RU2682202C1 - Recuperative burner unit - Google Patents

Recuperative burner unit Download PDF

Info

Publication number
RU2682202C1
RU2682202C1 RU2018117155A RU2018117155A RU2682202C1 RU 2682202 C1 RU2682202 C1 RU 2682202C1 RU 2018117155 A RU2018117155 A RU 2018117155A RU 2018117155 A RU2018117155 A RU 2018117155A RU 2682202 C1 RU2682202 C1 RU 2682202C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
burner
heat transfer
channel
recuperative
Prior art date
Application number
RU2018117155A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Леонидович Леухин
Евгений Владимирович Панкратов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова"
Priority to RU2018117155A priority Critical patent/RU2682202C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682202C1 publication Critical patent/RU2682202C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/04—Arrangements of recuperators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Supply (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

FIELD: fuel combustion devices.SUBSTANCE: invention relates to recuperative devices for heating gas furnaces and can be used for high-temperature heating of air used for burning fuel in heating and thermal furnaces. Recuperative burner unit contains a burner and a heat exchanger with an air supply unit, including a flow swirl generator with a tangential air supply nozzle, forward and reverse annular air channels connected in series to the flow swirl generator, an air collector connected to the burner and a return annular channel, a smoke channel located coaxially with the annular air channels and a heat transfer wall, the heat transfer wall is made in the form of a truncated cone extending in the direction of the inlet of the smoke channel.EFFECT: invention allows to increase the operational reliability of the recuperative-burner unit, and by increasing the final temperature of the heated air to increase the thermal efficiency of the device.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к рекуперативным устройствам отопления газовых печей и может быть использовано для высокотемпературного подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива в нагревательных и термических печах.The invention relates to recuperative devices for heating gas furnaces and can be used for high-temperature heating of air used for burning fuel in heating and thermal furnaces.

Известен рекуперативно-горелочный блок, содержащий горелку и рекуператор, состоящий из обечаек, образующих газовый и воздушный каналы с расположенным в последнем перфорированной перегородкой, наружная обечайка, образующая воздушный канал, выполнена в виде усеченного конуса, а в аксиальном газовом канале установлена дополнительная перфорированная перегородка, причем упомянутые перегородки выполнены в виде усеченных конусов (А.с. 1765625, СССР, МПК F23L 15/04, 1989 г.) - аналогA recuperative-burner unit is known, comprising a burner and a recuperator, consisting of shells forming gas and air channels with a perforated partition located in the latter, the outer shell forming the air channel is made in the form of a truncated cone, and an additional perforated partition is installed in the axial gas channel, moreover, the mentioned partitions are made in the form of truncated cones (A.S. 1765625, USSR, IPC F23L 15/04, 1989) - an analog

Недостатками данного рекуперативно-горелочного блока являются его низкие тепловая эффективность и эксплуатационная надежность.The disadvantages of this regenerative burner block are its low thermal efficiency and operational reliability.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является рекуперативно-горелочный блок, содержащий горелку и рекуператор, размещенные вблизи друг друга в кладке печи, где подводящий воздух узел, содержащий генератор закрутки с тангенциально установленным патрубком, подключен последовательно к прямому -внутреннему и обратному - внешнему воздушным кольцевым каналам, а дымовой канал, расположенный соосно воздушным кольцевым каналам и отделенный от внутреннего канала теплопередающей цилиндрической стенкой, содержит радиационную и конвективную ступени, причем последняя содержит перфорированную трубу, заглушенную с одного торца. (Сабуров Э.Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом / Арх. Гос. техн. ун-т. - Архангельск: Сев. - Зап. кн. изд-во, 1995. - 341 с.) - прототип.The closest in technical essence to the proposed invention is a regenerative-burner unit containing a burner and a recuperator located close to each other in the masonry furnace, where the air supply unit containing a swirl generator with a tangentially installed nozzle is connected in series to the direct-internal and reverse - external air annular channels, and the smoke channel, located coaxially with the air annular channels and separated from the internal channel by a heat transfer cylindrical wall, contains t of radiation and convective steps, the latter containing a perforated pipe plugged from one end. (Saburov E.N. Cyclone heating devices with intensified convective heat transfer / Arch. Gos. Tech. Un-t. - Arkhangelsk: Sev. - Zap. Pr. Publishing house, 1995. - 341 p.) - prototype.

Недостатком данного рекуперативно-горелочного блока является его низкие эксплуатационная надежность и тепловая эффективность, вызванная тем, что интенсивность теплоотдачи от теплопередающей цилиндрической стенки дымового канала к воздушному потоку, движущемуся по внутреннему прямому воздушному каналу, значительно снижается по направлению его течения от генератора закрутки в сторону входного отверстия дымового канала. Низкая интенсивность теплоотдачи от цилиндрической теплопередающей стенки к воздушному потоку в области входного отверстия дымового канала уменьшает тепловую эффективность рекуперативно-горелочного блока, приводит к перегреву и разрушению его наиболее термически напряженного участка.The disadvantage of this regenerative burner block is its low operational reliability and thermal efficiency, due to the fact that the heat transfer from the heat-transferring cylindrical wall of the smoke channel to the air flow moving along the internal direct air channel is significantly reduced in the direction of its flow from the swirl generator towards the input smoke channel openings. The low heat transfer rate from the cylindrical heat transfer wall to the air flow in the area of the inlet of the smoke channel reduces the thermal efficiency of the regenerative burner unit, leads to overheating and destruction of its most thermally stressed section.

Задача изобретения - повышение эксплуатационной надежности и тепловой эффективности рекуперативно-горелочного блока.The objective of the invention is to increase the operational reliability and thermal efficiency of the regenerative burner block.

Для достижения этого в рекуперативно-горелочном блоке, имеющем горелку и рекуператор, с узлом подводки воздуха, содержащем генератор закрутки с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямого и обратного кольцевых воздушных каналов, последовательно подключенных к генератору закрутки, при этом обратный канал подключен к воздушному коллектору, соединенному с горелкой, дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами, и теплопередающую стенку, последняя выполнена в виде усеченного конуса, расширяющегося в направлении входного отверстия дымового канала.To achieve this, in a recuperative-burner unit having a burner and a recuperator, with an air supply unit containing a swirl generator with a tangential air supply pipe, forward and reverse annular air channels connected in series to the swirl generator, while the return channel is connected to the air manifold, connected to the burner, a smoke channel located coaxially with the annular air channels, and a heat transfer wall, the latter is made in the form of a truncated cone, expanding in a directional and flue inlet.

На фиг. 1 изображен рекуперативно-горелочный блок, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.In FIG. 1 shows a regenerative burner block, a longitudinal section; in FIG. 2, section AA in FIG. one.

Рекуперативно-горелочный блок включает горелку 1 и рекуператор 2, с узлом подвода воздуха в рекуператор, содержащий генератор 3 закрутки потока с патрубком 4 подачи воздуха, расположенным тангенциально по отношению к внутренней поверхности генератора 3 закрутки потока, к которому последовательно подключены прямой 5 и обратный 6 кольцевые воздушные каналы, причем обратный канал 6 подключен с противоположной стороны к воздушному коллектору 7, соединенному с горелкой 1, а дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами 5 и 6, имеет радиационную 8 и конвективную 9 ступени, при этом последняя содержит перфорированную, заглушенную с заднего торца трубу 10, и кроме этого рекуперативно-горелочный блок снабжен теплопередающей стенкой 11 дымового канала, выполненной в виде усеченного конуса, расширяющегося в направлении входного отверстия 12.The recuperative-burner unit includes a burner 1 and a recuperator 2, with a unit for supplying air to the recuperator, comprising a flow swirl generator 3 with an air supply nozzle 4 located tangentially with respect to the inner surface of the flow swirl generator 3, to which a straight 5 and a return 6 are connected in series ring air channels, the return channel 6 being connected from the opposite side to the air collector 7 connected to the burner 1, and the smoke channel located coaxially with the ring air channels 5 and 6, has a radiation 8 and convective 9 stages, while the latter contains a perforated pipe muffled from the rear end, and in addition, the regenerative burner unit is equipped with a heat transfer wall 11 of the smoke channel made in the form of a truncated cone expanding in the direction of the inlet 12.

На фиг. 3 показаны графики изменения по длине прямого кольцевого воздушного канала относительного коэффициента теплоотдачи на его внутренней поверхности - теплопередающей стенке дымового канала (линия 13) и внешней поверхности (линия 14).In FIG. Figure 3 shows graphs of the change in the length of the direct annular air channel of the relative heat transfer coefficient on its inner surface — the heat transfer wall of the smoke channel (line 13) and the outer surface (line 14).

На фиг. 3 используются обозначения: αк - коэффициент теплоотдачи для случая исполнения теплопередающей стенки дымового канала в виде расширяющегося усеченного конуса, αц - коэффициент теплоотдачи для случая исполнения стенки дымового канала, как в прототипе, в виде цилиндра, z - продольная координата, отсчитываемая от начала прямого кольцевого воздушного канала по направлению к входному отверстию дымового канала, d1 и d2 - внутренний и наружный диаметры прямого кольцевого воздушного канала в сечении подключения его к генератору закрутки.In FIG. 3, the following notation is used: α k - heat transfer coefficient for the case of the heat transfer wall of the smoke channel in the form of an expanding truncated cone, α c - heat transfer coefficient for the case of the execution of the wall of the smoke channel, as in the prototype, in the form of a cylinder, z - longitudinal coordinate counted from the beginning direct annular air channel towards the inlet of the smoke channel, d 1 and d 2 are the inner and outer diameters of the direct annular air channel in the cross section of connecting it to the swirl generator.

Рекуперативно-горелочный блок работает следующим образом.Recuperative-burner unit operates as follows.

Воздух, подводящийся к рекуператору 2 через патрубок 4 тангенциально внутренней поверхности генератора закрутки 3, закручивается, проходит прямой воздушный кольцевой канал 5 и нагревается от его внутренней поверхности - теплопередающей стенки 11 дымового канала, после чего воздух поворачивается на 180° и через обратный кольцевой канал 6 и воздушный коллектор 7 направляется в горелку 1. Через входное отверстие 12 отработанные продукты сгорания с высокой температурой поступают сначала в радиационную ступень 8 дымового канала, а затем с более низкой температурой в конвективную ступень 9. В радиационной ступени дымовые газы передают теплоту нагреваемому воздуху через теплопередающую стенку 11 дымового канала, преимущественно за счет излучения, а в конвективной ступени - конвекцией за счет струйного истечения дымовых газов из перфорированной трубы 10 на теплопередающую стенку 11.The air supplied to the recuperator 2 through the nozzle 4 of the tangentially inner surface of the swirl generator 3 is twisted, a direct air annular channel 5 passes and is heated from its inner surface - the heat transfer wall 11 of the smoke channel, after which the air rotates through 180 ° through the reverse ring channel 6 and the air collector 7 is directed to the burner 1. Through the inlet 12, the exhausted high temperature combustion products first enter the radiation stage 8 of the smoke channel, and then from no more Coy temperature in convective stage 9. The stage radiation heat of the flue gases pass the heated air through the heat transfer wall 11 of the flue duct, mainly due to radiation and convection in stage - due to convection jet expiration of flue gases from the perforated pipe 10 to the heat transfer wall 11.

В соответствии с представленными на фиг. 3 графиками, при выполнении теплопередающей стенки дымового канала в виде расширяющегося в направлении входного отверстия усеченного конуса, коэффициенты теплоотдачи на обеих поверхностях прямого кольцевого воздушного канала увеличиваются в этом же направлении, по сравнению с прототипом, из-за возрастания скорости и турбулентности закрученного воздушного потока при его движении от генератора закрутки к входному отверстию дымового канала. Причем теплоотдача на внутренней поверхности прямого воздушного кольцевого канала - стенке дымового канала, увеличивается более интенсивно (линия 13), чем на внешней поверхности (линия 14). Вблизи выходного сопла увеличение теплоотдачи на внешней поверхности составляет 11%, а на стенке дымового канала 98%.In accordance with FIG. 3 graphs, when performing the heat transfer wall of the smoke channel in the form of a truncated cone expanding in the direction of the inlet opening, the heat transfer coefficients on both surfaces of the straight annular air channel increase in the same direction, compared with the prototype, due to the increase in the speed and turbulence of the swirling air flow at its movement from the swirl generator to the inlet of the smoke channel. Moreover, the heat transfer on the inner surface of the direct air annular channel - the wall of the smoke channel, increases more intensively (line 13) than on the outer surface (line 14). Near the exit nozzle, the increase in heat transfer on the outer surface is 11%, and on the wall of the smoke channel 98%.

Представленные результаты получены авторами при численном моделировании аэродинамики и теплоотдачи на поверхностях кольцевого канала (Yu. L. Leukhin, Е. V. Pankratov and S. V. Karpov. Investigation into aerodynamic and heat transfer of annular channel with inner and outer surface of the shape truncated cone and swirling fluid flow. / IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 891 (2017) 012143), причем для прототипа расчеты протестированы на опытных данных и хорошо с ними согласуются (Леухин Ю.Л., Сабуров Э.Н. Исследование аэродинамики и теплоотдачи в кольцевых каналах циклонных рекуператоров. Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. №1(12), 2013. - С. 123-129).The presented results were obtained by the authors in the numerical simulation of aerodynamics and heat transfer on the surfaces of the annular channel (Yu. L. Leukhin, E. V. Pankratov and SV Karpov. Investigation into aerodynamic and heat transfer of annular channel with inner and outer surface of the shape truncated cone and swirling fluid flow. / IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 891 (2017) 012143), and for the prototype, the calculations are tested on experimental data and are in good agreement with them (Leukhin Yu.L., Saburov E.N. Research aerodynamics and heat transfer in the annular channels of cyclone recuperators Modern science: research, ideas, results, technology ogy №1 (12), 2013 - pp. 123-129).

Значительное увеличение коэффициента теплоотдачи на наиболее термически напряженном участке теплопередающей стенки 11 дымового канала, особенно вблизи его входного отверстия 12, позволит, за счет более эффективного охлаждения ее закрученным потоком воздуха, существенно снизить ее максимальную температуру и, следовательно, повысить эксплуатационную надежность рекуперативно-горелочного блока. Также интенсификация теплоотдачи на поверхностях прямого воздушного канала увеличит конечную температуру нагреваемого воздуха и приведет к повышению тепловой эффективности предлагаемого устройства.A significant increase in the heat transfer coefficient in the most thermally stressed section of the heat transfer wall 11 of the smoke channel, especially near its inlet 12, will allow, due to more efficient cooling with a swirling air stream, to significantly reduce its maximum temperature and, therefore, increase the operational reliability of the regenerative burner unit . Also, the intensification of heat transfer on the surfaces of the direct air channel will increase the final temperature of the heated air and will increase the thermal efficiency of the proposed device.

Claims (2)


 Рекуперативно-горелочный блок, содержащий горелку и рекуператор с узлом подвода воздуха, включающий генератор закрутки потока с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямой и обратный кольцевые воздушные каналы, последовательно подключенные к генератору закрутки потока, воздушный коллектор, соединенный с горелкой и обратным кольцевым каналом, дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами, и теплопередающую стенку, отличающийся тем, что теплопередающая стенка выполнена в виде усеченного конуса, расширяющегося в направлении входного отверстия дымового канала. A recuperative-burner unit containing a burner and a recuperator with an air supply unit, including a flow swirl generator with a tangential air supply pipe, forward and reverse annular air channels connected in series to the flow swirl generator, an air manifold connected to the burner and the reverse ring channel, smoke a channel located coaxially with the annular air channels and a heat transfer wall, characterized in that the heat transfer wall is made in the form of a truncated cone, expanding axis towards the inlet of the smoke channel.
RU2018117155A 2018-05-08 2018-05-08 Recuperative burner unit RU2682202C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117155A RU2682202C1 (en) 2018-05-08 2018-05-08 Recuperative burner unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117155A RU2682202C1 (en) 2018-05-08 2018-05-08 Recuperative burner unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682202C1 true RU2682202C1 (en) 2019-03-15

Family

ID=65805929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018117155A RU2682202C1 (en) 2018-05-08 2018-05-08 Recuperative burner unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682202C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1043426A1 (en) * 1982-05-06 1983-09-23 Московский Трижды Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Автомобильный Завод Им.И.А.Лихачева Recuperator heat exchange element
US4408983A (en) * 1980-08-29 1983-10-11 British Gas Corporation Recuperative burners
US4445842A (en) * 1981-11-05 1984-05-01 Thermal Systems Engineering, Inc. Recuperative burner with exhaust gas recirculation means
SU1437618A2 (en) * 1987-02-24 1988-11-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Использования Газа В Народном Хозяйстве,Подземного Хранения Нефти,Нефтепродуктов И Сжиженных Газов Burner
SU1765625A1 (en) * 1989-10-31 1992-09-30 Ленинградский инженерно-строительный институт Recuperative burner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4408983A (en) * 1980-08-29 1983-10-11 British Gas Corporation Recuperative burners
US4445842A (en) * 1981-11-05 1984-05-01 Thermal Systems Engineering, Inc. Recuperative burner with exhaust gas recirculation means
SU1043426A1 (en) * 1982-05-06 1983-09-23 Московский Трижды Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Автомобильный Завод Им.И.А.Лихачева Recuperator heat exchange element
SU1437618A2 (en) * 1987-02-24 1988-11-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Использования Газа В Народном Хозяйстве,Подземного Хранения Нефти,Нефтепродуктов И Сжиженных Газов Burner
SU1765625A1 (en) * 1989-10-31 1992-09-30 Ленинградский инженерно-строительный институт Recuperative burner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102230626B (en) Transverse baffle and flat pipe type self-preheating burner
US20220275932A1 (en) Low nox, high efficiency, high temperature, staged recirculating burner and radiant tube combustion system
US3163202A (en) Burner for industrial furnaces and the like
RU2682202C1 (en) Recuperative burner unit
RU2682214C1 (en) Recuperative burner unit
RU185454U1 (en) HYDROGEN OXYGEN STEAM HEATER
CN111121022B (en) Low-nitrogen gas burner based on heat pipe heat exchange
JP2986982B2 (en) Small gas fired air heater
RU184842U1 (en) Hot water boiler
RU2378573C1 (en) Recuperative burner for gaseous fuel
RU159497U1 (en) GAS AIR HEATER
CN209054543U (en) A kind of more return structures gas-steam boilers
RU2756713C1 (en) Recuperative burner block
RU118400U1 (en) ASSEMBLY ASSEMBLY-RECOVERER OF ASSOCIATED OIL GAS
RU2624676C1 (en) Recuperative burner
RU2586642C1 (en) Flue for furnace
CN109974478A (en) A kind of snail type air heat exchanger and heat-conducting oil furnace
RU2476779C1 (en) Water heater
SU926429A1 (en) Radiation pipe
CN211399777U (en) High-speed burner with integrated heat exchanger
RU2808888C1 (en) Heat exchanger element
JP2002221091A (en) Exhaust gas boiler and combustion method in exhaust gas boiler
RU2582136C1 (en) Flue for furnace
RU2586638C1 (en) Method of increasing efficiency of heat emission of furnace gases
CN204806678U (en) A heat recovery device for heating system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200509