RU98537U1

RU98537U1 - BURNER FOR COMBUSTION OF GAS AND / OR LIQUID FUEL WITH THE REDUCED EMISSION OF NITROGEN OXIDES

Info

Publication number: RU98537U1
Application number: RU2010116581/06U
Authority: RU
Inventors: Петр Васильевич Королев; Юрий Анатольевич Валуев; Сергей Юрьевич Соколов; Евгений Николаевич Цветков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр энергетического оборудования"
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2010-10-20

Abstract

1. Горелка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, включающая систему подачи воздуха, стволы для подачи газа и/или форсунку для подачи жидкого топлива, отличающаяся тем, что система подачи воздуха включает центральный, средний и периферийный каналы, причем центральный канал выполнен с возможностью подачи воздуха в зону выходных отверстий упомянутых газовых стволов и форсунки, а средний и периферийный каналы выполнены с возможностью подачи воздуха к средней и верхней зонам факела горелки соответственно. ! 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что центральный, средний и периферийный каналы образованы тремя коаксиально установленными цилиндрическими обечайками, причем центральный канал образован внутренними стенками внутренней обечайки и в нем расположены стволы для подачи газа и/или форсунка для подачи жидкого топлива, средний канал образован наружными стенками внутренней обечайки и внутренними стенками средней обечайки, а периферийный канал образован наружными стенками средней обечайки и внутренними стенками наружной обечайки и соединен с отверстиями в горелочном камне горелки. ! 3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что центральный и средний каналы соединены с одним воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха, а периферийный канал соединен с другим воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха. 1. A burner for burning gaseous and / or liquid fuel, including an air supply system, gas supply shafts and / or a liquid fuel nozzle, characterized in that the air supply system includes a central, middle and peripheral channels, the central channel being made with the possibility of supplying air to the area of the outlet openings of the aforementioned gas shafts and nozzles, and the middle and peripheral channels are configured to supply air to the middle and upper zones of the torch of the burner, respectively. ! 2. The burner according to claim 1, characterized in that the central, middle and peripheral channels are formed by three coaxially mounted cylindrical shells, the central channel being formed by the inner walls of the inner shell and there are trunks for supplying gas and / or a nozzle for supplying liquid fuel, the middle channel is formed by the outer walls of the inner shell and the inner walls of the middle shell, and the peripheral channel is formed by the outer walls of the middle shell and the inner walls of the outer shell and n apertured burner in the burner stone. ! 3. The burner according to claim 1, characterized in that the central and middle channels are connected to one air duct configured to control the air supply, and the peripheral channel is connected to another air duct configured to control the air supply.

Description

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газообразного и жидкого топлива, как раздельно, так и совместно, в любых соотношениях с распыливанием жидкого топлива водяным паром и принудительной подачей холодного и/или горячего воздуха на горение от вентилятора в печах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленностей.The utility model relates to devices for burning gaseous and liquid fuels, both separately and together, in any ratio with spraying liquid fuel with water vapor and forced supply of cold and / or hot air for combustion from a fan in furnaces of the oil refining, petrochemical and gas industries.

Известны газовые горелки, содержащие центральный газовый ствол, установленный в цилиндрическом воздуховоде вдоль его оси, и кольцевой газовый коллектор, соединенный с соплами (RU 20368 U1, опуб. 27.10.2001; RU 54656 U1, опуб. 10.07.2006). Недостатком горелок является высокое содержание окислов азота в продуктах горения.Known gas burners containing a central gas barrel mounted in a cylindrical duct along its axis, and an annular gas manifold connected to nozzles (RU 20368 U1, publ. 10.27.2001; RU 54656 U1, publ. 10.07.2006). The disadvantage of burners is the high content of nitrogen oxides in the combustion products.

Наиболее близкой к предложенной является горелка для сжигания газообразного и жидкого топлива, включающая систему подачи воздуха, стволы для подачи газа и форсунку для подачи жидкого топлива (US 2008/0206693 А1, опубл. 28.08.2008). В известной горелке процесс горения происходит с избытком воздуха для снижения образования окислов азота. Факел при этом получается голубым, следовательно, он значительно хуже излучает в камере радиации и, таким образом, перегружает камеру конвекции.Closest to the proposed is a burner for burning gaseous and liquid fuels, including an air supply system, trunks for supplying gas and a nozzle for supplying liquid fuel (US 2008/0206693 A1, publ. 28.08.2008). In a known burner, the combustion process occurs with excess air to reduce the formation of nitrogen oxides. The torch turns blue, therefore, it emits much worse in the radiation chamber and, thus, overloads the convection chamber.

Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции горелки, имеющей пониженную температуру факела, как на холодном, так и на горячем дутьевом воздухе, а, следовательно, уменьшенное образование окислов азота, за счет обеспечения постепенного подвода воздуха в процессе горения.The objective of the claimed utility model is the creation of a burner design having a reduced flame temperature, both in cold and hot blast air, and, therefore, reduced formation of nitrogen oxides, by providing a gradual supply of air during combustion.

Задача решается тем, что в горелке для сжигания газообразного и/или жидкого топлива, содержащей систему подачи воздуха и стволы для подачи газа и/или форсунку для подачи жидкого топлива, система подачи воздуха включает центральный, средний и периферийный каналы, причем центральный канал выполнен с возможностью подачи воздуха в зону выходных отверстий упомянутых газовых стволов и форсунки, а средний и периферийный каналы выполнены с возможностью подачи воздуха к средней и верхней зонам факела соответственно.The problem is solved in that in a burner for burning gaseous and / or liquid fuel, comprising an air supply system and gas supply shafts and / or a liquid fuel nozzle, the air supply system includes a central, middle and peripheral channels, the central channel being made with the ability to supply air to the area of the outlet openings of the aforementioned gas shafts and nozzles, and the middle and peripheral channels are configured to supply air to the middle and upper zones of the torch, respectively.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении температуры факела и уменьшении образования окислов азота.The technical result of the claimed utility model is to reduce the temperature of the flame and reduce the formation of nitrogen oxides.

Система подачи воздуха позволяет подавать воздух постепенно: по центральному каналу осуществляется подача первой части первичного воздуха на горение в зону выходных отверстий стволов для подачи газа и/или форсунки, по среднему каналу осуществляется подачи второй части первичного воздуха на горение в среднюю зону факела. Это приводит к тому, что процесс горения начинается в условиях недостатка воздуха с образованием сажистых частиц, обладающих хорошей излучательной способностью. Большее количество передачи тепла в камеру радиации осуществляется излучением, и, таким образом, не происходит перегрузка камеры конвекции.The air supply system allows you to supply air gradually: through the central channel, the first part of the primary combustion air is supplied to the area of the outlet openings of the shafts for gas and / or nozzle delivery, along the middle channel, the second part of the primary combustion air is fed into the middle zone of the flame. This leads to the fact that the combustion process begins in conditions of lack of air with the formation of soot particles with good emissivity. A greater amount of heat transfer to the radiation chamber is carried out by radiation, and thus, the convection chamber does not overload.

Подача вторичного воздуха на горение осуществляется по периферийному каналу в верхнюю зону факела через отверстия в горелочном камне.The secondary combustion air is supplied through a peripheral channel to the upper zone of the torch through openings in the burner stone.

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный (дифференцированный) подвод воздуха на горение и, следовательно, снижение температуры факела, как на холодном, так и на горячем дутьевом воздухе, что обеспечивает уменьшение образования окислов азота.Such a system for supplying combustion air provides a gradual (differentiated) supply of combustion air and, consequently, a decrease in the flame temperature both in cold and hot blast air, which ensures a reduction in the formation of nitrogen oxides.

В предпочтительном варианте выполнения полезной модели центральный, средний и периферийный каналы могут быть образованы тремя коаксиально установленными цилиндрическими обечайками, причем центральный канал образован внутренними стенками внутренней обечайки и в нем расположены стволы для подачи газа и/или форсунка для подачи жидкого топлива, средний канал образован наружными стенками внутренней обечайки и внутренними стенками средней обечайки, а периферийный канал образован наружными стенками средней обечайки и внутренними стенками наружной обечайки и соединен с отверстиями в горелочном камне.In a preferred embodiment of the utility model, the central, middle and peripheral channels can be formed by three coaxially mounted cylindrical shells, with the central channel being formed by the inner walls of the inner shell and there are trunks for supplying gas and / or a nozzle for supplying liquid fuel, the middle channel is formed by external the walls of the inner shell and the inner walls of the middle shell, and the peripheral channel is formed by the outer walls of the middle shell and the inner wall mi outer shell and connected to the holes in the burner stone.

Центральный и средний канал могут быть соединены с одним воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха, а периферийный канал может быть соединен с дополнительным воздуховодом, выполненным с возможностью регулирования подачи воздуха.The central and middle channel can be connected to one duct configured to control the air supply, and the peripheral channel can be connected to an additional duct configured to control the air supply.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен продольный разрез горелки.Figure 1 shows a longitudinal section of the burner.

На фиг.2 изображен вид А на фиг.1.Figure 2 shows a view of figure 1.

На фиг.3 изображен вид Б на фиг.1.Figure 3 shows a view of B in figure 1.

Горелка для сжигания газообразного и/или жидкого топлива включает газовые стволы 1 (всего 6 стволов), снабженные выходными отверстиями 2 (фиг.2) для подачи газа, форсунку 3, вставленную в центровочную трубу 4, снабженную выходными отверстиями 5 (фиг.2) для подачи жидкого топлива, и систему подачи воздуха. Система подачи воздуха включает центральный канал 6, средний канал 7 и периферийный канал 8. Каналы 6, 7 и 8 образованы тремя коаксиально установленными внутренней, средней и наружной обечайками 9, 10 и 11 соответственно. Центральный канал 6 образован внутренними стенками внутренней обечайки 9, и в нем расположены газовые стволы 1 и\или форсунка 3, средний канал 7 образован наружными стенками внутренней обечайки 9 и внутренними стенками средней обечайки 10, а периферийный канал 8 образован наружными стенками средней обечайки 10 и внутренними стенками наружной обечайки 11 и соединен с цилиндрическими отверстиями 12 (всего 19 отверстий) в горелочном камне 13. Центральный канал 6 и средний канал 7 соединены с одним воздуховодом 14, снабженным регулятором 15 подачи воздуха. Периферийный канал 8 соединен с воздуховодом 16, снабженным регулятором 17 подачи воздуха.The burner for burning gaseous and / or liquid fuel includes gas shafts 1 (total 6 shafts) equipped with outlet openings 2 (FIG. 2) for supplying gas, a nozzle 3 inserted into a centering pipe 4 provided with outlet openings 5 (FIG. 2) for supplying liquid fuel, and an air supply system. The air supply system includes a central channel 6, a middle channel 7, and a peripheral channel 8. Channels 6, 7, and 8 are formed by three coaxially mounted inner, middle, and outer shells 9, 10, and 11, respectively. The central channel 6 is formed by the inner walls of the inner shell 9, and there are gas trunks 1 and / or nozzle 3, the middle channel 7 is formed by the outer walls of the inner shell 9 and the inner walls of the middle shell 10, and the peripheral channel 8 is formed by the outer walls of the middle shell 10 and the inner walls of the outer shell 11 and is connected to cylindrical holes 12 (19 holes in total) in the burner stone 13. The central channel 6 and the middle channel 7 are connected to one duct 14 provided with an air supply regulator 15 but. The peripheral channel 8 is connected to an air duct 16 provided with an air supply regulator 17.

Подача воздуха на горение осуществляется следующим образом.The supply of combustion air is as follows.

Подача первой части первичного воздуха на горение из воздуховода 14 через центральный канал 6 в зону 18 выходных отверстий 2 для подачи газа осуществляется через окна 19 (всего 6 окон), выполненные в нижней части внутренней обечайки 9. Подача второй части первичного воздуха на горение из воздуховода 14 через средний канал 7 в среднюю зону факела осуществляется через зазор. Образованный внутренней и средней обечайками. Подача вторичного воздуха на горение из воздуховода 16 через периферийный канал 8, соединенный с цилиндрическими отверстиями 12 в горелочном камне 13 в верхнюю зону факела осуществляется через зазор, образованный средней и наружной обечайками.The supply of the first part of the primary combustion air from the duct 14 through the central channel 6 to the zone 18 of the gas outlet openings 2 is carried out through the windows 19 (total of 6 windows) made in the lower part of the inner shell 9. The supply of the second part of the primary combustion air from the duct 14 through the middle channel 7 to the middle zone of the torch is carried out through the gap. Formed by the inner and middle shells. The supply of secondary combustion air from the duct 16 through the peripheral channel 8 connected to the cylindrical holes 12 in the burner stone 13 to the upper zone of the torch is carried out through the gap formed by the middle and outer shells.

Работа предложенной горелки на газовом топливе.The operation of the proposed gas-fired burner.

При сжигании газового топлива его подача в газовую камеру 20 осуществляется через газопроводящий патрубок 21. Далее, газ через отверстия 2 в газовых стволах 1 истекает в объем печной амбразуры горелочного камня 13, где смешивается с первичным воздухом.When burning gas fuel, it is supplied to the gas chamber 20 through the gas conduit 21. Then, gas through the openings 2 in the gas trunks 1 flows into the furnace embrasure of the burner stone 13, where it is mixed with primary air.

При первоначальном пуске горелки регулятор 17 воздуховода 16 для подачи вторичного воздуха на горение должен быть открыт полностью, а регулятор 15 воздуховода 14 для подачи первичного воздуха на горение на 30%, затем следует медленно открывать запорный орган подачи газа на горелку до воспламенения газовоздушной смеси. После воспламенения газовоздушной смеси регулятор 17 воздуховода 16 для подачи вторичного воздуха должен быть открыт, а регулятор 15 воздуховода 14 для подачи первичного воздуха должен быть открыт, чтобы коэффициент избытка воздуха α был равен 1, 15.At the initial start-up of the burner, the regulator 17 of the air duct 16 for supplying secondary combustion air must be fully open, and the regulator 15 of the air duct 14 for supplying primary combustion air by 30%, then the shut-off gas supply to the burner must be slowly opened until the air-gas mixture ignites. After igniting the gas-air mixture, the regulator 17 of the duct 16 for supplying secondary air must be open, and the regulator 15 of the duct 14 for supplying primary air must be open so that the coefficient of excess air α is equal to 1, 15.

Работа предложенной горелки на жидком топливе.The operation of the proposed burner for liquid fuel.

Из внутренней трубы мазут через отверстия 22 жиклера поступает на внутренние стенки эмульсатора 23, куда через три тангенциальных отверстия входит пар. Паровые струи, выходя со скоростью 120-200 м/с, образуют вихрь, дробят мазутную пленку с образованием парожидкостной эмульсии, которая, истекая из отверстий 5, распыляется, смешивается с первичным воздухом, воспламеняется и сгорает в огнеупорной амбразуре горелочного камня 13.From the inner pipe, the fuel oil through the openings 22 of the nozzle enters the inner walls of the emulsifier 23, where steam enters through the three tangential openings. Steam jets, leaving at a speed of 120-200 m / s, form a vortex, break up a fuel oil film with the formation of a vapor-liquid emulsion, which, flowing out of openings 5, is sprayed, mixed with primary air, ignited and burned in the fireproof embrasure of the burner stone 13.

При первоначальном пуске горелки регулятор 17 воздуховода 16 для подачи вторичного воздуха на горение должен быть открыт полностью, а регулятор 15 воздуховода 14 для подачи первичного воздуха на горение на 50%. Количество подаваемого воздуха должно быть таким, чтобы коэффициент избытка воздуха α был равен 1, 2. Это исключает срыв пламени при холодных стенках амбразуры горелочного камня 13.At the initial start-up of the burner, the regulator 17 of the duct 16 for supplying secondary combustion air must be fully open, and the regulator 15 of the duct 14 for supplying primary combustion air by 50%. The amount of air supplied must be such that the coefficient of excess air α is equal to 1, 2. This eliminates the flame failure during the cold walls of the embrasure of the burner stone 13.

Пуск форсунки необходимо производить медленным открытием регулировочного вентиля на мазутной линии, при этом пар должен быть открыт заранее при давлении не более 0,2 МПа (2,0 кгс/см²).The nozzle must be started by slowly opening the control valve on the oil line, while the steam must be opened in advance at a pressure of not more than 0.2 MPa (2.0 kgf / cm ² ).

Увеличение подачи как газа, так и мазута с паром, до требуемых значений необходимо производить постепенно: вслед за каждым увеличением подачи топлива должен приоткрываться регулятор 15 первичного воздуха. Степень открытия регулятора должна быть такой, чтобы коэффициент избытка воздуха α соответствовал заданному в технической характеристике.An increase in the supply of both gas and fuel oil with steam to the required values must be done gradually: after each increase in the fuel supply, the primary air regulator 15 must open slightly. The degree of opening of the regulator must be such that the coefficient of excess air α corresponds to that specified in the technical specification.

При испытании заявляемой горелки на промышленном стенде получены следующие результаты: на холодном воздухе - NO_x=40 мг/м³, на горячем воздухе - N_x=60 мг/м³.When testing the inventive burner on an industrial bench, the following results were obtained: in cold air - NO _x = 40 mg / m ³ , in hot air - N _x = 60 mg / m ³ .

Claims

1. A burner for burning gaseous and / or liquid fuel, including an air supply system, gas supply shafts and / or a liquid fuel nozzle, characterized in that the air supply system includes a central, middle and peripheral channels, the central channel being made with the possibility of supplying air to the area of the outlet openings of the aforementioned gas shafts and nozzles, and the middle and peripheral channels are configured to supply air to the middle and upper zones of the torch of the burner, respectively.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the central, middle and peripheral channels are formed by three coaxially mounted cylindrical shells, the central channel being formed by the inner walls of the inner shell and there are trunks for supplying gas and / or a nozzle for supplying liquid fuel, the middle channel is formed by the outer walls of the inner shell and the inner walls of the middle shell, and the peripheral channel is formed by the outer walls of the middle shell and the inner walls of the outer shell and n apertured burner in the burner stone.

3. The burner according to claim 1, characterized in that the central and middle channels are connected to one air duct configured to control the air supply, and the peripheral channel is connected to another air duct configured to control the air supply.