RU2622357C1

RU2622357C1 - Gas flat flame burner with integrated radiation recuperator

Info

Publication number: RU2622357C1
Application number: RU2015155812A
Authority: RU
Inventors: Владислав Викторович Стерлигов; Дарья Андреевна Шадринцева
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-06-14

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: gas flat flame burner with integrated radiation recuperator contains a chimney, an air pipe, a gas pipe with holes for gas outlet. Straight chimney with a wound flaring is located inside the gas and the air pipes for recuperation along the device length in the radiative heat exchange mode, the air passage is extended by the outer air pipe, a ring with a set of replaceable screwed nozzles of certain diameter of holes for different calorie gas is placed in the outlet end of the gas passage containing an additional outer gas pipe, the outside air pipe is fastened to the outer gas pipe by flanges and gaskets by bolts.

EFFECT: increased releasing and burning stability of torch, reduced aerodynamic burner resistance, burner central section use for smoke selection and its heat recuperation in radiative heat exchange mode.

3 dwg

Description

Изобретение относится к горелочным устройствам тепловых агрегатов, используемых в различных отраслях промышленности: металлургической, машиностроительной, химической и других, где требуется равномерный интенсивный нагрев значительных по величине тепловоспринимающих поверхностей.The invention relates to burner devices of thermal units used in various industries: metallurgical, engineering, chemical and others, where uniform intensive heating is required of significant heat-absorbing surfaces.

Известны плоскопламенные горелки типа ГР [1, с. 167], содержащие цилиндрический корпус с тангенциально установленным воздухоподающим патрубком, центральную газоподаюшую трубу с косыми прорезями для выхода газа и горелочный камень, примыкающий к корпусу горелки и образующий амбразуру с тороидальной поверхностью для создания плоского факела. Горелка состоит из литых деталей. С помощью верхнего фланца она опирается на металлоконструкции на своде печи, а горелочный камень подвешивается к горелке.Known flat flame burners type GR [1, p. 167], containing a cylindrical body with a tangentially installed air supply pipe, a central gas supply pipe with oblique slots for gas outlet and a burner stone adjacent to the burner body and forming an embrasure with a toroidal surface to create a flat torch. The burner consists of cast parts. Using the upper flange, it relies on metal structures on the roof of the furnace, and the burner stone is suspended from the burner.

Известны плоскопламенные горелки (ГНИ) [1, с. 178], содержащие корпус с тангенциально установленным воздухоподающим патрубком, винт-завихритель, размещенный в корпусе, центральную газоподаюшую трубу с радиальными отверстиями для выхода газа и горелочный камень, примыкающий к корпусу горелки и образующий амбразуру с тороидальной поверхностью.Known flat flame burners (STI) [1, p. 178], comprising a casing with a tangentially installed air supply pipe, a swirl screw located in the casing, a central gas supply pipe with radial openings for the gas outlet and a burner stone adjacent to the burner casing and forming an embrasure with a toroidal surface.

При работе аналогов нагнетаемый поток воздуха интенсивно завихряется, смешивается с газом и газовоздушная смесь тонким веерообразным слоем растекается по поверхности горелочного камня, образуя разомкнутый факел.During operation of the analogs, the injected air stream is intensively vortexed, mixed with gas, and the gas-air mixture spreads on a burner stone surface in a thin fan-like layer, forming an open torch.

Недостатками аналогов являются подача холодного воздуха, сложность устройства, узкий диапазон устойчивости раскрытия факела и регулирования производительности.The disadvantages of the analogues are the supply of cold air, the complexity of the device, a narrow range of stability of the disclosure of the torch and the regulation of performance.

Наиболее близким прототипом является газовая плоскопламенная рекуперативная горелка [2], содержащая воздушный и газовый коллекторы с сопловыми отверстиями, излучающую насадку с цилиндрическим и диффузорным участками и канал для отвода продуктов сгорания с рекуператором. Сопловые отверстия воздушного коллектора выполнены на его внутренней боковой стенке, которая представляет собой закручивающий воздушный аппарат. Сопловые отверстия газового коллектора выполнены на диффузорном участке насадки в виде кольцевого ряда. Канал для отвода продуктов сгорания подключен к цилиндрическому участку излучающей насадки.The closest prototype is a gas flat flame recuperative burner [2], containing air and gas manifolds with nozzle openings, a radiating nozzle with cylindrical and diffuser sections and a channel for exhausting combustion products with a recuperator. The nozzle holes of the air manifold are made on its inner side wall, which is a swirling air apparatus. The nozzle holes of the gas manifold are made on the diffuser section of the nozzle in the form of an annular row. The channel for the removal of combustion products is connected to the cylindrical section of the radiating nozzle.

Недостатками прототипа являются следующие признаки: рекуператор расположен на удалении от области смешения газа и воздуха; щели для вхождения воздуха в область смешения горелки направляют воздух к оси горелки, поэтому потоку необходимо развернуться и двигаться в противоположном направлении для создания плоского факела, размыкаемого за счет центробежных сил; поверхности горелки, по которым движется факел, имеют острые углы и не способствуют размыканию.The disadvantages of the prototype are the following features: the recuperator is located at a distance from the area of mixing of gas and air; cracks for air to enter the mixing region of the burner direct air to the axis of the burner, so the flow must be turned around and moved in the opposite direction to create a flat torch that opens due to centrifugal forces; the torch surfaces on which the torch moves have sharp angles and do not contribute to opening.

Задачей, решаемой изобретением, является технический результат - повышение стабильности размыкания и горения факела, снижение аэродинамического сопротивления горелки, возможность использования центрального сечения горелки для отбора дыма и рекуперации его тепла при радиационном режиме теплообмена.The problem solved by the invention is the technical result - increasing the stability of opening and burning of the torch, reducing the aerodynamic resistance of the burner, the ability to use the central section of the burner to remove smoke and recover its heat under the radiative heat transfer regime.

Технический результат достигается тем, что в газовой плоскопламенной горелке со встроенным радиационным рекуператором, содержащей дымовую трубу, воздушную трубу и газовую трубу с отверстиями для выхода газа, прямая дымовая труба большого диаметра с накрученным на нее раструбом расположена внутри газовой и внутри воздушной труб для осуществления рекуперации по всей длине устройства при радиационном режиме теплообмена; воздушный канал продлен за счет воздушной наружной трубы; в торце газового канала, содержащего дополнительно газовую наружную трубу, расположено кольцо с отверстиями и комплектом вкрученных в отверстия сменных насадок с определенным диаметром отверстий для использования газа разной калорийности; воздушная наружная труба скреплена с газовой наружной трубой с помощью фланцев и уплотняющих прокладок болтами.The technical result is achieved by the fact that in a gas flat flame burner with a built-in radiation recuperator containing a chimney, an air pipe and a gas pipe with gas outlet openings, a large straight chimney with a bell screwed on it is located inside the gas pipe and inside the air pipe for recovery along the entire length of the device during the radiative heat transfer mode; the air channel is extended by an outer air pipe; at the end of the gas channel, which additionally contains an outer gas pipe, there is a ring with holes and a set of interchangeable nozzles screwed into the holes with a certain diameter of the holes for using gas of different calories; the air outer pipe is bolted to the gas outer pipe with flanges and gaskets.

На фиг. 1 изображена описываемая горелка, сечение в плоскости А-А, на фиг. 2 сечение Б-Б, на фиг. 3 изображена сменная насадка.In FIG. 1 shows the described burner, a section in the plane AA, in FIG. 2 section BB, in FIG. 3 shows a replaceable nozzle.

Горелка состоит из дымовой трубы 1 с накрученным на нее раструбом - рассекателем 6, воздушной трубы 2, воздушной наружной трубы 3, газовой трубы 4 и газовой наружной трубы 5. На наружную воздушную 3 и наружную газовую 5 трубы приварены фланцы 9, которые скреплены через уплотняющие прокладки болтами 10. В торце горелки между газовой трубой 4 и газовой наружной трубой 5 расположено кольцо 7 с отверстиями и комплектом вкрученных в отверстия сменных насадок 8 с определенным диаметром отверстий для конкретного вида топлива.The burner consists of a chimney 1 with a socket wound around it - a splitter 6, an air pipe 2, an air outer pipe 3, a gas pipe 4 and a gas outer pipe 5. Flanges 9 are welded to the outer air 3 and outer gas 5 pipes, which are fastened through sealing gaskets with bolts 10. At the end of the burner between the gas pipe 4 and the gas outer pipe 5, there is a ring 7 with holes and a set of replaceable nozzles 8 screwed into the holes with a certain diameter of the holes for a particular type of fuel.

Опорным размером горелки является диаметр дымового канала (дымовой трубы 1), прямая труба которого формирует внутреннюю сторону воздушного канала, где воздух нагревается, отбирая тепло у дымовых газов. Дымовая труба 1 взята большого диаметра для обеспечения минимального аэродинамического сопротивления по пути дыма, осуществления рекуперации по всей длине устройства при радиационном режиме теплообмена. Такая дымовая труба 1 представляет собой встроенный радиационный рекуператор. Для снижения тепловых потерь в окружающую среду создано двухходовое течение воздуха в воздушном канале. Воздушный канал представляет собой коаксиальную щель сначала между наружной воздушной трубой 3 и воздушной трубой 2, а затем между воздушной трубой 2 и дымовой трубой 1. Газовый канал представляет собой коаксиальную щель между газовой трубой 4 и газовой наружной трубой 5. Он расположен с внешней стороны воздушного канала таким образом, чтобы газовый поток снижал потери тепла от нагретого воздуха в окружающую среду. Для лучшего смешения газ вводится в воздушный поток через кольцо с отверстиями 7. В отверстия 7 вкручиваются насадки 8. Диаметр отверстий в насадках 8 зависит от калорийности газа, подаваемого на эту горелку, и подбирается для поддержания необходимого соотношения газ - воздух, скорости истечения газа и качества смешения газа с воздухом, что делает конструкцию многотопливной. Дымовой, воздушный и газовый каналы изготавливаются отдельно и собираются с помощью болтов 10 через фланцы 9 и уплотняющие прокладки. Это делается для удобства монтажа и ремонта конструкции, поскольку все каналы работают с разной тепловой нагрузкой, и у них будет разный срок службы. При выходе из строя одного элемента такая конструкция позволит заменить его, не заменяя остальные элементы горелки.The reference size of the burner is the diameter of the chimney (chimney 1), the straight pipe of which forms the inner side of the air channel, where the air is heated, taking heat from the flue gases. The chimney 1 is taken of a large diameter to ensure minimal aerodynamic drag along the smoke path, to carry out recovery along the entire length of the device under the radiative heat transfer regime. Such a chimney 1 is an integrated radiation recuperator. To reduce heat loss to the environment, a two-way air flow in the air channel was created. The air channel is a coaxial gap first between the outer air pipe 3 and the air pipe 2, and then between the air pipe 2 and the chimney 1. The gas channel is a coaxial gap between the gas pipe 4 and the gas outer pipe 5. It is located on the outside of the air channel so that the gas flow reduces heat loss from heated air into the environment. For better mixing, gas is introduced into the air flow through a ring with holes 7. The nozzles 8 are screwed into the holes 7. The diameter of the holes in the nozzles 8 depends on the calorific value of the gas supplied to this burner and is selected to maintain the required gas-air ratio, gas outflow rate and the quality of mixing gas with air, which makes the design multi-fuel. Smoke, air and gas channels are manufactured separately and collected using bolts 10 through flanges 9 and gaskets. This is done for the convenience of installation and repair of the structure, since all channels work with different heat loads, and they will have a different service life. In the event of failure of one element, this design will replace it without replacing the other elements of the burner.

Горелка работает следующим образом.The burner operates as follows.

Воздух, проходя по коаксиальной щели между воздушной наружной трубой 3 и воздушной трубой 2, первично нагревается от воздушной трубы 2, а далее, проходя по коаксиальной щели между воздушной трубой 2 и дымовой трубой 1, непосредственно нагревается от дымовой трубы 1, воспринимающей излучение дымовых газов. Газ, проходя по коаксиальной щели между наружной газовой трубой 5 и газовой трубой 4, нагревается от газовой трубы 4 и выходит через отверстия в насадках 8, смешиваясь с воздухом. Газовоздушная смесь ударяется в раструб 6 и движется вдоль кладки печи в виде разомкнутого плоского факела. При этом в осевой области горелки образуется разрежение, и горячие дымовые газы свободно выходят из рабочей зоны печи по дымовой трубе 1.The air passing through the coaxial gap between the outer air pipe 3 and the air pipe 2 is primarily heated from the air pipe 2, and then passing through the coaxial gap between the air pipe 2 and the chimney 1, it is directly heated from the chimney 1 receiving the emission of flue gases . Gas passing through a coaxial gap between the outer gas pipe 5 and gas pipe 4 is heated from the gas pipe 4 and exits through the holes in the nozzles 8, mixing with air. The gas-air mixture strikes the bell 6 and moves along the masonry of the furnace in the form of an open flat torch. In this case, a rarefaction is formed in the axial region of the burner, and hot flue gases freely exit the working zone of the furnace through the chimney 1.

Источники информацииInformation sources

1. Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики): Справочное издание / А.А. Винтовкин и др. - М.: Машиностроение - 1, 2001. - 496 с.1. Modern burner devices (designs and specifications): Reference publication / A.A. Vintovkin et al. - M.: Mechanical Engineering - 1, 2001. - 496 p.

2. Авторское свидетельство СССР №1437620, 1987 г.2. USSR Copyright Certificate No. 1437620, 1987

Claims

Flat gas flame burner with built-in radiation recuperator, containing a chimney, air pipe and gas pipe with gas outlet openings, characterized in that a straight chimney with a bell wound on it is located inside the gas pipe and inside the air pipe to recover along the entire length of the device when radiative heat transfer mode, the air channel is extended due to the air outer pipe, in the output end of the gas channel, which additionally contains a gas outer pipe, is located tso with a set of interchangeable screwed nozzles of a certain diameter of the holes for using gas of different calories, the air outer pipe is fastened to the gas outer pipe using flanges and gaskets with bolts.