RU2644319C1

RU2644319C1 - Method for feeding gas and air to burner for burning low-calorie and contaminated fuel and device for its implementation

Info

Publication number: RU2644319C1
Application number: RU2017115158A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Винтовкин; Виктор Александрович Чистополов; Александр Викторович Чистополов; Валерий Васильевич Деньгуб
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-02-08

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: device for feeding gas and air to the burner for burning low-calorie and contaminated fuel contains a cylindrical mixing chamber of gas and air flows and a swirler with blades, the swirler blades are installed with formation of alternating channels so that, one channel is formed for gas flow and adjacent channel is formed for air flow. The channels formed for gas flow are made for connecting to gas supply manifold, and adjacent channels are connected with air supply manifold.

EFFECT: increased intensity when mixing large volumes of low-calorie contaminated gases with air.

3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, энергетике, химической промышленности и другим отраслям техники, в которых существует необходимость в сжигании низкокалорийных и загрязненных газообразных топлив.The invention relates to metallurgy, energy, the chemical industry and other branches of technology in which there is a need to burn low-calorie and contaminated gaseous fuels.

Для эффективного сжигания топлива в горелках существенное значение имеет качество смешения газа и воздуха. Традиционные способы перемешивания газовых потоков в горелках заключаются в разделении газового потока на мелкие струи и внедрения их в вихревой поток воздуха. Следует отметить, что этот способ подачи газовых потоков в камеру смешения горелки эффективен только для высококалорийных топлив, таких как природный газ, когда объемный расход газа в 10 раз меньше объема воздуха, подаваемого для сжигания.For efficient combustion of fuel in burners, the quality of mixing gas and air is essential. Traditional methods of mixing the gas flows in the burners are to separate the gas stream into small jets and introduce them into the vortex air stream. It should be noted that this method of supplying gas flows to the burner mixing chamber is effective only for high-calorie fuels, such as natural gas, when the gas volumetric flow rate is 10 times less than the volume of air supplied for combustion.

Для низкокалорийных и загрязненных газообразных топлив традиционные способы перемешивания потоков путем разделения газового потока на мелкие струи и внедрения их в вихревой поток воздуха неприемлемы в принципе. Это связано с тем, что объемный расход низкокалорийного газа соизмерим с расходом воздуха или даже превышает его, а давление этого газа низкое, так как он является отходами производства.For low-calorie and contaminated gaseous fuels, traditional methods of mixing the flows by separating the gas stream into small jets and introducing them into the vortex air stream are unacceptable in principle. This is due to the fact that the volumetric flow rate of low-calorific gas is comparable to or even exceeds the air flow rate, and the pressure of this gas is low, since it is a waste product.

Известен способ сжигания загрязненных газообразных топлив, например, доменного, коксового или генераторного газов (Винтовкин А.А., и др. Горелочные устройства промышленных печей и топок. Справочник. М., 1999 г. стр. 145, рис 5.14). Способ характеризуется подачей загрязненного газа сплошной струей в вихревой поток закрученного воздуха. Недостатком такой подачи является низкое качество перемешивания реагирующих потоков, так как вихревой поток воздуха, закрученный лопаточным завихрителем, прижимается к стенкам камеры смешения, образуя на оси ее застойную зону, через которую проходит струя газа, не взаимодействуя с воздухом. Это приводит к замедленному перемешиванию потоков и существенному удлинению факела.A known method of burning contaminated gaseous fuels, for example, blast furnace, coke oven or generator gas (Vintovkin AA, and other Burning devices of industrial furnaces and furnaces. Handbook. M., 1999, p. 145, Fig. 5.14). The method is characterized by supplying contaminated gas with a continuous stream into a swirling flow of swirling air. The disadvantage of this supply is the low quality of mixing of the reacting flows, since the vortex air flow swirling by the blade swirl is pressed against the walls of the mixing chamber, forming on its axis its stagnant zone through which the gas stream passes without interacting with air. This leads to delayed mixing of the flows and a significant lengthening of the torch.

Известно горелочное устройство, приведенное в источнике [1] на стр. 145. Устройство содержит воздухоподводящий корпус с радиальными лопатками завихрителя, центральную трубу для истечения низкокалорийного газа и выходную цилиндрическую камеру смешения. Это устройство не обеспечивает интенсивное перемешивание и короткофакельное сжигание газа. Экспериментальные попытки улучшить качество перемешивания за счет применения тангенциального завихрителя воздуха, показанного на рис. 9, 18 источника [1], не дали положительных результатов. Оказался также неэффективным способ смешения и конструкция горелки, показанная на рис. 3.6, б в источнике (Винтовкин А.А., Удилов В.М. Горелочные устройства обжиговых агрегатов металлургического производства. Челябинск. Изд. Металлургия. 1991) [2]. В этой конструкции потоки воздуха и газа подают в камеру смешения горелки через раздельные завихрители. Оказалось, что закрученные потоки при выходе из завихрителей продолжают самостоятельные течения и слабо взаимодействуют друг с другом.A burner device is known, which is given in the source [1] on page 145. The device comprises an air supply housing with radial blades of the swirler, a central pipe for the outflow of low-calorific gas and an output cylindrical mixing chamber. This device does not provide vigorous mixing and short-burning gas. Experimental attempts to improve the quality of mixing due to the use of the tangential air swirl shown in Fig. 9, 18 of the source [1], did not give positive results. The mixing method and burner design shown in fig. 3.6, b in the source (Vintovkin A.A., Udilov V.M. Burner devices for firing units of metallurgical production. Chelyabinsk. Publishing house. Metallurgy. 1991) [2]. In this design, air and gas flows are fed into the burner mixing chamber through separate swirlers. It turned out that swirling flows at the exit from the swirls continue independent flows and weakly interact with each other.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного сжигания загрязненных газообразных топлив.An object of the present invention is to provide efficient combustion of contaminated gaseous fuels.

Для этого предложен способ подачи газа и воздуха в горелку для сжигания низкокалорийного и загрязненного топлива, который, как и способ по прототипу, включает подачу газа и воздуха в камеру смешения горелки, перемешивание в ней потоков газа и воздуха, закрученных лопатками завихрителя. Новый способ отличается тем, что подачу газа и воздуха в камеру смешения осуществляют чередующимися потоками по каналам, образованным соседними лопатками завихрителя, который на входе в камеру смешения закручивает потоки газа и воздуха в многослойный вихревой поток.To this end, a method for supplying gas and air to a burner for burning low-calorie and contaminated fuel is proposed, which, like the prototype method, includes supplying gas and air to the mixing chamber of the burner, mixing gas and air streams twisted therein by swirl blades. The new method is characterized in that the supply of gas and air to the mixing chamber is carried out by alternating flows through the channels formed by adjacent blades of the swirler, which at the entrance to the mixing chamber swirls the flows of gas and air into a multilayer vortex stream.

Для реализации заявленного способа предложено устройство, которое, как и устройство по прототипу, содержит цилиндрическую камеру смешения потоков газа и воздуха и завихритель с лопатками. Новое устройство отличается тем, что лопатки завихрителя установлены с образованием чередующихся каналов таким образом, что один канал образован для истечения газа, а соседний с ним - для истечения воздуха.To implement the claimed method, a device is proposed, which, like the device of the prototype, contains a cylindrical chamber for mixing gas and air flows and a swirl with blades. The new device is characterized in that the swirl blades are installed with the formation of alternating channels in such a way that one channel is formed for the outflow of gas, and the adjacent one for the outflow of air.

Кроме того, каналы, образованные для истечения газа, выполнены с возможностью соединения с коллектором подвода газа, а соседние с ними - с коллектором подвода воздуха.In addition, the channels formed for the outflow of gas, made with the possibility of connection with the manifold of the gas supply, and adjacent to the collector of the air supply.

Сущность заявленного изобретения заключатся в том, что газ и воздух подают в камеру смешения горелки чередующимися потоками по каналам, образованным соседними лопатками одного завихрителя. Для образования чередующихся потоков газа и воздуха, газ подают в камеру смешения горелки через каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, а воздух - через следующие каналы, образованные соседними лопатками завихрителя, далее через следующие каналы подают газ, затем снова - воздух и.т.д. При этом лопатки завихрителя на входе в камеру смешения закручивают потоки газа и воздуха в многослойный вихревой поток, состоящий из чередующихся плоских струй газа и воздуха, которые центробежными силами прижимаются к стенкам камеры смешения. При этом происходит распад струй и интенсивное перемешивание общего потока до однородной массы. Подготовленная таким образом смесь воспламеняется от запального устройства и формирует короткий вихревой факел.The essence of the claimed invention lies in the fact that gas and air are fed into the burner mixing chamber in alternating streams through channels formed by adjacent blades of one swirler. For the formation of alternating flows of gas and air, gas is supplied to the burner mixing chamber through channels formed by adjacent blades of the swirler, and air through the following channels formed by adjacent blades of the swirler, then gas is supplied through the following channels, then again air, etc. . In this case, the blades of the swirl at the inlet to the mixing chamber swirl the flows of gas and air into a multilayer vortex stream, consisting of alternating flat jets of gas and air, which are centrifugally pressed against the walls of the mixing chamber. In this case, the jets decay and intensive mixing of the total flow to a homogeneous mass. The mixture thus prepared ignites from the ignition device and forms a short vortex torch.

Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении интенсивности перемешивания больших объемов низкокалорийных загрязненных газов с воздухом.Thus, a new technical result achieved by the claimed invention is to increase the intensity of mixing large volumes of low-calorie contaminated gases with air.

Изобретение иллюстрируется рисунками, где фиг. 1 показывает продольный разрез смесителя горелки; на фиг. 2 - сечение I-I воздушного коллектора горелки; на фиг. 3 - сечение II-II газоподводящего коллектора горелки; на фиг. 4 - сечение тангенциального завихрителя горелки; на фиг. 5 - схема движения потоков газа и воздуха в устройстве; на фиг. 6 - горелка для сжигания влажного низкокалорийного газа, у которой завихритель для истечения газа и воздуха выполнен с осевыми (радиальными) лопатками, разрез; на фиг. 7 - то же, вид сбоку.The invention is illustrated in the drawings, where FIG. 1 shows a longitudinal section through a burner mixer; in FIG. 2 - section I-I of the air manifold of the burner; in FIG. 3 - section II-II of the gas supply manifold of the burner; in FIG. 4 - section of the tangential swirl of the burner; in FIG. 5 is a diagram of the movement of gas and air flows in a device; in FIG. 6 - burner for burning moist low-calorie gas, in which the swirl for the flow of gas and air is made with axial (radial) blades, a section; in FIG. 7 is the same side view.

Горелочное устройство содержит камеру смешения 1, на входной стороне которой выполнен коллектор для подвода воздуха 2 с патрубком 3 и коллектор 4 для подвода газа с патрубком 5. Между коллекторами выполнен завихритель, состоящий из лопаток 6, установленных тангенциально по отношению к сечению камеры смешения между стенками 7 и 8 коллекторов и образующих каналы для истечения газа и воздуха, узкая щелевая часть которых 9 и 10 расположена у поверхности камеры смешения, а широкая при помощи окон 11 и 12 соединена поочередно с коллекторами для подвода газа и воздуха.The burner device comprises a mixing chamber 1, on the inlet side of which a manifold for supplying air 2 with a nozzle 3 and a collector 4 for supplying gas with a nozzle 5 are made. Between the collectors there is a swirler consisting of blades 6 mounted tangentially with respect to the cross section of the mixing chamber between the walls 7 and 8 of the collectors and forming channels for the outflow of gas and air, the narrow slotted part of which 9 and 10 is located near the surface of the mixing chamber, and the wide one is connected alternately with the collectors for supply through windows 11 and 12 gas and air.

При работе устройства воздух, нагнетаемый в коллектор 2 через окна 11 в стенке 8, попадает в межлопаточные каналы. Двигаясь по этим каналам, воздух вытекает через их узкую щелевую часть 9 тангенциально в цилиндрическую камеру смешения вдоль ее стенки в виде плоских закрученных струй 13. Газ, нагнетаемый в коллектор 4, через окна 12 в стенке 7 попадает в газовые каналы завихрителя. Двигаясь по этим каналам, газ вытекает через их узкую щелевую часть 10 также тангенциально в камеру смешения в виде закрученных струй 14. При этом в камере смешения развивается вихревой поток, состоящий из чередующихся плоских струй газа и воздуха, которые центробежными силами прижимаются к стенкам камеры смешения. При этом происходит распад струй и интенсивное перемешивание общего потока до однородной массы (фиг. 5). Подготовленная таким образом смесь воспламеняется от запального устройства и формирует короткий вихревой факел. Причем, ни в газовом тракте, ни в камере смешения нет мест, которые бы могли забиваться отложениями пыли и смол.During operation of the device, the air pumped into the manifold 2 through the windows 11 in the wall 8, enters the interscapular channels. Moving through these channels, air flows out through their narrow slotted part 9 tangentially into the cylindrical mixing chamber along its wall in the form of flat swirling jets 13. The gas injected into the manifold 4 through the windows 12 in the wall 7 enters the gas channels of the swirler. Moving along these channels, gas flows through their narrow slot part 10 also tangentially into the mixing chamber in the form of swirling jets 14. In this case, a vortex flow develops in the mixing chamber, consisting of alternating flat jets of gas and air, which are pressed by centrifugal forces against the walls of the mixing chamber . When this occurs, the decomposition of the jets and intensive mixing of the total flow to a homogeneous mass (Fig. 5). The mixture thus prepared ignites from the ignition device and forms a short vortex torch. Moreover, there are no places in the gas path or in the mixing chamber that could become clogged with deposits of dust and resins.

Изображенная на фиг. 6, 7 горелка для сжигания влажного низкокалорийного газа, как частный случай реализации заявленного изобретения, содержит улиточный корпус 15 в качестве коллектора для подачи воздуха, торцевой коллектор 16 для подача газа, между которыми установлена стенка (диафрагма) 17. В стенке 17 выполнено шесть трапецеидальных окон 18. В эти окна вварены продольные ребра 19, которые приварены также к центральной трубе 20, а по периферии закрыты скорлупами 21. Таким образом, в корпусе горелки образовано шесть каналов, по которым проходит грязный газ 22, и шесть каналов, по которым проходит воздух 23. На выходе в камеру смешения все ребра закачиваются поворотными лопатками 24. При работе горелки в камеру смешения вытекает многослойный вихревой поток.Depicted in FIG. 6, 7, a burner for burning moist low-calorie gas, as a special case of the claimed invention, contains a snail housing 15 as a collector for air supply, an end manifold 16 for gas supply, between which a wall (diaphragm) 17 is installed. Six trapezoidal walls are made in wall 17 windows 18. Longitudinal ribs 19 are welded into these windows, which are also welded to the central pipe 20, and are closed on the periphery by shells 21. Thus, six channels are formed in the burner body through which dirty gas 22 passes and six als, which passes air outlet 23. At the mixing chamber pumped all edges rotary vanes 24. In operation the burner mixing chamber follows multilayered eddy flow.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет эффективно перемешивать и сжигать загрязненные газообразные топлива.Thus, the claimed invention allows you to effectively mix and burn contaminated gaseous fuels.

Claims

1. The method of supplying gas and air to the burner for burning low-calorie and contaminated fuel, including the supply of gas and air to the mixing chamber of the burner, mixing in it the flows of gas and air swirling by the blades of the swirler, characterized in that the gas and air are supplied to the mixing chamber alternating flows through the channels formed by adjacent blades of the swirl, which at the inlet of the mixing chamber twist the flow of gas and air into a multilayer vortex stream.

2. A device for supplying gas and air to a burner for burning low-calorie and contaminated fuel, containing a cylindrical chamber for mixing gas and air flows and a swirl with blades, characterized in that the swirl blades are installed with the formation of alternating channels so that one channel is formed for outflow gas, and adjacent to it - for the expiration of air.

3. The device according to p. 2, characterized in that the channels formed for the outflow of gas, made with the possibility of connection with the collector of the gas supply, and adjacent to the collector of the air supply.