RU2421661C1

RU2421661C1 - Burner

Info

Publication number: RU2421661C1
Application number: RU2010113749/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Соболев (RU); Виктор Михайлович Соболев
Original assignee: Виктор Михайлович Соболев
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-06-20

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: burner includes tubular body 1 inside which there is air channel 2 in which central tubular element 3 is located coaxially to its longitudinal axis; at the outlet of the above element there is fuel atomiser 4; guide vanes 5 of axial swirler are located along the periphery of central tubular element 3; around axial swirler in air channel 2 there are installed supply tubes of gas at least in two flows one of which is directed along longitudinal symmetry axis 7 of air channel 2, and the other ones are directed at an angle to the above axis 7; tubular guide element 8 is installed between central tubular element 3 and gas supply tubes coaxially to longitudinal axis 7 of air channel 2; guide vanes 5 of axial swirler are installed inside tubular guide element 8 at its outlet to outlet holes of gas supply tubes; at that, ratio of square of equivalent diameter D of air channel to square of equivalent diameter d of tubular guide element 8 D2/d2 is within 1.65-10. ^ EFFECT: reducing content of nitrogen oxides in combustion products with simultaneous increase of gas combustion quality and operating reliability. ^ 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания газа в топочных устройствах различного назначения.The invention relates to energy and can be used to burn gas in furnace devices for various purposes.

Известна горелка, содержащая центральный и периферийный воздушные каналы, расположенные в корпусе, аксиальный завихритель, установленный в центральном канале, газовые трубки, расположенные вокруг завихрителя симметрично продольной оси горелки и имеющие на выходе распределители, предназначенные для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен параллельно продольной оси горелки, а другой - под углом к указанной оси в направлении по ходу движения потока, и форсунку, RU 2027101.Known burner containing a Central and peripheral air channels located in the housing, an axial swirler installed in the Central channel, gas tubes located around the swirl symmetrically to the longitudinal axis of the burner and having outlet valves designed to supply gas, at least two streams, one of which is directed parallel to the longitudinal axis of the burner, and the other at an angle to the specified axis in the direction in the direction of flow, and the nozzle, RU 2027101.

Недостатком этой горелки является невысокое снижение оксидов азота (NO_x).The disadvantage of this burner is the low reduction of nitrogen oxides (NO _x ).

Известна также горелка, содержащая трубчатый корпус, внутри которого находится воздушный канал, в котором соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент, в котором размещена топливная форсунка, по периферии трубчатого элемента расположены направляющие лопатки аксиального завихрителя, вокруг аксиального завихрителя в воздушном канале установлены трубки для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала, а другие под углом к указанной оси в направлении по ходу движения потока, RU 2137043.Also known is a burner containing a tubular body, inside of which there is an air channel in which a central tubular element is located coaxially with its longitudinal axis, in which the fuel nozzle is located, guide vanes of the axial swirler are located on the periphery of the tubular element, tubes are installed around the axial swirler in the air channel for supplying gas with at least two streams, one of which is directed along the longitudinal axis of symmetry of the air channel, and the other at an angle to the specified axis in direction in the direction of flow, RU 2137043.

Это техническое решение, принятое в качестве прототипа настоящего изобретения, позволяет несколько снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.This technical solution, adopted as a prototype of the present invention, allows to slightly reduce the content of nitrogen oxides in the combustion products.

Однако недостатком этого устройства является неравномерность ввода воздушного потока в аксиальный завихритель, что приводит к неравномерному смешению топлива с воздухом и удлинению факела. В результате может произойти наброс факела на поверхности топочного устройства, их повреждение и выход из строя топочного устройства. Кроме того, вследствие удлинения факела происходит удлинение и его начального участка, что обусловливает повышенное образование так называемых «быстрых» оксидов азота ввиду увеличения времени пребывания их компонентов в зоне этого участка, где физико-химические реакции протекают наиболее интенсивно.However, the disadvantage of this device is the uneven input of the air flow into the axial swirl, which leads to uneven mixing of fuel with air and lengthening of the flame. As a result, a torch may spill on the surface of the combustion device, their damage and failure of the combustion device. In addition, due to lengthening of the torch, lengthening of its initial section also occurs, which leads to increased formation of the so-called “fast” nitrogen oxides due to an increase in the residence time of their components in the zone of this section, where physicochemical reactions proceed most intensively.

Задачей настоящего изобретения является повышение равномерности смешения топлива с воздухом, уменьшение за счет этого длины факела и предотвращение тем самым повреждения поверхностей топочного устройства; кроме того, решается задача уменьшения образования «быстрых» оксидов.The objective of the present invention is to increase the uniformity of mixing fuel with air, reducing due to this length of the torch and thereby preventing damage to the surfaces of the combustion device; In addition, the problem of reducing the formation of “fast” oxides is being solved.

Согласно изобретению в горелке, содержащей трубчатый корпус, внутри которого находится воздушный канал, в котором соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент, на выходе из которого размещена топливная форсунка, по периферии центрального трубчатого элемента расположены направляющие лопатки аксиального завихрителя, вокруг аксиального завихрителя в воздушном канале установлены трубки для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками, один из которых направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала, а другие под углом к указанной оси, между центральным трубчатым элементом и трубками для подачи газа соосно продольной оси воздушного канала установлен трубчатый направляющий элемент, направляющие лопатки аксиального завихрителя установлены внутри трубчатого направляющего элемента на его выходе до выходных отверстий трубок для подачи газа, при этом отношение квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента D²/d² находится в пределах 1,65-10.According to the invention, in a burner containing a tubular body, inside which there is an air channel in which a central tubular element is arranged coaxially with its longitudinal axis, at the outlet of which a fuel nozzle is located, guide vanes of the axial swirler are arranged around the periphery of the central tubular element, around the axial swirler in the air channel has tubes for supplying gas with at least two streams, one of which is directed along the longitudinal axis of symmetry of the air channel, and Other at an angle to the specified axis, a tubular guide element is installed between the central tubular element and the gas supply tubes coaxially to the longitudinal axis of the air channel, the guide vanes of the axial swirler are installed inside the tubular guide element at its outlet to the outlet openings of the gas supply tubes, wherein the square ratio the equivalent diameter D of the air channel to the square of the equivalent diameter d of the tubular guide element D ² / d ² is in the range of 1.65-10.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "Novelty."

Благодаря реализации признаков настоящего изобретения объект приобретает важные новые свойства (технический результат).Due to the implementation of the features of the present invention, the object acquires important new properties (technical result).

Трубчатый направляющий элемент, установленный между центральным трубчатым элементом и трубками для подачи газа, практически, исключает перетечки воздуха из зоны непосредственно перед лопатками завихрителя в область воздушного канала 2. Тем самым значительно повышается равномерность ввода воздушного потока в аксиальный завихритель и, соответственно, обеспечивается более равномерное смешение топлива с воздухом и уменьшение длины факела. При этом отношение квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала 2 к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента D²/d² должно находиться в пределах 1,65-10. При D²/d²<1,65 увеличивается длина факела и, соответственно, длина его начального участка, что приводит к набросу факела на поверхности топки, возрастанию образования как «быстрых», так и «тепловых» оксидов азота, заметному сажеобразованию, снижению экономичности горелки. При D²/d²>10 происходит резкое увеличение образования «тепловых» оксидов азота.The tubular guide element installed between the central tubular element and the gas supply tubes practically eliminates air overflow from the area immediately before the blades of the swirler into the region of the air channel 2. This significantly increases the uniformity of the air flow into the axial swirler and, therefore, provides a more uniform mixing fuel with air and reducing the length of the torch. The ratio of the square of the equivalent diameter D of the air channel 2 to the square of the equivalent diameter d of the tubular guide element D ² / d ² should be in the range of 1.65-10. When D ² / d ² <1.65, the length of the flare increases and, accordingly, the length of its initial section, which leads to a flare of the flare on the furnace surface, an increase in the formation of both “fast” and “thermal” nitrogen oxides, noticeable soot formation, and a decrease burner efficiency. When D ² / d ² > 10 there is a sharp increase in the formation of "thermal" nitrogen oxides.

Заявителем не выявлены источники информации, в которой содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».The applicant has not identified sources of information that would contain information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. These new properties of the object determine, according to the applicant, the compliance of the invention with the criterion of "Inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - продольный разрез горелки (А-А на фиг.2);figure 1 is a longitudinal section of the burner (aa in figure 2);

на фиг.2 - вид Б на фиг.1;figure 2 is a view of B in figure 1;

на фиг.3 - вариант устройства с подачей газа тремя потоками (разрез Г-Г на фиг.4);figure 3 is a variant of the device with a gas supply in three streams (section GG in figure 4);

на фиг.4 - вид Г на фиг.3.figure 4 is a view of G in figure 3.

Горелка содержит трубчатый корпус 1, внутри которого находится воздушный канал 2. В воздушном канале 2 соосно с его продольной осью расположен центральный трубчатый элемент 3, на выходе из которого размещена топливная форсунка 4. По периферии трубчатого элемента 3 расположены направляющие лопатки 5 аксиального завихрителя, вокруг которого в воздушном канале 2 установлены трубки 6 для подачи газа, по меньшей мере, двумя потоками.The burner contains a tubular body 1, inside of which there is an air channel 2. In the air channel 2 coaxially with its longitudinal axis there is a central tubular element 3, at the outlet of which a fuel nozzle 4 is placed. On the periphery of the tubular element 3 there are guide vanes 5 of the axial swirler, around which in the air channel 2 is installed tube 6 for supplying gas, at least two streams.

В варианте на фиг.1, 2 один из потоков направлен вдоль продольной оси симметрии воздушного канала 2, а другой - под углом к указанной оси (в направлении к продольной оси 7 канала 2 по ходу движения воздушного потока).In the embodiment of FIGS. 1, 2, one of the flows is directed along the longitudinal axis of symmetry of the air channel 2, and the other at an angle to the specified axis (in the direction of the longitudinal axis 7 of the channel 2 in the direction of the air flow).

В варианте на фиг.3, 4 один из потоков направлен вдоль продольной оси 7 симметрии воздушного канала 2, второй - под углом к этой оси и в направлении к ней, а третий - под углом к продольной оси 7 канала 2 в направлении от этой оси. Между центральным трубчатым элементом 3 и трубками 6 для подачи газа соосно продольной оси 7 воздушного канала 2 установлен трубчатый направляющий элемент 8; направляющие лопатки 5 аксиального завихрителя установлены внутри трубчатого направляющего элемента 8 на его выходе до выходных отверстий трубок 6 при отношении квадрата эквивалентного диаметра D воздушного канала 3 к квадрату эквивалентного диаметра d трубчатого направляющего элемента 8 в пределах 1,65-10. (Эквивалентный диаметр трубы - величина, равная отношению учетверенной площади поперечного сечения трубы (f) к периметру потока (Р)).In the embodiment of FIGS. 3, 4, one of the flows is directed along the longitudinal axis of symmetry 7 of the air channel 2, the second is at an angle to this axis and in the direction to it, and the third is at an angle to the longitudinal axis 7 of the channel 2 in the direction from this axis . Between the central tubular element 3 and the tubes 6 for supplying gas coaxially to the longitudinal axis 7 of the air channel 2, a tubular guide element 8 is installed; guide vanes 5 of the axial swirler are installed inside the tubular guide element 8 at its outlet to the outlet holes of the tubes 6 with a ratio of the square of the equivalent diameter D of the air channel 3 to the square of the equivalent diameter d of the tubular guide element 8 in the range of 1.65-10. (Equivalent pipe diameter - a value equal to the ratio of the quadruple pipe cross-sectional area (f) to the flow perimeter (P)).

Устройство работает следующим образом. Воздух поступает в воздушный канал 2 трубчатого корпуса 1, в центральный трубчатый элемент 3 и в трубчатый направляющий элемент 8. В трубчатом направляющем элементе 8 поток воздуха на участке перед лопатками 5 аксиального завихрителя стабилизируется и выравнивается, а далее этот поток закручивается лопатками 5. Закрученный поток воздуха поступает в зону смесеобразования вместе с газом, который подается через трубки 6. В зону смесеобразования может также подаваться топливо через форсунку 4. Трубчатый направляющий элемент 8 препятствует перетечкам воздуха из зоны перед лопатками 5 завихрителя в воздушный канал 2. Благодаря этому существенно повышается равномерность ввода воздушного потока в аксиальный завихритель, в результате чего происходит более равномерное смешение топлива с воздухом и уменьшается длина факела. Вследствие этого предотвращается наброс факела на поверхности топочного устройства, их повреждение и выход топочного устройства из строя. Уменьшение длины факела в целом обусловливает и уменьшение длины его начального участка, благодаря чему существенно уменьшается образование «быстрых» оксидов.The device operates as follows. Air enters the air channel 2 of the tubular body 1, into the central tubular element 3, and into the tubular guide element 8. In the tubular guide element 8, the air flow in the area in front of the blades 5 of the axial swirler is stabilized and leveled, and then this flow is twisted by the blades 5. The swirling flow air enters the mixture formation zone together with the gas that is supplied through the tubes 6. Fuel can also be supplied to the mixture formation zone through the nozzle 4. The tubular guide element 8 prevents echkam air from the zone in front of the blades 5 in the swirler air passage 2. This substantially increases the uniformity of air flow entering into the axial swirler, resulting in more uniform mixing of fuel with air and the flame length decreases. As a result, the flare on the surface of the furnace device, their damage and failure of the furnace device is prevented. The decrease in the length of the torch as a whole also determines the decrease in the length of its initial section, which substantially reduces the formation of “fast” oxides.

Для изготовления устройства использованы известные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».For the manufacture of the device used well-known structural materials and factory equipment. This circumstance, according to the applicant, allows us to conclude that this invention meets the criterion of "Industrial applicability".

Claims

A burner containing a tubular body, inside of which there is an air channel in which a central tubular element is located coaxially with its longitudinal axis, at the outlet of which a fuel nozzle is placed, guide vanes of the axial swirler are located on the periphery of the central tubular element, around the axial swirler in the air duct are installed tubes for supplying gas with at least two streams, one of which is directed along the longitudinal axis of symmetry of the air channel, and the other at an angle to the decree axis, characterized in that between the Central tubular element and the gas supply tubes coaxially to the longitudinal axis of the air channel, a tubular guide element is installed, the guide vanes of the axial swirler are installed inside the tubular guide element at its output to the outlet openings of the gas supply tubes, wherein the square ratio the equivalent diameter D of the air channel to the square of the equivalent diameter d of the tubular guide element D ² / d ² is in the range of 1.65-10.