RU59211U1

RU59211U1 - GAS-BURNER

Info

Publication number: RU59211U1
Application number: RU2006103379/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Копцев; Олег Владимирович Казаков; Валентин Николаевич Горбулин; Александр Петрович Морозов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат"
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2006-12-10

Abstract

Полезная модель относится к области отопления, в частности к устройствам для сжигания газообразного топлива, а именно, к скоростным горелкам с регулированием характеристик факела с помощью подвижных элементов и может быть использована для нагрева и термообработки материалов в обжиговых и нагревательных печах Полезная модель позволяет повысить эффективность сжигания топлива за счет интенсификации и стабилизации процесса перемешивания топлива с воздухом и расширения рабочего диапазона коэффициента предельного регулирования тепловой мощности, путем выполнения поверхности конического дросселя 7, перемещаемого на штанге 4 относительно суживающегося сопла 3, в виде обратно-двухконусного центрального тела 10 с максимальным диаметром D_ц в месте соединения больших оснований расширяющегося входного конуса 11 и суживающегося выходного конуса 12, совпадающего с торцевым сечением выходного сопла 3 корпуса 1, равным 0,9-0,96 от диаметра D_с выходного сопла 3, причем расширяющийся входной конус 11 имеет угол расширения относительно оси корпуса 1 в диапазоне 15-30°, а выходной суживающийся конус 12 имеет длину L, составляющую 1,5 2 от максимального диаметра D_ццентрального тела 10, и угол сужения - в диапазоне 20-36°, совпадающим с углом конусности выходного сопла 3 корпуса 1, что дает возможность формировать активную зону рециркуляции 13, повышающую эффективность сжигания топлива в факеле 14. 1 ил.The utility model relates to the field of heating, in particular to devices for burning gaseous fuels, namely, to high-speed burners with flame control by means of movable elements and can be used for heating and heat treatment of materials in roasting and heating furnaces. The utility model allows to increase combustion efficiency fuel due to the intensification and stabilization of the process of mixing fuel with air and expanding the operating range of the coefficient of limiting regulation of heat power, by making the surface of the conical throttle 7, moved on the rod 4 relative to the tapering nozzle 3, in the form of a back-two-conical central body 10 with a maximum diameter D _c at the junction of the large bases of the expanding inlet cone 11 and the tapering outlet cone 12, which coincides with the end the cross section of the output nozzle 3 of the housing 1, equal to 0.9-0.96 from the diameter D _{from the} output nozzle 3, and the expanding inlet cone 11 has an expansion angle relative to the axis of the housing 1 in the range of 15-30 °, and the output tapering the cone 12 has a length L of 1.5 2 of the maximum diameter D _{c of the} central body 10, and a narrowing angle in the range of 20-36 °, coinciding with the taper angle of the outlet nozzle 3 of the housing 1, which makes it possible to form an active recirculation zone 13, increasing the efficiency of fuel combustion in a torch 14. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к отоплению, в частности, к устройствам для сжигания газообразного топлива, а именно к скоростным горелкам с регулированием характеристик факела с помощью подвижных элементов и может быть использована для нагрева и термообработки материалов в отжиговых и нагревательных печах.The utility model relates to heating, in particular, to devices for burning gaseous fuels, namely, high-speed burners with flame control using movable elements and can be used for heating and heat treatment of materials in annealing and heating furnaces.

Известна газовая горелка, содержащая камеру смешения с патрубками для подачи газа и воздуха, напротив выходного сопла которой установлен подвижный вдоль оси камеры смешения дисковый отражатель (см. а.с. 1186895 СССР, F 23 D 14/00, опубл. 23.10.1985).Known gas burner containing a mixing chamber with nozzles for supplying gas and air, opposite the output nozzle of which is mounted a movable disk reflector along the axis of the mixing chamber (see AS 1186895 USSR, F 23 D 14/00, publ. 10.23.1985) .

В известной газовой горелке регулирование тепловой мощности, в зависимости от темпа нагрева металла, осуществляется изменением расходов топлива и воздуха, а также установкой ширины кольцевого зазора между выходным соплом и дисковым отражателем. Однако дисковый отражатель не обеспечивает эффективное перемешивание топлива с воздухом и стабилизацию факела, за счет отсутствия устойчивых турбулентных структур. Поэтому известная горелка с дисковым отражателем обладает низкой эффективностью при скоростном сжигании топлива и имеет значительный недожог топлива при In a known gas burner, the regulation of thermal power, depending on the rate of heating of the metal, is carried out by changing the fuel and air consumption, as well as setting the width of the annular gap between the outlet nozzle and the disk reflector. However, the disk reflector does not provide efficient mixing of fuel with air and stabilization of the flame, due to the lack of stable turbulent structures. Therefore, the known burner with a disk reflector has low efficiency for high-speed combustion of fuel and has a significant underburning of fuel at

глубоком регулировании и, соответственно, узкий рабочий диапазон коэффициента предельного регулирования тепловой мощности.deep regulation and, accordingly, a narrow working range of the coefficient of limiting regulation of thermal power.

Известна газовая горелка, содержащая топливный канал с патрубками для подачи газа и воздуха, и с выходным соплом, за пределами которого установлен чашеобразный рассекатель, закрепленный на неподвижной штанге, проходящей по оси топливного канала (см а.с. 1262198 СССР, F 23 D 14/00, опубл. 17.10.1986).Known gas burner containing a fuel channel with nozzles for supplying gas and air, and with an outlet nozzle, outside of which there is a bowl-shaped divider mounted on a fixed rod passing along the axis of the fuel channel (see AS 1262198 USSR, F 23 D 14 / 00, publ. 10/17/1986).

В известной газовой горелке применение чашеобразного рассекателя также не приводит к организации устойчивых турбулентных газодинамических структур, поэтому наблюдается недостаточное перемешивание топлива и воздуха, значительный недожог топлива и при глубоком регулировании перемещением рассекателя происходит отрыв факела, что снижает эффективность сжигания топлива.In the known gas burner, the use of a bowl-shaped divider also does not lead to the organization of stable turbulent gas-dynamic structures, therefore, there is insufficient mixing of fuel and air, a significant underburning of fuel and with deep regulation of the movement of the divider, the torch breaks off, which reduces the efficiency of fuel combustion.

Известна газовая горелка, содержащая газовый канал, имеющий тангенциальный газоподводящий и центральный воздушный патрубки и, установленный за выходным сопловым отверстием горелочного канала, подвижный конусный отражатель. (см. а.с. 1229518 СССР, F 23 D 14/00, опубл. 07.05.1986).Known gas burner containing a gas channel having a tangential gas inlet and a central air nozzle and installed behind the nozzle outlet of the burner channel, a movable conical reflector. (see A.S. 1229518 USSR, F 23 D 14/00, publ. 07.05.1986).

В известной газовой горелке применение конусного отражателя связано, главным образом, с организацией плоскопламенного факела. Несмотря на дополнительную турбулизацию, при тангенциальном подводе топлива в горелочный канал, наблюдается неэффективное сжигание топлива, особенно при глубоком регулировании перемещением отражателя.In a known gas burner, the use of a cone reflector is mainly associated with the organization of a flat flame torch. Despite additional turbulization, with a tangential supply of fuel to the burner channel, there is an inefficient combustion of fuel, especially with deep regulation by moving the reflector.

Известна газовая горелка, содержащая корпус с патрубком для подвода топлива и выходным соплом, имеющим последовательно расположенные расширяющийся и цилиндрический участки, в котором установлен подвижный дроссель закрепленный на подвижной штанге, проходящей по оси корпуса, и выполненный в виде грушеобразного направляющего элемента (см. а.с. 2307399 ФРГ, F 23 D 14/00, опубл. 1974).A gas burner is known that contains a housing with a nozzle for supplying fuel and an output nozzle having successively arranged expanding and cylindrical sections, in which a movable throttle is mounted mounted on a movable rod passing along the axis of the housing and made in the form of a pear-shaped guide element (see a. p. 2307399 Germany, F 23 D 14/00, publ. 1974).

В известной газовой горелке регулирование длины, формы и светимости факела производится изменением положения грушеобразного элемента относительно выходного отверстия сопла. Однако, данная горелка не обеспечивает эффективного сжигания топлива, так как наблюдаются невысокие сверхзвуковые скорости истечения и не происходит полное смешение топлива с воздухом. Кроме того, данная горелка не позволяет получать жесткие факела с высокой кинетической энергией, без повышения опасности отрыва факела. При вдвинутом положении грушеобразного направляющего элемента происходит истечение газа из сопла коническим расходящимся профилем и около устья горелки развивается веерообразная сверхзвуковая струя с неустойчивой структурой. Поэтому наблюдается значительный недожог топлива, так как горение газа происходит в основном на периферии факела, а по оси образуется зона разряжения, в которой циркулируют остатки продуктов недожога.In a known gas burner, the regulation of the length, shape and luminosity of the torch is made by changing the position of the pear-shaped element relative to the nozzle outlet. However, this burner does not provide efficient combustion of fuel, since low supersonic outflow rates are observed and complete mixing of fuel with air does not occur. In addition, this burner does not allow to obtain a rigid torch with high kinetic energy, without increasing the risk of separation of the torch. When the pear-shaped guide element is retracted, gas flows out of the nozzle with a conical diverging profile and a fan-shaped supersonic jet with an unstable structure develops near the mouth of the burner. Therefore, a significant underburning of fuel is observed, since gas combustion occurs mainly on the periphery of the flare, and a rarefaction zone forms in which the remnants of the products of the underburn circulate.

Известна однопроводная газовая горелка, содержащая корпус с патрубком для подвода топлива и суживающимся выходным соплом, в котором расположен подвижный конический дроссель закрепленный на штанге, Known single-wire gas burner containing a housing with a pipe for supplying fuel and a tapering output nozzle, in which there is a movable conical choke mounted on a rod,

проходящей по оси корпуса, и повторяющий по профилю конуса форму выходного сопла (см. а.с. 1383964 СССР, F 23 D 1 4/00, опубл. 1973).passing along the axis of the housing, and repeating the shape of the outlet nozzle along the cone profile (see AS 1383964 USSR, F 23 D 1 4/00, publ. 1973).

В известной газовой горелке для регулиронания характеристик факела используют подвижный конический дроссель, установленный внутри суживающегося выходного сопла. Так как форма конического дросселя повторяет форму выходного участка сопла, то при вдвижении дросселя в сопло образуется минимальное проходное сечение и достигается максимальная дозвуковая скорость истечения. Факел при этом укорачивается и имеет малый угол раскрытия, что уменьшает его теплообменную способность. Поэтому данные горелки не обеспечивают эффективное перемешивание топлива с воздухом, не позволяют получить жесткие факела с высокой кинетической энергией, имеют неудовлетворительные характеристики по отрыву факела и недожогу.In a known gas burner, a movable conical throttle mounted inside a tapering nozzle is used to control the characteristics of the torch. Since the shape of the conical throttle follows the shape of the outlet section of the nozzle, when the throttle is inserted into the nozzle, a minimum flow area is formed and the maximum subsonic flow rate is achieved. The torch is shortened and has a small opening angle, which reduces its heat transfer ability. Therefore, these burners do not provide effective mixing of fuel with air, do not allow obtaining hard flares with high kinetic energy, and have unsatisfactory characteristics for flare separation and underburning.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является газовая горелка, содержащая корпус с патрубком для подвода газа и с расположенным в выходном суживающимся сопле коническим дросселем, соединенным с перемещаемой по оси корпуса штангой с приводом, и кожух, охватывающий коаксиально с зазором корпус и имеющий патрубок для подвода воздуха (см. заявку 62-24693 Япония, F 23 D 14/00, опубл. 29.05.1987).Closest to the claimed utility model is a gas burner containing a housing with a nozzle for supplying gas and with a conical throttle located in the outlet tapering nozzle connected to a rod with a drive moving along the axis of the housing, and a casing enclosing the housing coaxially with a gap and having a nozzle for supplying air (see application 62-24693 Japan, F 23 D 14/00, publ. 05.29.1987).

В известной газовой горелке регулирование параметров факела осуществляется (см. Иванов Ю.В. Газогорелочные устройства. - М.: Недра, 1972. - с.117-118) изменением давления газа в горелке (с сохранением ее производительности) путем изменения проходного сечения, посредством In a known gas burner, the flame parameters are controlled (see Ivanov Yu.V. Gas burner devices. - M .: Nedra, 1972. - p. 117-118) by changing the gas pressure in the burner (while maintaining its productivity) by changing the flow area, through

перемещения конического дросселя. При входе дросселя в сопло закон изменения кольцевых проходных сечений, образованных соплом и дросселем, соответствует закону изменения проходных сечений сопла Лаваля. Поэтому скорости истечения газа из сопла достигают сверхзвуковых значений, что значительно растягивает факел и зона максимальных температур отодвигается от сопла горелки на значительное расстояние. В связи с этим, недостатком известной газовой горелки является то, что при истечении газа из суживающегося конического сопла при больших газовых нагрузках (расходах газа) воспламенение начинается на значительных расстояниях от среза сопла и наступает отрыв факела. При этом выгорание газа происходит в длинном факеле с низкой среднемассовой температурой и значительном недожоге (см. Михеев В.М., Медников Ю.П. Сжигание природного газа - Л.: Недра, 1975. - с.210). Применяемые в известной горелке форма и расположение сопла и дросселя не обеспечивают эффективное перемешивание топлива с воздухом и стабилизацию факела, за счет отсутствия устойчивых турбулентных газодинамических структур. Кроме того, известные горелки с коническими суживающимися соплом и дросселем создают при работе значительный шум, так например уровень звукового давления в номинальном режиме достигает 120 ДБА (см. Винтовкин А.А., Удилов В.М. Горелочные устройства обжиговых агрегатов металлургического производства. - Челябинск: Металлургия, 1991. - C.171), а также в продуктах сгорания этих горелок наблюдается повышенная доля оксидов азота, составляющих от 100 до 200 мг/м³ (см. Маслов В.И., Винтовкин А.А., Дружинин Г.М. Рациональное сжигание газообразных топлив moving conical throttle. When the throttle enters the nozzle, the law of change in the annular passage sections formed by the nozzle and the throttle corresponds to the law of change in the passage sections of the Laval nozzle. Therefore, the rates of gas outflow from the nozzle reach supersonic values, which greatly stretches the torch and the zone of maximum temperatures moves away from the nozzle of the burner a considerable distance. In this regard, the disadvantage of the known gas burner is that when gas flows out of a tapering conical nozzle at high gas loads (gas flow), ignition starts at considerable distances from the nozzle exit and the torch breaks off. In this case, the gas burns out in a long flare with a low average mass temperature and a significant underburning (see Mikheev V.M., Mednikov Yu.P. Burning of natural gas - L .: Nedra, 1975. - p. 210). The shape and location of the nozzle and throttle used in the known burner do not provide effective mixing of fuel with air and stabilization of the flame, due to the absence of stable turbulent gas-dynamic structures. In addition, the well-known burners with a tapered tapering nozzle and throttle create significant noise during operation, for example, the sound pressure level in the nominal mode reaches 120 DBA (see Vintovkin A.A., Udilov V.M. Chelyabinsk: Metallurgy, 1991. - C.171), as well as in the combustion products of these burners there is an increased proportion of nitrogen oxides ranging from 100 to 200 mg / m ³ (see Maslov V.I., Vintovkin A.A., Druzhinin G.M. Rational combustion of gaseous fuels

в металлургических печах. - М.: Металлургия, 1987. - с.96). Таким образом, известная горелка обладает низкой эффективностью при скоростном сжигании топлива, имеет значительный недожог при глубоком регулировании и узкий диапазон коэффициента предельного регулирования тепловой мощности.in metallurgical furnaces. - M.: Metallurgy, 1987. - p. 96). Thus, the known burner has low efficiency for high-speed combustion of fuel, has a significant underburn with deep regulation and a narrow range of the coefficient of limiting regulation of thermal power.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая газовая горелка, является повышение эффективности сжигания топлива за счет интенсификации перемешивания топлива с воздухом, стабилизации процессов воспламенения и горения топлива и расширения рабочего диапазона коэффициента предельного регулирования тепловой мощности.The task to which the claimed gas burner is aimed is to increase the efficiency of fuel combustion by intensifying the mixing of fuel with air, stabilizing the processes of ignition and combustion of fuel, and expanding the operating range of the coefficient of limiting regulation of thermal power.

Технический эффект от использования предлагаемой газовой горелки достигается за счет уменьшения недожога топлива и предотвращения срыва горения в широком диапазоне регулирования характеристик факела (длины, угла раскрытия и светимости) с помощью подвижных элементов. Также уменьшаются тепловые нагрузки на регулирующие элементы, что увеличивает их надежность и срок службы, и снижаются уровень шума и концентрация оксидов азота и продуктов неполного сгорания. В целом, оптимальная форма и соотношение размеров элементов горелки обеспечивают рациональную газодинамическую структуру факела во всем диапазоне регулирования факела, что повышает эффективность сжигания топлива. Поставленная задача решается так, что в известной газовой горелке, содержащей корпус с патрубком для подвода газа и расположенным в выходном суживающемся сопле коническим дросселем, соединенным с перемещаемой по оси корпуса штангой с приводом, и кожух, охватывающий коаксиально с зазором кожух и имеющий патрубок The technical effect of using the proposed gas burner is achieved by reducing the underburning of fuel and preventing stalling in a wide range of regulation of the characteristics of the torch (length, opening angle and luminosity) using movable elements. The thermal loads on the control elements are also reduced, which increases their reliability and service life, and the noise level and the concentration of nitrogen oxides and products of incomplete combustion are reduced. In general, the optimal shape and aspect ratio of the burner elements provide a rational gas-dynamic structure of the torch in the entire range of the torch regulation, which increases the efficiency of fuel combustion. The problem is solved in such a way that in a known gas burner containing a housing with a gas supply pipe and a conical throttle located in the outlet tapering nozzle connected to a rod with a drive moving along the housing axis, and a casing covering the casing with a clearance and having a pipe

для подвода воздуха согласно изменению поверхности конического дросселя выполняется в виде обратно-двухконусного центрального тела с максимальным диаметром, в месте соединения расширяющегося входного и суживающегося выходного конусов, совпадающего с торцевым сечением выходного сопла корпуса, равным 0,9-0,96 от диаметра входного сопла корпуса, причем расширяющийся входной конус имеет угол расширения относительно оси корпуса в диапазоне 15-30°, и выходной суживающийся конус имеет длину, составляющую 1,5-2 от максимального диаметра центрального тела, и угол сужения в диапазоне 20-36°, совпадающим с углом конусности выходного сопла корпуса.for supplying air according to a change in the surface of the conical throttle, it is made in the form of a back-two-conical central body with a maximum diameter, at the junction of the expanding inlet and tapering output cones, which coincides with the end section of the outlet nozzle of the housing equal to 0.9-0.96 of the diameter of the inlet nozzle case, and the expanding inlet cone has an expansion angle relative to the axis of the body in the range of 15-30 °, and the output tapering cone has a length of 1.5-2 of the maximum diameter of the center of body and taper angle in the range 20-36 °, which coincides with the angle of taper of the outlet nozzle housing.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен поперечный разрез газовой горелки.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a cross section of a gas burner.

Газовая горелка содержит корпус 1 с патрубком для подвода газа 2 и с выходным суживающимся соплом 3. По оси корпуса 1 пропущена подвижная штанга 4, удерживаемая фиксатором 5 и имеющая привод 6. На консоли штанги 4 укреплен конический дроссель 7. Вокруг корпуса 1 коаксиально с зазором установлен кожух 8 с патрубком для подвода воздуха 9. Поверхность дросселя выполняется в виде обратно-двухконусного центрального тела 10, образованного соединением больших оснований расширяющегося входного 11 и суживающегося выходного 12 конусов. В месте соединения расширяющегося входного конуса 11 и суживающегося выходного конуса 12, совпадающего с торцевым сечением выходного сопла 3 корпуса 1, центральное тело имеет максимальный диаметр D_ц, равный 0,9-0,96 от диаметра D_c выходного сопла 3 The gas burner comprises a housing 1 with a nozzle for supplying gas 2 and with an outlet tapering nozzle 3. A movable rod 4 is held along the axis of the housing 1 and is held by the latch 5 and has a drive 6. A conical throttle is mounted on the console of the rod 4 7. Around the housing 1 is coaxial with a gap a casing 8 is installed with a pipe for supplying air 9. The throttle surface is in the form of a back-two-conical central body 10 formed by connecting the large bases of the expanding inlet 11 and the tapering outlet 12 of the cones. At the junction of the expanding inlet cone 11 and the tapering outlet cone 12, which coincides with the end section of the outlet nozzle 3 of the housing 1, the central body has a maximum diameter D _c equal to 0.9-0.96 of the diameter D _{c of the} outlet nozzle 3

корпуса 1. Расширяющийся входной конус 11 имеет угол расширения α₁относительно оси корпуса 1 в диапазоне 15-30°. Выходной суживающийся конус 12 имеет длину L, составляющую 1,5-2 от максимального диаметра D_ццентрального тела 10, и угол сужения α₂ - в диапазоне 20-36°, совпадающим с углом конусности выходного сопла 3 корпуса 1. На чертеже дополнительно условно показаны: 13 - зона активной рециркуляции; 14 - граница факела.housing 1. The expanding inlet cone 11 has an expansion angle α ₁ relative to the axis of the housing 1 in the range of 15-30 °. The output tapering cone 12 has a length L of 1.5-2 times the maximum diameter D _{c of the} central body 10, and the narrowing angle α ₂ is in the range of 20-36 °, which coincides with the taper angle of the outlet nozzle 3 of the housing 1. In the drawing, it is additionally conditional shown: 13 - active recirculation zone; 14 - border of the torch.

Газовая горелка работает следующим образом: в корпус 1, через патрубок 2 подают газообразное топливо, поступающее на сопло 3. При этом, устанавливают, с помощью подвижной штанги 4, удерживаемой фиксатором 5 и перемещаемой приводом 6, конический дроссель 7 в пусковое положение (вдвигая его внутрь, за срез сопла 3). Затем в кожух 8 через патрубок 9 подают воздух. С помощью электрозапальника (на чертеже не показан) на срезе сопла 3 зажигают факел 14. После зажигания регулирование параметров факела 14 осуществляется изменением расходов топлива и воздуха, подаваемых, соответственно, на патрубки 2 и 9, а также перемещением дросселя 7 на штанге 4 с помощью привода 6. При номинальном режиме работы горелки дроссель 7, поверхность которого выполнена в виде обратно-двухконусного центрального тела 10, устанавливается перемещением штанги 4 так, что место соединения больших оснований расширяющегося входного дросселя 11 и суживающегося выходного конуса 12 совпадает с торцевым сечением выходного сопла 3 корпуса 1. Выполнение расширяющегося входного конуса 11 с углом расширения D_ц,=15-30° относительно оси корпуса 1, позволяет минимизировать потери на трение и избежать значительных потерь давления The gas burner works as follows: in the housing 1, through the pipe 2, gaseous fuel is supplied to the nozzle 3. At the same time, with the help of a movable rod 4, held by the lock 5 and moved by the actuator 6, the conical throttle 7 is put into the starting position (by sliding it inside, behind the nozzle exit 3). Then in the casing 8 through the pipe 9 serves air. Using an electric igniter (not shown), torch 14 is lit on the nozzle exit 3. After ignition, the parameters of torch 14 are controlled by changing the fuel and air flow rates supplied to nozzles 2 and 9, as well as by moving the throttle 7 on the rod 4 using drive 6. With a nominal burner operating mode, the inductor 7, the surface of which is made in the form of a back-two-conical central body 10, is set by moving the rod 4 so that the junction of the large bases of the expanding inlet dross I 11 and a tapered exit cone 12 coincides with the end section of the outlet nozzle 3 of the housing 1. Perform expanding inlet cone 11 with a spreading angle D _n, = 15-30 ° relative to the axis of the housing 1, allows to minimize the friction loss and to avoid significant pressure losses

при формировании критического сечения кольцевого сопла Лаваля, образованного центральным телом 10 и суживающимся соплом 3 корпуса 1. При использовании входного конуса 11 с углом расширения α₁ меньше 15° или больше 30 происходит рост коэффициентов скорости и расхода, и нарушение работы кольцевого сопла Лаваля. Выполнение центрального тела 10 с максимальным диаметром D_ц в месте соединения больших оснований расширяющегося входного конуса 11 и суживающегося выходного конуса 12, равным 0,90-0,96 от D_c выходного сопла 3 корпуса 1, а также, поддержание длины L выходного суживающего конуса 12 равной 1,5-2 от максимального диаметра D_ц центрального тела 10, и угла сужения α₂ выходного суживающего конуса 12 в диапазоне 20-36° относительно оси корпуса 1, совпадающего с углом конусности выходного сопла 3 корпуса 1, позволяет формировать на выходе из сопла 3 горелки стабильную тороидальную зону рециркуляции 13, обеспечивающую эффективное перемешивание топлива с воздухом и устойчивость факела 14 в широком диапазоне регулирования. Отклонение от заявленных параметров D_ц, L и α₂ не приводит к образованию устойчивой зоны рециркуляции и не позволяет достичь поставленной задачи по повышению эффективности сжигания топлива. Изменение характеристик факела 14 производится перемещением центрального тела 10, с предложенной формой и соотношением размеров, которое вместе со стенками выходного сопла 3 корпуса 1 образует кольцевой канал с профилем, соответствующим соплу Лаваля с косым срезом. При этом регулируется высокая скорость истечения газа в диапазоне от 430 до 580 м/с, соответствующая числам Маха, равным when a critical section is formed of the Laval ring nozzle formed by the central body 10 and the tapering nozzle 3 of the housing 1. When using the inlet cone 11 with an expansion angle α ₁ less than 15 ° or more than 30, the velocity and flow rates increase, and the Laval ring nozzle breaks down. Implementation of central body 10 with a maximum diameter D _c at the connection large bases expanding inlet cone 11 and a tapered exit cone 12, 0,90-0,96 equal to D _c from the outlet nozzle 3 of the housing 1, as well as maintaining the length L of the output of a tapered cone 12 equal to 1.5-2 of the maximum diameter D _{c of the} central body 10, and the narrowing angle α _{2 of the} output tapering cone 12 in the range of 20-36 ° relative to the axis of the housing 1, which coincides with the taper angle of the output nozzle 3 of the housing 1, allows you to form the output from the nozzle 3 of the burner is stable The south toroidal recirculation zone 13, which ensures efficient mixing of fuel with air and the stability of the torch 14 in a wide control range. Deviation from the declared parameters D _c , L and α ₂ does not lead to the formation of a stable recirculation zone and does not allow to achieve the task to increase the efficiency of fuel combustion. Changing the characteristics of the torch 14 is carried out by moving the central body 10, with the proposed shape and aspect ratio, which together with the walls of the output nozzle 3 of the housing 1 forms an annular channel with a profile corresponding to the Laval nozzle with an oblique cut. At the same time, a high gas flow rate is controlled in the range from 430 to 580 m / s, corresponding to Mach numbers equal to

1,2-2, что позволяет осуществить более эффективное смешение топлива с воздухом, подаваемым из кожуха 8, за счет турбулизации в активной зоне рециркуляции 13.1.2-2, which allows for more efficient mixing of fuel with air supplied from the casing 8, due to turbulization in the active recirculation zone 13.

В предлагаемой конструкции горелки внутренняя поверхность суживающегося сопла 3 корпуса 1 и поверхность суживающегося выходного конуса 12 центрального тела 10 образуют профиль кольцевого сопла Лаваля с переменным критическим сечением, что обеспечивает сверхзвуковые скорости истечения и получения жесткого факела с высокими кинетической энергией и теплопередающей способностью. Изменяя положение центрального тела 10, регулируют размеры и профиль кольцевого сопла Лаваля и, тем самым, скорости сверхзвуковой струи газа и степень эжекции воздуха в активную зону рециркуляции 13, приводя их в соответствие условиям эффективного сжигания топлива. Такая организация истечения топлива и воздуха позволяет интенсифицировать перемешивание газа и воздуха в факеле 14 без увеличения угла его раскрытия. Кроме того, при истечении газа из кольцевого сопла Лаваля предложенного профиля образуется устойчивый факел 14, как при розжиге, так и при регулировании. Причем, за счет образования стабильной тороидальной вихревой зоны рециркуляции 13, перемешивание и выгорание топлива происходит интенсивно на начальном участке факела 14, что снижает риск его срыва и уменьшает недожог. Так как в зоне рециркуляции 13 образуются упорядоченные газодинамические структуры, то у заявляемой горелки наблюдается умеренный уровень звукового давления (в диапазоне 60-75 ДБА), более низкий, чем у прототипа. Таким образом, при использовании In the proposed burner design, the inner surface of the tapering nozzle 3 of the housing 1 and the surface of the tapering exit cone 12 of the central body 10 form the profile of the Laval ring nozzle with a variable critical section, which ensures supersonic flow rates and obtaining a hard torch with high kinetic energy and heat transfer ability. By changing the position of the central body 10, the size and profile of the Laval ring nozzle and, thereby, the speed of the supersonic gas jet and the degree of air ejection into the active recirculation zone 13 are adjusted, bringing them into line with the conditions for efficient fuel combustion. This organization of the flow of fuel and air allows you to intensify the mixing of gas and air in the torch 14 without increasing the angle of its disclosure. In addition, when the gas flows from the Laval ring nozzle of the proposed profile, a stable torch 14 is formed, both during ignition and during regulation. Moreover, due to the formation of a stable toroidal vortex recirculation zone 13, mixing and burning of fuel occurs intensively in the initial section of the torch 14, which reduces the risk of its breakdown and reduces the underburn. Since ordered gas-dynamic structures are formed in the recirculation zone 13, the claimed burner has a moderate sound pressure level (in the range of 60-75 DBA), lower than that of the prototype. So when using

заявляемой горелки повышается эффективность сжигания топлива, за счет интенсификации перемешивания топлива с воздухом, стабилизации процессов воспламенения и горения топлива, снижения недожога и расширения рабочего диапазона коэффициента регулирования тепловой мощности, представляющего собой отношение максимальных и минимальных мощностей, которые, соответственно, на 10% ниже верхнего и выше нижнего пределов устойчивости работы горелки. Предлагаемая горелка формирует устойчивый факел с регулируемыми характеристиками (длиной, углом раскрытия и светимостью) при постоянном расходе газа и воздуха и ее применение повышает производительность отжиговых и нагревательных печей, снижает удельный расход газа на 2-5% и значительно повышает стойкости футеровки, а следовательно, увеличивает межремонтный срок работы печи.of the inventive burner increases the efficiency of fuel combustion by intensifying the mixing of fuel with air, stabilizing the processes of ignition and burning of fuel, reducing unburning and expanding the operating range of the coefficient of regulation of thermal power, which is the ratio of maximum and minimum powers, which, respectively, are 10% lower than the upper and above the lower limits of stability of the burner. The proposed burner forms a stable torch with adjustable characteristics (length, opening angle and luminosity) with a constant flow of gas and air and its use increases the performance of annealing and heating furnaces, reduces specific gas consumption by 2-5% and significantly increases the lining resistance, and therefore, increases the overhaul life of the furnace.

Нa основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая газовая горелка работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемая газовая горелка может быть применена в области отопления с целью повышения эффективности сжигания топлива, а следовательно, соответствует условию «промышленной применимости».Based on the foregoing, we can conclude that the inventive gas burner is functional and eliminates the disadvantages that occur in the prototype. Accordingly, the inventive gas burner can be used in the field of heating in order to increase the efficiency of fuel combustion, and therefore, meets the condition of "industrial applicability".

ПРИМЕРEXAMPLE

В ОАО «ММК» была изготовлена и испытана горелка предлагаемой конструкции, со следующими параметрами ее конструктивных элементов:At OJSC MMK, a burner of the proposed design was manufactured and tested with the following parameters of its structural elements:

диаметр выходного сопла корпуса - 15 мм;the diameter of the outlet nozzle of the housing is 15 mm;

максимальный диаметр обратно-двухконусного центрального тела - 14,2 мм;the maximum diameter of the back-biconical central body is 14.2 mm;

угол расширения относительно оси корпуса - 22°;the angle of expansion relative to the axis of the housing - 22 °;

длина выходного суживающего конуса - 24 мм;output tapering cone length - 24 mm;

угол сужения - 22°.narrowing angle - 22 °.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in table 1.

Таблица №1Table number 1 № опытаExperience number Отношение максимального диаметра обратно-двухконусного центрального тела к диаметру выходного корпуса сопла корпусаThe ratio of the maximum diameter of the back-biconical central body to the diameter of the output housing of the nozzle body Угол расширения входного конуса относительно оси корпуса, град.The angle of expansion of the input cone relative to the axis of the housing, deg. Отношение длины выходного суживающегося конуса к максимальному диаметру центрального телаThe ratio of the length of the output tapering cone to the maximum diameter of the central body Угол сужения, град.The narrowing angle, deg. Результаты испытанийTest results 1one 0,90.9 15fifteen 1,51,5 20twenty Высокая эффективность сжигания топлива, устойчивый факелHigh fuel efficiency, steady torch 22 0,960.96 20twenty 1,71.7 2525 Высокая эффективность сжигания топлива, устойчивый факелHigh fuel efficiency, steady torch 33 0,930.93 30thirty 22 30thirty Высокая эффективность сжигания топлива, устойчивый факелHigh fuel efficiency, steady torch 4four 0,880.88 14fourteen 1,41.4 18eighteen Плохое перемешивание топлива с воздухом, низкая эффективность сжигания топлива, неустойчивый факелPoor mixing of fuel with air, low fuel combustion efficiency, unstable torch 55 0,980.98 3232 2,12.1 3131 Плохое перемешивание топлива с воздухом, низкая эффективность сжигания топлива, неустойчивый факелPoor mixing of fuel with air, low fuel combustion efficiency, unstable torch

Claims

A gas burner comprising a housing with a nozzle for supplying gas and with a conical throttle located in the outlet tapering nozzle and connected to a rod with an actuator moving along the axis of the housing, and a housing that coaxially covers the housing and has a nozzle for supplying air, characterized in that the surface conical throttle is made in the form of a back-two-cone central body with a maximum diameter, at the junction of the expanding input and tapering output cones, coinciding with the end section the output nozzle of the casing equal to 0.9-0.96 of the diameter of the output nozzle of the casing, and the expanding inlet cone has an expansion angle relative to the axis of the casing in the range of 15-30 °, and the output tapering cone has a length of 1.5-2 of the maximum diameter of the central body, and the narrowing angle is in the range of 20-30 °, coinciding with the taper angle of the outlet nozzle of the housing.