры пиролиза газа и выше, при этом происходит нагрев и разложение теплонеустойчивого газа с образованием сажи, забивающей каналы и сопла, очистка которых возможна только при остановке работы печи и демонтаже горелки.1) the inability to use heat-resistant natural gases as fuel. This is explained by the fact that the ring gas chamber, due to direct heat exchange under the direct influence of the radiation energy of the flame of the burning fuel, is heated to a pyrolysis temperature of gas and above, while heating and decomposition of heat-unstable gas occurs with the formation of soot clogging the channels and nozzles, which can only be cleaned when stop the operation of the furnace and dismantle the burner.

2) нерациональное использование двух воздушных потоков с противоположной круткой для смешения газа и воздуха и образования газовоздушной смеси. Это объясняется тем, что энергетические возможности двух потоков одинаковы, и при встречи они гасят друг друга, поэтому смешение может происходить только в зоне встречи и зона смешения не охватывает всего объема этих двух потоков.2) the irrational use of two air flows with the opposite twist for mixing gas and air and the formation of a gas-air mixture. This is because the energy capabilities of the two flows are the same, and when they meet, they cancel each other out, so mixing can occur only in the meeting zone and the mixing zone does not cover the entire volume of these two flows.

Известна газомазутная горелка, содержащая корпус и воздушный патрубок с завихрителем, центральной паромазутной форсункой и шибером, регулятор расхода воздуха и кольцевой газовый коллектор с соплами, расположенными коаксиально оси горелки, смесители, которые закреплены непосредственно на соплах, причем отношение диаметра окружности, через которую проходят оси сопел, к калибру горелки составляет 0.7-0.8 (Патент RU №94025341 A1, F 23 D 17/00 от 06.07.1994).A gas-oil burner is known, comprising a housing and an air pipe with a swirl, a central steam-oil nozzle and a gate, an air flow regulator and an annular gas manifold with nozzles located coaxially with the axis of the burner, mixers that are mounted directly on the nozzles, and the ratio of the diameter of the circle through which the axes pass nozzles for the caliber of the burner is 0.7-0.8 (Patent RU No. 94025341 A1, F 23 D 17/00 of 07/06/1994).

1) невозможность использования в качестве топлива теплонеустойчивых природных газов. Объясняется это тем, что кольцевая газовая камера за счет лучевого теплообмена при прямом воздействии энергии излучения пламени горящего топлива нагревается до температуры пиролиза газа и выше, при этом происходит нагрев и разложение теплонеустойчивого газа с образованием сажи, забивающей каналы и сопла, очистка которых возможна только при остановке работы печи и демонтаже горелки;1) the inability to use heat-resistant natural gases as fuel. This is explained by the fact that the ring gas chamber, due to direct heat exchange under the direct influence of the radiation energy of the flame of the burning fuel, is heated to a pyrolysis temperature of gas and above, while heating and decomposition of heat-unstable gas occurs with the formation of soot clogging the channels and nozzles, which can only be cleaned when stopping the operation of the furnace and dismantling the burner;

2) нерационально организовано использование кинетической энергии паромазутной эмульсии, выбрасываемой из форсунки для смешивания с воздухом при образовании топливовоздушной смеси. Это объясняется следующим образом: поток воздуха из патрубка, закрученный завихрителем, отбрасывается центробежными силами к периферии, смешивается со струями газовоздушной смеси, но не встречается в полном объеме со струями паромазутной эмульсии из прямоточной форсунки на входе в амбразуру, когда скорости струй эмульсии и воздуха не снижены еще в диффузоре амбразуры и интенсивность процесса смешения могла бы быть больше. Встреча струй эмульсии с обратными потоками смеси воздуха и газа от периферии в центр происходит за счет разряжения в центре, но интенсивность процесса смешения будет в этом случае значительно ниже. Таким образом с воздухом смешивается весь газ и только часть эмульсии. Остальная часть эмульсии смешивается с обратными в центр потоками смеси, скорее всего горящими, это приводит к значительной неравномерности распределения топлива и воздуха и поля температур по всему объему факела, что вызывает рост содержания СО и NO_x в продуктах сгорания;2) the use of kinetic energy of a vapor-oil emulsion ejected from the nozzle for mixing with air during the formation of a fuel-air mixture is irrationally organized. This is explained as follows: the air flow from the nozzle, swirled by a swirl, is discarded by centrifugal forces to the periphery, mixes with the jets of the air-gas mixture, but does not meet in full with the jets of the vapor-oil emulsion from the direct-flow nozzle at the inlet into the embrasure, when the speeds of the emulsion and air jets are not the embrasures were also reduced in the diffuser and the intensity of the mixing process could be greater. The meeting of the emulsion jets with the reverse flows of a mixture of air and gas from the periphery to the center occurs due to the rarefaction in the center, but the intensity of the mixing process will be much lower in this case. Thus, all gas and only part of the emulsion are mixed with air. The rest of the emulsion is mixed with the backward flow of the mixture, most likely burning, this leads to a significant uneven distribution of fuel and air and temperature field throughout the volume of the flame, which causes an increase in the content of CO and NO _x in the combustion products;

3) интенсивность процесса смешения воздуха с топливом низка, это объясняется следующим образом: поскольку горелка крепится на обшивке печи непосредственно перед амбразурой, то роль камеры смешения выполняет диффузорная часть амбразуры, в этом случае скорости потоков газа, воздуха и паромазутной эмульсии падают, интенсивность процесса смешивания и образования топливовоздушной смеси снижается, процесс образования полноценной смеси затягивается во времени, происходит ее воспламенение в то время, когда неравномерность концентрации воздуха и топлива по объему факела еще велика, что приводит к значительной неравномерности поля температур и в конечном итоге к увеличению концентрации СО и NO_x в продуктах сгорания.3) the intensity of the process of mixing air with fuel is low, this is explained as follows: since the burner is mounted on the furnace sheathing directly in front of the embrasure, the diffuser part of the embrasure plays the role of the mixing chamber, in this case the flow rates of gas, air and steam-oil emulsion decrease, the intensity of the mixing process and the formation of the air-fuel mixture is reduced, the process of formation of a complete mixture is delayed in time, it ignites at a time when the uneven concentration of air ha and fuel plume by volume is still large, resulting in significant non-uniformity of the temperature field and ultimately to an increase in the concentration of CO and NO _x in the combustion products.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым техническим результатам к заявляемому изобретению является горелка ГП-2 (ТУ-26-02-68-78 каталог: "Горелки для трубчатых печей", ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва 1985 г.), содержащая корпус с веерной заслонкой, коаксиальный к нему кольцевой газовый коллектор с двумя рядами сопел, коаксиальных оси горелки, воздуховод с установленным внутри него завихрителем и заслонкой, трубопровод подвода газа и паромазутную прямоточную форсунку по центру воздуховода.The closest in technical essence and the achieved technical results to the claimed invention is a GP-2 burner (TU-26-02-68-78 catalog: "Burners for tube furnaces", TSINTIHIMNEFTEMASH, Moscow 1985), comprising a housing with a fan shutter, an annular gas collector coaxial to it with two rows of nozzles, a coaxial axis of the burner, an air duct with a swirl and a damper installed inside it, a gas supply pipe and a steam-oil straight-through nozzle in the center of the air duct.

1) невозможность использования в качестве топлива теплонеустойчивых природных газов. Объясняется это тем, что газовый коллектор за счет лучевого теплообмена при прямом воздействии энергии излучения пламени горящего топлива нагревается до температуры пиролиза газа и выше, при этом происходит нагрев и разложение теплонеустойчивого газа с образованием сажи, забивающей каналы и сопла, очистка которых возможна только при остановке работы печи и демонтаже горелки;1) the inability to use heat-resistant natural gases as fuel. This is explained by the fact that the gas collector, due to direct heat transfer under the direct influence of the radiation energy of the flame of the burning fuel, heats up to the pyrolysis temperature of gas and above, while heating and decomposition of heat-unstable gas occurs with the formation of soot clogging the channels and nozzles, which can be cleaned only when stopped furnace operation and burner removal;

2) нерационально организовано использование кинетической энергии паромазутной эмульсии, выбрасываемой из форсунки для смешивания с воздухом при образовании топливовоздушной смеси. Это объясняется следующим образом: поток воздуха из патрубка, закрученный завихрителем, отбрасывается центробежными силами к периферии, смешивается со струями газа из сопел, но не встречается в полном объеме со струями паромазутной эмульсии из форсунки на входе в амбразуру, когда скорости струй эмульсии и воздуха не снижены еще в диффузоре амбразуры и интенсивность процесса смешения могла бы быть больше. Встреча струй эмульсии с обратными потоками смеси воздуха и газа от периферии в центр происходит за счет разряжения в центре, но интенсивность процесса смешения будет в этом случае значительно ниже. Таким образом с воздухом смешивается весь газ и только часть эмульсии. Остальная часть эмульсии смешивается с обратными в центр потоками смеси, скорее всего горящими, это приводит к значительной неравномерности распределения топлива и воздуха и поля температур по всему объему факела, что вызывает рост содержания СО и NO_x в продуктах сгорания;2) the use of kinetic energy of a vapor-oil emulsion ejected from the nozzle for mixing with air during the formation of a fuel-air mixture is irrationally organized. This is explained as follows: the air flow from the nozzle swirled by the swirl is discarded by centrifugal forces to the periphery, mixes with jets of gas from the nozzles, but does not meet in full with jets of steam-oil emulsion from the nozzle at the inlet into the embrasure, when the speeds of the emulsion and air jets the embrasures were also reduced in the diffuser and the intensity of the mixing process could be greater. The meeting of the emulsion jets with the reverse flows of a mixture of air and gas from the periphery to the center occurs due to the rarefaction in the center, but the intensity of the mixing process will be much lower in this case. Thus, all gas and only part of the emulsion are mixed with air. The rest of the emulsion is mixed with the backward flow of the mixture, most likely burning, this leads to a significant uneven distribution of fuel and air and temperature field throughout the volume of the flame, which causes an increase in the content of CO and NO _x in the combustion products;

3) интенсивность процесса смешения воздуха с топливом низка, это объясняется следующим образом: поскольку горелка крепится на обшивке печи непосредственно перед амбразурой, то роль камеры смешения выполняет диффузорная часть амбразуры, в этом случае скорости потоков газа, воздуха и паромазутной эмульсии падают, интенсивность процесса смешивания и образования топливовоздушной смеси снижается, процесс образования полноценой смеси затягивается во времени, происходит ее воспламенение в то время, когда неравномерность концентрации воздуха и топлива по объему факела еще велика, что приводит к значительной неравномерности поля температур и в конечном итоге к увеличению концентрации СО и NO_x в продуктах сгорания.3) the intensity of the process of mixing air with fuel is low, this is explained as follows: since the burner is mounted on the furnace sheathing directly in front of the embrasure, the diffuser part of the embrasure plays the role of the mixing chamber, in this case the flow rates of gas, air and steam-oil emulsion decrease, the intensity of the mixing process and the formation of the air-fuel mixture is reduced, the process of formation of a complete mixture is delayed in time, it ignites at a time when the uneven concentration of air and a fuel volume torch still large, resulting in significant non-uniformity of the temperature field and ultimately to an increase in the concentration of CO and NO _x in the combustion products.

Технической задачей данного изобретения является создание горелки печной двухтопливной, конструкция которой позволяет использовать в качестве топлива, наряду с жидким, теплонеустойчивый природный газ, повысить интенсивность смешения топлива и воздуха, обеспечить возможность образования гомогенной топливовоздушной смеси, настраивать горелку на необходимый режим при изменении нагрузки по топливу, повысить качество сгорания топлива и снизить содержание СО и NO_x в продуктах сгорания, а также регулировать длину факела пламени, замену и очистку сопел без остановки работы печи.The technical task of this invention is the creation of a dual-fuel furnace burner, the design of which allows the use, along with liquid, heat-resistant natural gas, to increase the mixing rate of fuel and air, to ensure the formation of a homogeneous air-fuel mixture, to set the burner to the required mode when the fuel load changes , improve the quality of fuel combustion and reduce the content of CO and NO _x in the combustion products, and also regulate the length of the flame, replacement and cleaning nozzles without stopping the operation of the furnace.

Поставленная задача по горелке печной двухтопливной решается тем, что горелка включает: корпус с веерной заслонкой, коаксиальный ему кольцевой газовый коллектор с одним рядом сменных сопел, трубопровод подвода газа, воздуховод, образованный центральным каналом газового коллектора с управляемым завихрителем в нем и жидкостной форсункой, причем форсунка выполнена вихревого распыления мазута паром, с возможностью осевого перемещения ее и с направлением вращения конуса распыла паромазутной эмульсии из форсунки обратно направлению вращения воздушного потока за управляемым завихрителем, а сама горелка дополнительно включает эжекторный насадок на выходе форсунки, камеру смешения, образованную в полости цилиндрической трубы, установленной на радиальных штифтах коаксиально внутри проставки, имеющей поворотную заслонку, а также защитный экран, установленный с осевым зазором перед коллектором и радиальным зазором с корпусом, диафрагму, выполненную заодно с торцом коллектора, имеющую радиальный зазор с корпусом, кроме того, каналы сопел направлены под углом 10÷20° к оси камеры смешения.The task for a dual-fuel furnace burner is solved by the fact that the burner includes: a housing with a fan shutter, an annular gas collector coaxial to it with one row of replaceable nozzles, a gas supply pipe, an air duct formed by the central channel of the gas manifold with a controlled swirl in it and a liquid nozzle, moreover the nozzle is made by vortex atomization of fuel oil with steam, with the possibility of axial movement of it and with the direction of rotation of the spray cone of the vapor-oil emulsion from the nozzle back to the direction of rotation air flow behind the controlled swirl, and the burner itself additionally includes an ejector nozzle at the nozzle exit, a mixing chamber formed in the cavity of a cylindrical pipe mounted on radial pins coaxially inside the spacer having a rotary damper, and a protective screen installed with an axial clearance in front of the manifold and a radial clearance with the housing, a diaphragm integral with the end face of the collector, having a radial clearance with the housing, in addition, the nozzle channels are directed at an angle of 10 ÷ 20 ° to the axis of the chamber s mixing.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид горелки печной, фиг.2 - сечение А-А, перпендикулярное оси поворотной лопатки управляемого завихрителя.The invention is illustrated by drawings: figure 1 is a General view of the furnace burner, figure 2 is a section aa perpendicular to the axis of the rotary blade of the controlled swirl.

Горелка печная двухтопливная содержит корпус 1 с веерной заслонкой 2, коаксиальный корпусу 1 кольцевой газовый коллектор 3, управляемый завихритель 4, трубопровод подвода газа 5, воздуховод 6, образованный центральным каналом газового коллектора 7, и жидкостную форсунку 8 вихревого распыления мазута паром.The dual-fuel furnace burner comprises a housing 1 with a fan damper 2, an annular gas manifold 3 coaxial to the housing 1, a controlled swirler 4, a gas supply pipe 5, an air duct 6 formed by the central channel of the gas manifold 7, and a liquid nozzle 8 for the vortex atomization of fuel oil by steam.

В кольцевом газовом коллекторе 3 установлены сменные сопла 9 с перфорированными стенками, каналы 10 которых направлены под углом α=10÷20° к оси горелки. Перед газовым коллектором 3 с осевым зазором S₁ на дистанционных распорках 11 свободно с учетом возможности теплового расширения установлен защитный экран 12. Каналы 10 сменных сопел 9 направлены в отверстия 13 защитного экрана 12. Заодно с торцом газового коллектора 3 изготовлена диафрагма 14. Между корпусом 1 и наружным диаметром диафрагмы 14 имеется радиальный зазор S₂. Между корпусом 1 и наружным диаметром защитного экрана 12 имеется радиальный зазор S₃. Между коллектором 3 и корпусом 1 имеется радиальный зазор S₀.In the annular gas manifold 3, replaceable nozzles 9 with perforated walls are installed, the channels 10 of which are directed at an angle α = 10 ÷ 20 ° to the axis of the burner. In front of the gas manifold 3 with an axial clearance S _1, a protective shield 12 is freely installed on the distance struts 11 taking into account the possibility of thermal expansion. The channels 10 of the replaceable nozzles 9 are directed into the openings 13 of the protective shield 12. A diaphragm 14 is made at the same time as the end of the gas manifold 3. Between the housing 1 and the outer diameter of the diaphragm 14 has a radial clearance S ₂ . Between the housing 1 and the outer diameter of the protective shield 12 there is a radial clearance S ₃ . Between the collector 3 and the housing 1 there is a radial clearance S ₀ .

Управляемый завихритель 4 включает в себя поворотные лопатки 15 на радиальных осях 16, в свою очередь неподвижно закрепленных в полой оси 17, ввернутой на резьбе в центральной резьбовой втулке 18 веерной заслонки 2. Полая ось 17 зафиксирована в резьбовой втулке 18 контргайкой 19. Для вращения оси 18 на ней имеются торцевые пазы 20. На передней кромке лопатки 15 закреплен цилиндрический поводок 21, сопрягаемый с кольцевой проточкой 22 центральной резьбовой втулки 18 веерной заслонки 2. Сменные сопла 9 установлены в соосных проточках газового коллектора 3 и закреплены пробками 23. Уплотнение сопла 9 осуществляется с помощью уплотнительных колец 24, 25. Для обеспечения надежной работы уплотнений 25 между торцом сопла 9 и пробкой 23 вводятся упругие элементы 26. Угловое положение сопла 9 относительно его оси фиксируется специальными приспособлениями типа шип-паз, которые на чертеже условно не показаны. С помощью цанговой втулки 27 установлена форсунка 8. Цанговая втулка 27 имеет возможность вращаться в оси 17 и закреплена от осевого перемещения. Цанги 28 при вращении гайки 29 сжимаются и фиксируют форсунку 8 в необходимом осевом положении. На выходе форсунки 8 установлен эжекторный насадок 30, закрепленный на цанговой втулке 27. Между фронтальной обшивкой 31 амбразуры 32 и корпусом 1 установлена цилиндрическая проставка 33, внутри проставки 33 с радиальным зазором S₄ на радиальных штифтах 34 установлена коаксиальная проставке 33 защитная труба 35 с возможностью свободного теплового расширения. На проставке 33 имеется гнездо 36 для установки запального устройства и поворотная заслонка 37. Имеется смотровой глазок, установленный так же, как и гнездо 36, условно на фиг.1 не показан. Внутренняя полость трубы 35 образует камеру смешения 38. Горелка печная двухтопливная крепится к фронтальной обшивке 31 амбразуры 32 печи с помощью лапок 39, болтов 40 и гаек 41.The controlled swirl 4 includes rotary blades 15 on the radial axes 16, which in turn are fixedly mounted in the hollow axis 17, screwed onto the thread in the central threaded sleeve 18 of the fan flap 2. The hollow axis 17 is fixed in the threaded sleeve 18 with a lock nut 19. To rotate the axis 18 there are end grooves 20. A cylindrical leash 21 is fixed to the leading edge of the blade 15 and mates with the annular groove 22 of the central threaded sleeve 18 of the fan flap 2. Replaceable nozzles 9 are installed in the coaxial grooves of the gas manifold 3 and fixed with plugs 23. The nozzle 9 is sealed with o-rings 24, 25. To ensure reliable operation of the seals 25, elastic elements 26 are introduced between the nozzle end 9 and the plug 23. The angular position of the nozzle 9 relative to its axis is fixed with special tongue-and-groove devices, which not conventionally shown in the drawing. Using the collet sleeve 27, the nozzle 8 is installed. The collet sleeve 27 has the ability to rotate in the axis 17 and is fixed from axial movement. Collets 28 during rotation of the nut 29 are compressed and fix the nozzle 8 in the required axial position. At the outlet nozzle 8 is an ejector nozzle 30 mounted on collet sleeve 27. Between the front casing 31 embrasures 32 and the housing 1 is mounted a cylindrical spacer 33, the spacer 33 inside with radial clearance S ₄ on radial pins 34 is mounted coaxial spacer 33, protective tube 35, with free thermal expansion. On the spacer 33 there is a socket 36 for installing the ignition device and a rotary damper 37. There is an inspection hole installed in the same way as the socket 36, conventionally not shown in figure 1. The inner cavity of the pipe 35 forms a mixing chamber 38. A dual-fuel furnace burner is attached to the frontal sheathing 31 of the furnace embrasure 32 using the legs 39, bolts 40, and nuts 41.

Горелка печная двухтопливная работает следующим образом: воздух за счет эжектирующего действия газовых струй из каналов 10 сопел 9, паромазутных струй из форсунки 8, разряжения в печи поступает в горелку через веерную заслонку 2, далее часть воздуха поступает в зазор S₀ между корпусом 1 и коллектором 3, другая часть воздуха через воздуховод 6 поступает в камеру смешения 38, при этом поток воздуха в воздуховоде 6 закручивается управляемым завихрителем 4, и часть его центробежными силами отбрасывается к периферии камеры смешения 38, где по пути интенсивно перемешивается с газом, при встрече струй газа с вращающимся потоком воздуха. Другая часть вращающегося потока засасывается в эжекторный насадок 30, поскольку разряжение, создаваемое между форсункой 8 и насадком 30 струей паромазутной эмульсии из форсунки 8, значительно превышает разряжение, создаваемое в центре вращающегося потока воздуха центробежными силами, за счет того, что кинетическая энергия струи эмульсии больше энергии потока воздуха. Это подтверждается сведениями из существующей практики: на разгон воздушного потока затрачивается перепад давления, равный не более 100 Па, на разгон пара - 0.6 МПа, на разгон мазута - 0.5 МПа. Расход весовой воздуха может быть больше расхода мазута, примерно, в 10 раз, но скорость паромазутной эмульсии в 10 и более раз больше скорости воздуха, и поэтому, учитывая, что в формулу расчета кинетической энергии скорость входит в квадрате, можно сделать вывод, что кинетическая энергия струи эмульсии заведомо больше кинетической энергии потока воздуха. Направление вращения конуса распыла эмульсии обратно направлению вращения воздушного потока после завихрителя 4. При встрече воздушного потока и конуса распыла эмульсии они за счет встречного движения интенсивно перемешиваются в ограниченном насадком 30 пространстве. Кинетическая энергия эмульсии больше кинетической энергии воздушного потока, поэтому смесь после смешения увлекается во вращение в том же направлении, что и эмульсия до смешения. Вращающийся поток воздуха встречается с газовыми струями из каналов 10 сопел 9. Направления движения газа и воздуха взаимно перпендикулярны, смешение происходит в отличие от аналогов и прототипов в ограниченном пространстве на периферии камеры смешения 38, с большими скоростями движения и поэтому процесс осуществляется с большой интенсивностью. Скорость вращения получившейся газовоздушной смеси меньше, чем скорость вращения воздуха до смешения, поэтому в середину камеры смешения 38, где давление меньше за счет центробежного эффекта, чем на периферии, начинаются обратные потоки смеси, преодолевающие центробежные силы, что способствует еще лучшему перемешиванию компонентов. Направление струй газа под углом 10÷20° к оси камеры смешения 38 способствует перемещениям обратных вращающихся потоков газовоздушной смеси к центру камеры смешения 38, где они встречаются с вращающимся в противоположном направлении потоком смеси эмульсии и воздуха из насадка 30. Происходит окончательное смешивание газа, мазута и воздуха и образование в достаточной степени полноценной топливовоздушной смеси, что является основным условием снижения содержания СО и NO_x в продуктах сгорания. Смешивание эмульсии с газом и воздухом производится в два этапа: предварительно с воздухом в эжекторном насадке 30 и окончательно с газовоздушным потоком в камере смешения 38. Это необходимо для того, чтобы успеть использовать в камере смешения 38 в процессе смешения всех компонентов всю кинетическую энергию эмульсии, значительно превышающую кинетические энергии остальных компонентов. Для обеспечения этого процесса длина В камеры смешения 38 выбирается равной 1.5÷2 диаметра Д_к.с. камеры смешения 38. Перемешивание компонентов происходит при их встречном или перпендикулярном относительных перемещениях, причем траектории перемещения двух компонентов из трех имеют направление, близкое к перпендикулярному оси камеры смешения 38, поэтому принята длина В≥1.5 Д_к.с в отличие от длины камеры смешения известных в практике инжекторных горелок (В=5÷10 Д_к.с), где смешение осуществляется путем массообмена спутных турбулентных струй компонентов. Угол наклона струй газа к оси камеры смешения 38 задается исходя из того, что чем короче камера смешения 38, тем больше угол. Величина Д_к.с выбирается такой, чтобы фронт пламени держался за камерой смешения 38 в диффузорной части амбразуры 32 и не допускался проскок пламени. Это возможно тогда, когда осевая скорость смеси намного превышает скорость распостранения пламени, потому величина Д_к.с камеры смешения рассчитывается из этих условий. Все три компонента до смешения и смесь после смешения имеют осевую составляющую скорости, вследствие этого смесь выбрасывается в амбразуру 32 печи. Качество смешивания топливовоздушной смеси по равномерности распределения компонентов высокое. Часть воздуха, поступающая через веерную заслонку 2 по зазорам S₀, S₁, S₂, S₃, S₄, подается в амбразуру 32, где встречается с топливовоздушной смесью, и происходит дополнительное смешивание вторичного воздуха с топливовоздушной смесью. Кроме того, вторичный воздух защищает стенки амбразуры 32 от воздействия факела пламени. Вторичный воздух, протекая по зазору S₀, дросселируется из зазора S₂ в зазор S₃, эжектирует по зазору S₁ воздух из потока в воздуховоде 6, вращающегося после завихрителя 4, часть которого под действием центробежных сил движется по зазору S₁ к периферии, тем самым усиливая эжектирующий эффект. Таким образом газовый коллектор 3 обтекается и охлаждается со всех сторон воздухом, а изнутри газом. Кроме того, коллектор 3 защищен защитным экраном 12 от прямого воздействия энергии излучения горящего факела пламени, что создает ему надежную тепловую защиту от лучистого теплообмена и позволяет использовать в качестве топлива теплонеустойчивые природные газы. Струи газа из каналов 10 сопел 9, вытекающие через отверстия 13 в защитном экране 12, подсасывают окружающий воздух, тем самым интенсивно охлаждая головки сопел 9. Воздух, истекающий из зазора S₃ и протекающий по зазору S₄ между защитной трубой 35 и проставкой 33, охлаждает трубу 35 и защищает проставку 33 от теплового воздействия со стороны горящего факела пламени. В случае значительного теплового воздействия со стороны горящего пламени конструкция горелки допускает возможность подачи дополнительного воздуха в зазор между защитной трубой 35 и проставкой 33 через поворотную заслонку 37. При вращении поворотной заслонки 37 меняется проходное сечение и меняется количество поступающего дополнительного воздуха в зазор S₄.The dual-fuel furnace burner works as follows: air due to the ejecting action of gas jets from channels 10 of nozzles 9, steam-oil jets from nozzle 8, vacuum in the furnace enters the burner through the fan damper 2, then part of the air enters the gap S ₀ between the housing 1 and the collector 3, the other part of the air through the duct 6 enters the mixing chamber 38, while the air flow in the duct 6 is swirled by a controlled swirl 4, and part of it is centrifuged by force to the periphery of the mixing chamber 38, where nsivno mixed with gas, the gas jets meeting at a rotating air stream. Another part of the rotating flow is sucked into the ejector nozzle 30, since the pressure generated between the nozzle 8 and the nozzle 30 by the steam-oil emulsion stream from the nozzle 8 significantly exceeds the pressure created in the center of the rotating air stream by centrifugal forces, due to the fact that the kinetic energy of the emulsion stream is greater energy flow of air. This is confirmed by information from existing practice: a pressure differential of not more than 100 Pa is expended for accelerating the air flow, 0.6 MPa for accelerating the vapor, and 0.5 MPa for accelerating the fuel oil. The flow rate of weight air can be more than the consumption of fuel oil, about 10 times, but the speed of a vapor-oil emulsion is 10 or more times the speed of air, and therefore, given that the velocity is included in the formula for calculating kinetic energy, it can be concluded that the kinetic the energy of the emulsion stream is obviously greater than the kinetic energy of the air flow. The direction of rotation of the emulsion spray cone back to the direction of rotation of the air flow after the swirl 4. When the air flow and the emulsion spray cone meet, they are intensively mixed in the space limited by the nozzle 30 due to oncoming movement. The kinetic energy of the emulsion is greater than the kinetic energy of the air flow, so the mixture after mixing is carried away in rotation in the same direction as the emulsion before mixing. A rotating air stream meets the gas jets from the channels 10 of the nozzles 9. The directions of gas and air movement are mutually perpendicular, the mixing occurs in contrast to analogs and prototypes in a limited space on the periphery of the mixing chamber 38, with high speeds and therefore the process is carried out with great intensity. The rotation speed of the resulting air-gas mixture is lower than the speed of rotation of the air before mixing, therefore, in the middle of the mixing chamber 38, where the pressure is less due to the centrifugal effect than on the periphery, the reverse flows of the mixture begin to overcome the centrifugal forces, which contributes to even better mixing of the components. The direction of the gas jets at an angle of 10 ÷ 20 ° to the axis of the mixing chamber 38 facilitates the movement of the reverse rotating flows of the gas-air mixture to the center of the mixing chamber 38, where they meet with the opposite flow of the mixture of emulsion and air from the nozzle 30. The final mixing of gas, fuel oil and air and the formation of a sufficiently high-grade air-fuel mixture, which is the main condition for reducing the content of CO and NO _x in the combustion products. The emulsion is mixed with gas and air in two stages: first with air in the ejector nozzle 30 and finally with the gas-air flow in the mixing chamber 38. This is necessary in order to manage to use all the kinetic energy of the emulsion in the mixing chamber 38 in the process of mixing all components, significantly exceeding the kinetic energies of the remaining components. To ensure this process, the length In the mixing chamber 38 is selected equal to 1.5 ÷ 2 diameter D _K.s. mixing chambers 38. Mixing of the components occurs during their onward or perpendicular relative movements, and the trajectories of two of the three components have a direction close to the perpendicular axis of the mixing chamber 38, therefore, a length of B≥1.5 D _{c.s. is adopted} in contrast to the length of the mixing chamber known in the practice of injection burners (B = 5 ÷ 10 D _k.s ), where mixing is carried out by mass transfer of turbulent jets of _companion jets. The angle of inclination of the gas jets to the axis of the mixing chamber 38 is set based on the fact that the shorter the mixing chamber 38, the larger the angle. The value of D _c.s. is chosen so that the flame front _rests on the mixing chamber 38 in the diffuser part of the embrasure 32 and the flame is not allowed to _{slip through} . This is possible when the axial velocity of the mixture is much higher than the speed of propagation of the flame, therefore, the value of D _c.s. All three components before mixing and the mixture after mixing have an axial velocity component; as a result, the mixture is ejected into the embrasure 32 of the furnace. The quality of mixing the air-fuel mixture by the uniform distribution of components is high. Part of the air entering through the fan damper 2 through the gaps S ₀ , S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ , is fed into the embrasure 32, where it meets the air-fuel mixture, and additional mixing of the secondary air with the air-fuel mixture occurs. In addition, the secondary air protects the walls of the embrasure 32 from exposure to a flame. Secondary air flowing through the gap S ₀ is throttled from the gap S ₂ to the gap S ₃ , ejects along the gap S _{1 the} air from the flow in the duct 6, which rotates after the swirl 4, part of which moves through the gap S ₁ to the periphery under the influence of centrifugal forces, thereby enhancing the ejection effect. Thus, the gas manifold 3 flows around and is cooled from all sides by air, and from the inside by gas. In addition, the collector 3 is protected by a protective shield 12 from direct exposure to the radiation energy of a burning flame, which creates reliable thermal protection against radiant heat transfer and allows the use of heat-resistant natural gases as fuel. The jets of gas from the channels 10 of the nozzles 9, flowing through the openings 13 in the protective shield 12, draw in ambient air, thereby intensively cooling the heads of the nozzles 9. Air flowing out of the gap S ₃ and flowing through the gap S ₄ between the protective tube 35 and the spacer 33, cools the pipe 35 and protects the spacer 33 from thermal effects from the burning flame. In the case of significant thermal effects from the side of the burning flame, the burner design allows the possibility of supplying additional air to the gap between the protective tube 35 and the spacer 33 through the rotary damper 37. When the rotary damper 37 rotates, the flow area changes and the amount of additional air entering the gap S ₄ changes.

При изменении нагрузки по газу и по жидкому топливу конструкцией горелки предусмотрена настройка на необходимый режим работы. Без демонтажа горелки и остановки работы печи можно произвести замену сменных сопел 9. Сменные сопла 9 подбираются по диаметру каналов 10 на необходимый расход газа. Можно установить величину закрутки завихрителя 4, изменяя угол поворота лопаток 15, вращая полую ось 17. При вворачивании или выворачивании оси 17 из резьбовой втулки 18 веерной заслонки 2 поводок 21 лопатки 15 во взаимодействии с кольцевой проточкой 22 втулки 18 поворачивает лопатки на необходимый угол, тем самым устанавливается величина крутки потока воздуха, а следовательно, и осевая скорость потока топливовоздушной смеси, поскольку расход воздуха в 10÷40 раз превышает расход топлива. Изменяя величину крутки, можно менять длину факела пламени, поскольку она напрямую зависит от величины осевой скорости, с которой смесь подается в амбразуру 32. Изменение расхода воздуха через горелку осуществляется с помощью веерной заслонки 2. Изменение положения в осевом направлении форсунки 8 достигается путем разжатия и сжатия цанг 28 гайкой 29. Настройка осевого положения форсунки 8 осуществляется для регулирования работы эжекторного насадка 30 при изменении расхода мазута. Настройка достигается изменением величины "X".When changing the load on gas and liquid fuel, the burner design provides for adjustment to the required operating mode. Without dismantling the burner and stopping the operation of the furnace, it is possible to replace the replaceable nozzles 9. The replaceable nozzles 9 are selected according to the diameter of the channels 10 to the required gas flow rate. You can set the twist value of the swirl 4 by changing the angle of rotation of the blades 15, rotating the hollow axis 17. When screwing or unscrewing the axis 17 from the threaded sleeve 18 of the fan flap 2, the lead 21 of the blade 15 in conjunction with the annular groove 22 of the sleeve 18 rotates the blades by the required angle, the amount of twist of the air flow, and therefore the axial flow rate of the air-fuel mixture, is established, since the air flow is 10 ÷ 40 times higher than the fuel consumption. By changing the amount of twist, you can change the length of the flame, since it directly depends on the magnitude of the axial speed with which the mixture is fed into the embrasure 32. The air flow through the burner is changed using the fan damper 2. The axial direction of the nozzle 8 is changed by unloading and compression of the collets 28 with a nut 29. The axial position of the nozzle 8 is adjusted to regulate the operation of the ejector nozzle 30 when the fuel oil flow rate changes. The setting is achieved by changing the value of "X".

Практическим воплощением изобретения является горелка печная двухтопливная со следующими характеристиками:A practical embodiment of the invention is a dual-fuel furnace burner with the following characteristics:

1. Калибр горелки D_г 309 мм.1. Caliber burner D _g 309 mm

2. Соотношение между диаметром окружности, на которой расположены оси сопел горелки, и калибром d_к/D_г 0,8.2. The ratio between the diameter of the circle on which the axis of the nozzle of the burner are located, and the caliber d _to / D _{g of} 0.8.

3. Соотношение между длиной камеры смешения и ее диаметром В/Д_к.с. 1.58.3. The ratio between the length of the mixing chamber and its diameter V / D _k.s. 1.58.

4. Угол наклона каналов сопел к оси горелки 15°.4. The angle of inclination of the nozzle channels to the axis of the burner 15 °.

5. Номинальная тепловая мощность 2,5 МВт.5. Nominal thermal power of 2.5 MW.

6. Номинальный расход при раздельном сжигании топлива:6. Nominal consumption for separate fuel combustion:

мазута (Qн=9800 ккал/кг)fuel oil (Qn = 9800 kcal / kg) 220 кг/ч220 kg / h пара (при Т=220°С)steam (at Т = 220 ° С) 33 кг/ч33 kg / h газа (Qн=8500 ккал/м³)gas (Qн = 8500 kcal / m ³ ) 250 м³/ч250 m ³ / h

7. Номинальное давление при раздельном сжигании топлива, не более:7. Nominal pressure during separate combustion of fuel, not more than:

мазута (Т=120°С)fuel oil (T = 120 ° C) 0.5 МПа0.5 MPa пара (Т=220°С)steam (T = 220 ° C) 0.6 МПа0.6 MPa газа (Qн=8500 ккал/м³)gas (Qн = 8500 kcal / m ³ ) 7 кПа7 kPa

8. Коэффициент рабочего регулирования тепловой мощности К_рр 8. The coefficient of working regulation of thermal power To _pp

на мазутеon fuel oil 33 на газеon gas 55

9. Коэффициент избытка воздуха при номинальной тепловой мощности9. The coefficient of excess air at rated thermal power

на мазутеon fuel oil 1.151.15 на газеon gas 1.081.08

10. Разряжение в топке при номинальной мощности, не менее: 80 Па.10. Discharge in the furnace at rated power, not less than: 80 Pa.

11. Номинальная длина видимого факела, не более 1.5÷2 м.11. Nominal length of the visible flame, no more than 1.5 ÷ 2 m.

12. Объем оксида углерода в сухих продуктах сгорания (при α=1) в диапазоне рабочего регулирования, не более, по объему12. The volume of carbon monoxide in dry combustion products (at α = 1) in the range of working regulation, not more than, by volume

на мазутеon fuel oil 0.01%0.01% на газеon gas 0.01%0.01%

13. Содержание оксида азота в сухих продуктах сгорания (при пересчете на NO₂ α=1) при номинальной тепловой мощности, не более:13. The content of nitric oxide in dry combustion products (when converted to NO ₂ α = 1) at a rated heat output of not more than:

на мазуте (Т воздуха 20°С)on fuel oil (T air 20 ° С) 250 мг/м³ 250 mg / m ³ на газе (Т воздуха 20°С)on gas (T air 20 ° С) 92 мг/м³ 92 mg / m ³

14. Габаритные размеры:14. Overall dimensions:

длинаlength 650 мм650 mm ширинаwidth 460 мм460 mm высотаheight 500 мм500 mm вес доweight up 60 кг60 kg

15. Диаметры проходных сечений сменных сопел: 2.4; 3; 3.7; 4.5; 6 мм.15. The diameters of the flow cross sections of interchangeable nozzles: 2.4; 3; 3.7; 4.5; 6 mm.

Использование данного изобретения позволит создать горелку печную двухтопливную, конструкция которой позволяет использовать в качестве топлива, наряду с жидким, теплонеустойчивые природные газы, настраивать горелку на необходимый режим в зависимости от нагрузки на жидкое топливо и газ, осуществлять замену сопел без остановки работы печи и демонтажа горелки, повысить качество сжигания топлива, снизить содержание СО и NO_x в продуктах сгорания, регулировать длину факела пламени.The use of this invention will allow to create a dual-fuel furnace burner, the design of which allows the use of heat-resistant natural gases, along with liquid, to set the burner to the required mode depending on the load on liquid fuel and gas, to replace nozzles without stopping the operation of the furnace and dismantling the burner , improve the quality of fuel combustion, reduce the content of CO and NO _x in the combustion products, adjust the length of the flame.

Claims

A dual-fuel furnace burner containing a housing with a fan shutter, an annular gas collector coaxial to it with one row of replaceable nozzles, a gas supply pipe, an air duct formed by a central channel of the gas manifold with a controlled swirl in it and a liquid nozzle, and the nozzle is made with vortex atomization of fuel oil with steam its axial movement and with the direction of rotation of the spray cone of the vapor-oil emulsion, opposite to the direction of rotation of the air flow behind the controlled swirl, and she the burner further includes an ejector nozzle at the nozzle exit, a mixing chamber formed in the cavity of the cylindrical pipe mounted on the radial pins coaxially inside the spacer having a rotary damper, as well as a protective screen installed with an axial clearance in front of the gas manifold and a radial clearance with the housing, a diaphragm, made integrally with the end of the gas manifold and having a radial clearance with the housing, in addition, the nozzle channels are directed at an angle of 10 ÷ 20 ° to the axis of the mixing chamber.