SK61893A3 - Combustion system for oxygen and fuel - Google Patents
Combustion system for oxygen and fuel Download PDFInfo
- Publication number
- SK61893A3 SK61893A3 SK618-93A SK61893A SK61893A3 SK 61893 A3 SK61893 A3 SK 61893A3 SK 61893 A SK61893 A SK 61893A SK 61893 A3 SK61893 A3 SK 61893A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- fuel
- burner
- oxygen
- flame
- combustion system
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 89
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 87
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 3
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Abstract
Spaľovací systém sa používa na vyvíjanie vysokých teplôt v priemyselných taviacich peciach na rozličné výrobky, ako kovy, sklo, keramické materiály a pod. Systém (10) horákov na kyslik a palivo obsahuje horák (12) na kyslik a palivo a predspaľovač (14). Horák (12) obsahuje v druhom puzdre (24) vstup (46) paliva, ktorý umožňuje privádzanie paliva do časti horáka (12) medzi potrubím (34) na palivo a jadrom (38). Zmiešavame kyslíka a paliva sa odohráva pri plameňovom konci horáka (12), na ktorého prednom konci je nasadený predspaľovač (14). Tento spaľovací systém môže byť použitý na zmenu rýchlosti zmiešavania kyslíka a paliva pohybom potrubia (24) na palivo vzhľadom na potrubie(30) pre kyslík a pohybom potrubia (34) pre palivo a jadra (38) navzájom pozdĺž osi vnútri prvého puzdra (16) horáka (12).The combustion system is used to develop high temperatures in industrial melting furnaces for various products, such as metals, glass, ceramic materials and the like. System (10) an oxygen burner and a fuel burner (12) for oxygen and fuel and precombustor (14). Burner (12) it comprises in the second housing (24) a fuel inlet (46) which allows fuel to be supplied to the burner portion (12) between fuel line (34) and core (38). We mix oxygen and fuel take place at the flame end of the burner (12) at the front end of which is a pre-ballast (14). This combustion system can be used to change the mixing speed of oxygen and fuel by movement fuel pipe (24) with respect to the pipe (30) for oxygen and by moving the fuel line (34) a the core (38) along the axis within the first housing (16) a burner (12).
Description
(57) Anotácia:(57) Annotation:
Spaľovací systém sa používa na vyvíjanie vysokých teplôt v priemyselných taviacich peciach na rozličné výrobky, ako kovy, sklo, keramické materiály a pod. Systém (10) horákov na kyslik a palivo obsahuje horák (12) na kyslik a palivo a predspaľovač (14). Horák (12) obsahuje v druhom puzdre (24) vstup (46) paliva, ktorý umožňuje privádzanie paliva do časti horáka (12) medzi potrubím (34) na palivo a jadrom (38). Zmiešavame kyslíka a paliva sa odohráva pri plameňovom konci horáka (12), na ktorého prednom konci je nasadený predspaľovač (14). Tento spaľovací systém môže byť použitý na zmenu rýchlosti zmiešavania kyslíka a paliva pohybom potrubia (24) na palivo vzhľadom na potrubie(30) pre kyslík a pohybom potrubia (34) pre palivo a jadra (38) navzájom pozdĺž osi vnútri prvého puzdra (16) horáka (12).The combustion system is used to generate high temperatures in industrial melting furnaces for various products such as metals, glass, ceramic materials and the like. The oxygen and fuel burner system (10) comprises an oxygen and fuel burner (12) and a precombustor (14). The burner (12) comprises in the second housing (24) a fuel inlet (46) that allows fuel to be supplied to a portion of the burner (12) between the fuel line (34) and the core (38). Mixing of oxygen and fuel takes place at the flame end of the burner (12), at the front end of which the precombustor (14) is fitted. The combustion system may be used to vary the rate of mixing of oxygen and fuel by moving the fuel line (24) relative to the oxygen line (30) and moving the fuel line (34) and the cores (38) relative to each other along an axis within the first housing (16). burner (12).
PVPV
SPAĽOVACÍ SYSTÉM NA KYSLÍK A PALIVOOXYGEN AND FUEL COMBUSTION SYSTEM
Oblasť technikyTechnical field
Vynález sa týka spaľovacieho systému na kyslík a palivo používaného pre vyvíjanie vysokých teplôt v priemyslových taviacich peciach na rozličné výrobky ako kovy. sklo. keramické materiály a pod.The invention relates to an oxy-fuel combustion system used to generate high temperatures in industrial melting furnaces for various products such as metals. glass. ceramic materials and the like.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V peciach na vysoké teploty vyhrievaných úplne alebo čiastočne spaľovaním. ako sú pece na tavenie skla. sa často vyskytuje problém zničistenia. Vysoké úrovne emisií nečistôt ako sú oxidy dusíku (NOx), oxid siričitý (SO2). oxid uhličitý a častice. ktoré často prevyšujú maximálne úrovne dovolené inštitúciou pre ochranu životného prostredia, sú typické pre pece a horáky na vzduch a palivo a na vzduch obohatený kyslíkom a palivo.In high-temperature furnaces heated wholly or partially by combustion. such as glass melting furnaces. there is often a problem of destruction. High emission levels of impurities such as nitrogen oxides (NOx), sulfur dioxide (SO2). carbon dioxide and particles. which often exceed the maximum levels allowed by the environmental protection institution, are typical of air and fuel furnaces and burners and oxygen and fuel enriched air.
V minulosti bol problém riešený použitím dodatočného spaľovania pre zníženie obsahu nečistôt. Tieto procesy však vyžadujú zariadenia, ktoré činia riešenia vysoko nákladným na investície aj v prevádzke. Iná a účinnejšia metóda spočíva v použití kyslíka v procese spaľovania pre odstraňovanie dusíka zo vzduchu a obmedzenie N0x a zvláštnej emisie pod hodnoty dovolené smernicami inštitúcií pre ochranu životného prostredia. Naviac použitie kyslíku na spaľovanie znižuje emisiu oxidu uhličitého zvýšením produktivity a úspory dávok chemikálií.In the past, the problem was solved by using post-combustion to reduce the impurity content. However, these processes require equipment that makes solutions highly expensive to invest even in operation. Another and more efficient method is using oxygen in the combustion process for removing nitrogen from the air and limiting N0 x and particulate emissions to below the guidelines leave institutions for the protection of the environment. In addition, the use of oxygen for combustion reduces carbon dioxide emissions by increasing productivity and saving chemicals.
Horáky na kyslík a palivo môžu byt rozdelené do dvoch hlavných skupín, a to na vodou chladené a plynom chladené. Často sa vyskytujúci problém u horákov oboch skupín je neprítomnosti riediaceho a nosného plynu. napríklad dusíka, ktorý zvyšuje parciálne tlaky prchavých zložiek dávky a zvyšuje rýchlosť korózie kovových a keramických materiálov. použitých pri konštrukcii horáka. Nánosy a korózia teda predstavujú najvšeobecnejšie problémy vodou alebo plynom chladených trysiek horákov v peciach na vysoké teploty. Veľké rozdiely teplôt medzi chladenými tryskami horákov a pecnými plynmi spôsobujú prchavých a korozívnych látok a nánosy na tryske je popísané v pojednaní s názvom Oxygen kondenzáciu horáka. ToOxygen and fuel burners can be divided into two main groups, water-cooled and gas-cooled. A common problem with burners of both groups is the absence of diluent and carrier gas. for example nitrogen, which increases the partial pressures of the volatile components of the batch and increases the corrosion rate of the metal and ceramic materials. used in the construction of the burner. Deposits and corrosion are therefore the most general problems of water or gas-cooled burner nozzles in high temperature furnaces. The large temperature differences between the cooled burner nozzles and the furnace gases cause volatile and corrosive substances, and the deposition on the nozzle is described in the Oxygen condensation burner. it
Parkersburg v časopise American Glass Review, december 1990. ktorého autori sú D.Shamp a D-Davis. Vo vodou alebo plynom chladenom horáka, kde vodné chladenie nemá optimálnu rýchlost prúdenia, môže nános na tryskách spôsobiť odchýlenie plameňa a náraz na trysku horáka vedúce k poškodeniu alebo deštrukcii horáka.Parkersburg in the American Glass Review, December 1990. The authors are D.Shamp and D-Davis. In a water or gas-cooled burner where water cooling does not have an optimal flow rate, deposition on the nozzles may cause the flame to deflect and impact the burner nozzle resulting in burner damage or destruction.
Firing ofFiring of
Druhý problém spojený s vodou a plynom chladenými horákmi je skutočnosť. že žiaruvzdorný blok horáka často užívaný pre umožnenie inštalácie horáka do pece a/alebo pre zvýšenie stability plameňa, má otvor o vnútornom priemere väčšom než je priemer lúča plameňa, čo spôsobí vtiahnutie korozívnych pecných plynov alebo čiastočiek materiálov do vnútra bloku a ich styk s horákom. Tento typ horáka je popísaný v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4,690.634.The second problem associated with water and gas-cooled burners is a fact. that the refractory burner block frequently used to allow the burner to be installed in the furnace and / or to increase flame stability has an opening having an inside diameter greater than the diameter of the flame beam, causing corrosive furnace gases or material particles to draw into and contact the burner. This type of burner is described in United States Patent 4,690,634.
Iný problém pri vodou i plynom chladených horákoch je nízka svietivosť plameňa vplyvom vysokej rýchlosti horenia a rýchleho zmiešavania vznikajúceho v takýchto spaľovacích systémoch. To znižuje účinnosť ohrevu, pretože žiarenie je najmohutnejší mechanizmus prenosu tepla v peci na .vysoké teploty, ako je sklárska taviaca pec.Another problem with both water-cooled and gas-cooled burners is the low luminous intensity of the flame due to the high combustion rate and rapid mixing occurring in such combustion systems. This reduces the heating efficiency because radiation is the most powerful heat transfer mechanism in the furnace at high temperatures than the glass melting furnace.
Naviac vodou chladené horáky na kyslík a palivo vyžadujú vysoké náklady na investície a údržbu. Tieto horáky môžu znížiť celkovú účinnosť pece odvádzaním značného množstva tepla z nej prúdom chladiacej vody. Napríklad pre horák s prietokom chladiacej vody 22.5 l.min.-1 s rozdielom teplôt vody na výstupe a na vstupe rovným 27,8 °C je strata tepla pre jeden horák asi 36,6 kW. Pre pec s desiatimi horákmi je cena tepla strateného vodným chladením asi $ 30000 za jeden rok. Naviac je tu vždy možnosť úniku vody do pecé, keď horák nie je správne upevnený a je tu nebezpečenstvo upchania a korózie kanálov vodného chladenia horáka, ak je jediným prostriedkom chladenia dostupným užívatelovi voda nízkej akosti.In addition, water-cooled oxygen and fuel burners require high investment and maintenance costs. These burners can reduce the overall efficiency of the furnace by removing a considerable amount of heat from it by a stream of cooling water. For example, for a burner with a cooling water flow of 22.5 l.min. -1 with a difference in outlet and inlet water temperatures equal to 27.8 ° C, the heat loss for one burner is about 36.6 kW. For a ten-burner furnace, the cost of heat lost by water cooling is about $ 30,000 per year. In addition, there is always the possibility of water leakage into the furnace when the burner is not properly fixed and there is a risk of clogging and corrosion of the burner water cooling channels if the only cooling means available to the user is low quality water.
Plynom chladené horáky na kyslík a palivo môžu predstavovať problém v prípade prerušenia dodávky paliva alebo kyslíku. Takéto horáky sa musia ihneď vyňať zo spaľovacej oblasti pece kvôli zamedzenie možného poškodenia vysokou teplotou panujúcou v peci. Keď sú takého horáky uložené na kovových koncovkách pri čelnej ploche horáka pre jeho chladenie, tieto koncovky môžu zbierať kondenzáty a spôsobiť problémy korózie horáka.Gas-cooled oxygen and fuel burners can be a problem in the event of fuel or oxygen supply interruptions. Such burners must be immediately removed from the furnace combustion area in order to avoid possible damage from the high temperature prevailing in the furnace. When such burners are deposited on metal ends near the front face of the burner for cooling, these ends may collect condensates and cause burner corrosion problems.
Úlohou vynálezu je vytvoriť spaľovací systém na kyslík a palivo, pri ktorom by boli vyššie opísané nevýhody doterajšieho stavu techniky odstránené.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an oxy-fuel combustion system in which the above-described disadvantages of the prior art are avoided.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Vynález rieši úlohu tým, že vytvára spaľovací systém na kyslík a palivo, ktorého podstata spočíva v tom, že obsahuje v kombinácii horák na kyslík a palivo, majúci vo všeobecnosti valcovité puzdro s potrubím na palivo umiestneným v priestorovom vzťahu a sústredne s puzdrom, potrubie na palivo je situované pozdĺž najväčšej časti puzdra, a majúce plameňový koniec ukončený v rovnakej rovine ako plameňový koniec puzdra, jadro umiestnené sústredne s potrubím na palivo, jadro a potrubie na palivo spolupôsobia na vyvíjanie prstencovitého prúdu paliva na plameňovom konci puzdra, potrubie oxidizéru umiestnené sústredne vnútri puzdra medzi potrubím na palivo a puzdrom, potrubie oxidizéru prebieha súosovo v puzdre, potrubie na palivo je prispôsobené pre premenlivé umiestnenie vzhľadom k potrubiu oxidizéru pozdĺž pozdĺžnej osi vrátane polohy, kde končí, v mieste vymedzenom plameňovým koncom puzdra na vymedzenie prstencovitého otvoru pre palivo pre zavedenie paliva do otvoru pre palivo a potrubia oxidizéru k oxidačnému otvoru, a predspalovač usporiadaný na horáku, majúci vo všeobecnosti valcový ústredný otvor, ktorého jeden koniec je plynotesné usporiadaný vzhľadom ku plameňu a druhý koniec je uspôsobený na riadenie plameňa pre vyhrievanie v priemyselných prostrediach, pozdĺžna os valca je v rozsahu pozdĺžnej osi puzdra horáka, predspalovač je konštruovaný a usporiadaný tak, že otvor má pomer dĺžky k priemeru (L/d) od 2,0 do 6,0, kde horák je použitý pre propagáciu plameňa pri tepelnom výkone horenia od 73,2 kW do 11712 kW.The invention solves the problem by providing an oxygen and fuel combustion system comprising, in combination, an oxygen and fuel burner having a generally cylindrical housing with a fuel conduit disposed in a spatial relationship and concentric with the housing, a fuel conduit. the fuel is situated along the largest part of the housing, and having a flame end terminated in the same plane as the flame end of the housing, the core positioned concentrically with the fuel line, the core and fuel line cooperating to generate an annular fuel stream at the flame end bushings between the fuel line and the sleeve, the oxidizer line extending coaxially in the sleeve, the fuel line is adapted for variable position relative to the oxidizer line along the longitudinal axis, including where it terminates, at a location defined by the flame end of the sleeve to define an annular aperture for fuel for introducing fuel into the fuel aperture and oxidizer conduit to the oxidation aperture, and a burner arranged on the burner having a generally central central aperture, one end of which is gas-tightly arranged relative to the flame and the other end adapted to control the flame for heating. in industrial environments, the longitudinal axis of the cylinder is within the longitudinal axis of the burner housing, the precombustor is constructed and arranged so that the orifice has a length to diameter (L / d) ratio of 2.0 to 6.0 where the burner is used to propagate the flame at heat output from 73.2 kW to 11712 kW.
Podľa výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu vnútorný povrch plameňového konca potrubia pre palivo a vonkajší povrch predného konca jadra sú uspôsobené tak, že vzájomný pozdĺžny pohyb jadra a potrubia pre palivo umožňuje operátorovi mat premenlivý prstencovitý otvor pre palivo.According to a preferred embodiment of the present invention, the inner surface of the flame end of the fuel line and the outer surface of the front end of the core are adapted such that the longitudinal relative movement of the core and the fuel line allows the operator to have a variable annular fuel opening.
Podľa dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu vnútorný povrch potrubia pre palivo pri plameňovom konci a vonkajší povrch potrubia pre palivo pri plameňovom konci majú taký tvar, že pozdĺžny pohyb vzhľadom k potrubiu oxidizéru umožňuje operátorovi mat premenlivý prstencovitý otvor pre oxidizér.According to another preferred embodiment of the present invention, the inner surface of the flame end fuel line and the outer surface of the flame end fuel line are such that the longitudinal movement relative to the oxidizer line allows the operator to have a variable annular opening for the oxidizer.
Podľa ďalšieho výhodného prostriedok pre privádzanie obsahuje systém pre atomizáciu vyhotovenia predloženého vynálezu paliva do potrubia pre palivo kvapalného paliva.According to another preferred supply means, the system comprises atomizing an embodiment of the present invention of the fuel into the liquid fuel fuel line.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je oxidizátor zvolený zo skupiny zahrňujúcej kyslík, vzduch obohatený kyslíkom, iný plynný oxidizátor a ich zmesi privádzané do prostriedku pre zavádzanie oxidizátoru pod tlakom .According to a further preferred embodiment of the present invention, the oxidizer is selected from the group consisting of oxygen, oxygen-enriched air, another gaseous oxidizer and mixtures thereof supplied to the oxidizer introducing means under pressure.
Podľa je palivo syntetický kaša a zmes ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu zvolené zo skupiny zahrňujúce zemný plyn, metán, zemný plyn, propán, sírovodík, kvapalné palivá, ich i, pričom tieto palivá sa privádzajú do otvoru pre palivo ako plyn alebo ako kvapalina systémom pre atomizáciu kvapa1ného pa1iva.Accordingly, the fuel is a synthetic slurry and a mixture of another preferred embodiment of the present invention selected from the group consisting of natural gas, methane, natural gas, propane, hydrogen sulfide, liquid fuels, and these fuels being fed into the fuel port as a gas or as a liquid through the atomization of liquid fuel.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je predspaľovač vyrobený z materiálu s vonkajším tvarom prispôsobeným pre nádobu, pre ktorú má byt použitý.According to a further preferred embodiment of the present invention, the precombustor is made of a material having an outer shape adapted to the container for which it is to be used.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu horák na kyslík a palivo je vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, zliatinových ocelí, zliatin pre vysoké teploty a superzliatin.According to another preferred embodiment of the present invention, the oxygen and fuel burner is made of stainless steel, alloy steels, high temperature alloys and super alloys.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je prespaľovač k horáku na kyslík a palivo pripojený rozobrateľne.According to another preferred embodiment of the present invention, the combustor is releasably attached to the oxygen and fuel burner.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je horák na kyslík a palivo vyrobený zo súčastí rozoberateľných pre obsluhu.According to a further preferred embodiment of the present invention, the oxygen and fuel burner is made of parts that can be disassembled by the operator.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je horák opatrený postriedkom pre upevnenie horáka k vonkajšej konštrukcii, keď je systém v prevádzke.According to a further preferred embodiment of the present invention, the burner is provided with a bolt for securing the burner to the outer structure when the system is in operation.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Vynález je znároznený na výkresoch, kde obr.la je nárys systému podľa vynálezu čiastočne v reze pre znázornenie detailov konštrukcie, obr.lb je rez podľa čiary la-lb v obr.la, obr.2a,2b,2c a 2d sú čiastočné pohľady na.predný koniec horáka systému znázorňujúce prostriedok pre nastavenie plochy výstupu oxidantu a prúdu plynu, obr.3 je diagram závislosti polohy nastavenia na pomere plochy prietoku kyslíku ku ploche prietoku plynu pri horáku z obr.l, obr.4a a 4b sú diagramy osovej rýchlosti v závislosti na polohe vnútri predspaľovača od strednej čiary k vnútornej stene predspaľovača pre krajnú polohu nastavenia horáka a obr.4c a 4d sú diagramy turbulentného strihového napätia v závislosti na polohe rozhrania pre polohy horáka v obr.4a a 4b.The invention is illustrated in the drawings, in which Fig. 1a is a partial sectional view of the system according to the invention to show details of the structure, Fig. 1b is a sectional view along line 1a-1b in Figs. 1a, 2a, 2b, 2c and 2d are partial views. Fig. 3 is a diagram of the position of the adjustment on the ratio of the oxygen flow area to the gas flow area of the burner of Figs. 1, 4a and 4b are axial velocity diagrams; 4c and 4d are diagrams of the turbulent shear stress versus the interface position for the burner positions in Figs. 4a and 4b.
Príklad uskutočnenia vynálezu flko bolo uvedené vyššie, doterajšie horáky na kyslík a palivo boli používané na ohrev priemyselných pecí pri snahe o prekonanie problémov obvyklých korákov na vzduch a palivo. V popise tohto vynálezu sa výraz oxidizér” používa pre akúkoľvek zmes plynov obsahujúcu viac ako 30 % kyslíka. Ďalej v popise tohoto vynálezu palivá znamenajú normálne plynné palivá obsahujúce bez obmedzenia metán, zemný plyn, propán, sírovodík a pod., ako i kvapalené palivá ako olejové palivá, vykurovacie oleje, surové oleje, kaše a podobne.As described above, the prior art oxygen and fuel burners have been used to heat industrial furnaces in an attempt to overcome the problems of conventional air and fuel corks. As used herein, the term oxidizer is used to refer to any gas mixture containing more than 30% oxygen. Further, in the description of the present invention fuels are normally gaseous fuels containing, without limitation, methane, natural gas, propane, hydrogen sulfide and the like, as well as liquid fuels such as oil fuels, fuel oils, crude oils, slurries and the like.
Často sa vyskytujúci problém pri úplne alebo čiastočne palivom vyhrievaných peciach na vysoké teploty, ako sú sklárske taviace pece, je potrebný nastaviteľný kys1íkovo-palivový plameň na danej rýchlosti objemu spaľovania, zátaže a umiestnenia s premenlivými charakteristikami závislými horenia. V závislosti na návrhu pece, rýchlosti horenia, typu zátaže, rozdelenia horákov, nastaviteľnost dĺžky, tvaru, svietivosti a hybnosti sú dôležité pre účinnú prevádzku pece. Operátor majúci schopnosť nastaviť všetky pece by mal výhodu nielen zlepšiť tepelnú účinnosť pece, ale tiež zvýšiť akosť i produktivitu priechodu pece. Okrem toho nastaviteľnost a hybnosť plynu plameňa by zamedzili nežiadúci dopad plameňa na žiaruvzdorné časti pece, nadmerný nežiadúci úlet dymovým kanálom a tvorbu nečistôt ako NOx, ktorý často presahuje úroveň dovolenú inštitúciou pre ochranu životného prostredia.A frequently encountered problem in totally or partially fuel-heated high temperature furnaces, such as glass melting furnaces, requires an adjustable oxygen-fuel flame at a given rate of combustion volume, load, and location with varying combustion-dependent characteristics. Depending on the furnace design, burning rate, load type, burner distribution, adjustable length, shape, luminous intensity and momentum are important for efficient furnace operation. An operator having the ability to adjust all furnaces would have the advantage of not only improving the thermal efficiency of the furnace, but also improving the quality and productivity of the furnace passage. In addition, the adjustability and momentum of the flame gas would avoid the undesired impact of the flame on the refractory parts of the furnace, excessive unwanted smoke channel drift and the formation of impurities such as NOx, which often exceeds the level allowed by the environmental protection institution.
V minulosti bolo riadenie hybnosti všeobecne dosahované jednoduchými, avšak ponajviac nepraktickými spôsobmi. Prvý spočíval v použití radu premiestniteľných pevných trysiek, ktoré boli menené v závislosti na potrebe zvýšenia alebo zníženia hybnosti. Pre tento účel boli vyrobené vhodné trysky vhodného priemeru alebo prietokovej plochy vymeniteľné na plameňovom konci horáka.In the past, momentum management has generally been accomplished in simple but most impractical ways. The first was the use of a series of displaceable fixed nozzles which were varied depending on the need to increase or decrease momentum. Suitable nozzles of suitable diameter or flow area exchangeable at the flame end of the burner have been produced for this purpose.
Iná použitá technika spočívala v zmene tlaku prúdu pred horákom. Použitím obmedzeného otvoru ventilu, motýlovitého alebo guľového ventilu bol vytvorený jednoduchý úbytok tlaku naprieč ventilom- Na základe daného otvoru ventilu bola získaná zmena tlaku prúdu pre horákom. ktorá všeobecne spôsobila zmenu hybnosti. Avšak táto metóda tiež zmenila celkovú rýchlosť prúdu, ktorá vo všetkých prípadoch nemusí byt žiadúca vzhľadom k uvažovanej rýchlosti horenia. Táto metóda má ďalej nevýhodu v tom, že môže byt použitá iba pre malé zmeny prírastku charakteristík plameňa.Another technique used was to change the pressure of the stream upstream of the burner. By using a restricted valve opening, butterfly or ball valve, a simple pressure drop across the valve was created. A change in the pressure of the burner flow was obtained based on the valve opening. which generally caused the momentum to change. However, this method also changed the overall flow rate, which in all cases may not be desirable with respect to the combustion rate considered. Furthermore, this method has the disadvantage that it can only be used for small variations in flame characteristics.
««
Bolo tiež zistené, že v niektorých prípadoch sa môže volit veľkost otvoru. pričom závisí na rýchlosti horenia. Väčšia veľkost otvoru sa volí pre väčšie rýchlosti horenia a podobne menšie veľkosti otvoru pre menšie rýchlosti horenia, pri zostavovaní horáka.It has also been found that in some cases the opening size can be selected. depending on the burning rate. A larger orifice size is chosen for higher flame rates and similarly smaller orifice sizes for lower flame rates when the burner is assembled.
Vyššie uvedené spôsoby boli zistené ako nedostatočné a časovo náročné a vyžadujúce prerušenie prevádzky počas výmeny trysiek a veľkosti otvorov v závislosti na požadovanej rýchlosti horenia alebo na charakteristikách plameňa. Dalej sú tieto systémy a metódy značne nepraktické pri vysokých teplotách, plynulej činnosti pece pri spaľovaní paliva s kyslíkom, pretože musí byť celý horák vytiahnutý z pece po zastavení prúdu plynu a kyslíka pre nahradenie sústavy trysiek.The above methods have been found to be inadequate and time consuming and require interruption of operation during nozzle exchange and aperture size depending on the desired combustion rate or flame characteristics. Furthermore, these systems and methods are considerably impractical at high temperatures, the continuous operation of the furnace in burning the fuel with oxygen, since the entire burner must be withdrawn from the furnace after stopping the gas and oxygen flow to replace the nozzle assembly.
Je možné pokračovať v adekvátnej diskusii o oboch všeobecných typoch horákov používaných v priemyslových ohrievacích prostriedkoch, najmä o tých. ktoré sú chladené vodou a o tých. ktoré sú chladené plynom.It is possible to continue an adequate discussion on both the general types of burners used in industrial heating means, especially those. that are water-cooled and about those. which are gas-cooled.
V obr. la a lb je znázornený systém 10 horákov na kyslík a palivo podľa vynálezu. Systém 10 horákov na kyslík a palivo obsahuje horák 12 na kyslík a palivo a prespalovač 14.In FIG. 1a and 1b, the oxygen and fuel burner system 10 of the present invention is illustrated. The oxygen and fuel burner system 10 comprises an oxygen and fuel burner 12 and a combustor 14.
Horák 12 sa skladá s prvného puzdra 16. ktoré má prvý koniec 18 označený ako plameňový koniec horáka 12. Prvé puzdro 16 má ďalej druhý koniec 20 obsahujúci závitovú časť 22 k nemu blízku a vytvarovanú v tvar príruby, takže druhé puzdro 24 horáka 12 môže byt pripojené k prvému puzdru 16. Prvé puzdro 16 a druhé puzdro 24 môžu byt spolu spojené limcom 26, ktoré lícuje 28 na druhom puzdre 24. Utesnenie je uskutočnené a podobnými neznázornenými a dobre známymi s prírubou O-krúžkami prostriedkami. Vnútri prvého puzdra 16 a súosovo s ním je uložený rúrkový člen, ktorým kyslík má všeobecne je potrubie 30 pre kyslík. Potrubie 30 pre valcový tvar a má zbehavo rozbiehavú čast 32. ktorej funkcia bude vysvetlená ďalej. Vnútri potrubia 30 pre kyslík je potrubie 34 pre palivo majúce všeobecne valcovitý prierez so zbiehavo rozbiehavým výstupným koncom 36, ako bude ďalej vysvetlené. Vo vnútri potrubia 34 pre palivo je umiestnené jadro 38 majúce valcovitú čast a predný koniec 40 tvaru zrezaného kužela. Súčasti 16,30,34 a 38 majú všeobecne kruhový priečny prierez a sú usporiadené súosovo, ako je znázornené v obr.lb.The burner 12 comprises a first housing 16 having a first end 18 designated as the flame end of the burner 12. The first housing 16 further has a second end 20 comprising a threaded portion 22 proximate thereto and formed into a flange shape so that the second housing 24 of the burner 12 may be connected to the first housing 16. The first housing 16 and the second housing 24 may be joined together by a limb 26 that fits 28 on the second housing 24. The seal is provided by similar means (not shown and well known with flange O-rings). Inside the first housing 16 and coaxial therewith is a tubular member, with which the oxygen generally has an oxygen line 30. The tube 30 for the cylindrical shape and has a divergent diverging portion 32, the function of which will be explained below. Within the oxygen conduit 30 is a fuel conduit 34 having a generally cylindrical cross-section with a converging divergent outlet end 36, as will be explained below. Inside the fuel conduit 34 is located a core 38 having a cylindrical portion and a frustoconical front end 40. The parts 16,30,34 and 38 have a generally circular cross-section and are arranged coaxially as shown in Fig. 1b.
Druhé puzdro 24 obsahuje vstup 42 kyslíka, ktorý, ako je znázornené šípkami 44, je spojený s priechodom vymedzeným medzi potrubím 30 pre kyslík a potrubím 34 pre palivo, takže kyslík môže byt privádzaný do horáka a vystupovať z neho prvým koncom 18 trysky horáka 12. Horák 12 obsahuje v druhom puzdre 24 vstup 46 paliva, ktorý umožňuje privádzanie paliva, ako je znázornené Šípkami 48, do časti horáka medzi potrubím 34 pre palivo a jadrom 38. Horák 12 je zostavený, ako je v odbore známe, tak, že nie je žiadny únik paliva ani kyslíka medzi rôznymi podskupinami, takže zmiešavianie kyslíka a paliva sa odohráva pri alebo blízko plameňového konca 18 horáka 12. Horák 12 môže obsahovať vhodný nastavovací mechanizmus 50,52, takže potrubie 34 pre palivo a jadro 38 môžu byt vnútri horáka 12 pozdĺžne priemiestňované, ako bude ďalej vysvetlené- Jadro 38 je opatrené vekom 54, takže zostava horáka môže byt použitá pre spaľovanie kvapalných palív. Na prednom konci horáka 12 je proti plameňovému koncu 18 nasadený predspaľovač 14- Predspalovač 14 môže byt vyrobený zo žiaruvzdorného materiálu alebo z kovu v závislosti na teplote pece a tvarovaný ako kompaktná jednotka alebo, ak je to žiaduce, môže byt uložený vnútri vonkajšej tvarovanej súčasti- Vnútorná štruktúra 60 predspalovača 14 je priprvnená k prírube 56 pripravenej k prvému puzdru 16 horáka 12 zakotvenými upevňovacími členmi alebo upevňovacími členmi zasadenými v drážkach 62,64, ako je znázornené na výkresoch a ako je v obore známe.The second housing 24 comprises an oxygen inlet 42 which, as shown by arrows 44, is connected to a passageway defined between the oxygen line 30 and the fuel line 34 so that oxygen can be fed to and exit from the first end 18 of the burner nozzle 12. The burner 12 comprises in the second housing 24 a fuel inlet 46 which allows the fuel, as shown by the arrows 48, to be fed to a portion of the burner between the fuel conduit 34 and the core 38. The burner 12 is assembled as is known in the art such that no leakage of fuel or oxygen between the different subgroups so that the mixing of oxygen and fuel takes place at or near the flame end 18 of the burner 12. The burner 12 may include a suitable adjustment mechanism 50,52 so that the fuel conduit 34 and the core 38 may be longitudinally within the burner 12. relocated as will be explained below. The core 38 is provided with a lid 54 so that the burner assembly can be used for combustion liquid fuels. A precombustor 14 is mounted at the front end of the burner 12 against the flame end 18. The precombustor 14 can be made of a refractory material or metal depending on the furnace temperature and shaped as a compact unit or, if desired, stored inside the outer molded component. The internal structure 60 of the precombustor 14 is attached to a flange 56 prepared for the first burner housing 16 by anchored fasteners or fasteners seated in the grooves 62,64, as shown in the drawings and as known in the art.
V predspaľovači 14 je vytvorený valcový priechod 66, ktorý má priemer určený podľa rýchlosti horenia horáka 12, ako bude ďalej vysvetlené. Priechod 66 má rozsah cez dĺžku predspaľovača 14, aby obklopoval a priamo vypúšťal plameň z plameňového konca 18 horáka 12 mimo vypúšťacieho konca 68 predspaľovača 14. Predspaľovač 14 je pripojený k stene pece alebo nádoby, ktorá má byť ohrievaná a môže mať tvar žiaruvzdorného bloku použitého v tej nádobe alebo iný tvar alebo môže byť z iného materiálu na vonkajšom povrchu, aby bol vhodný pre nasadenie do steny pece.In the precombustor 14, a cylindrical passage 66 is formed having a diameter determined according to the burning rate of the burner 12, as will be explained below. The passage 66 extends over the length of the precombustor 14 to surround and directly discharge the flame from the flame end 18 of the burner 12 outside the discharge end 68 of the precombustor 14. The precombustor 14 is connected to the wall of the furnace or vessel to be heated and may be in the shape of a refractory block used the container or other shape or may be of another material on the outer surface to be suitable for fitting into the furnace wall.
Geometria predspaľovača 14 je funkciou rýchlosti horenia, ako je znázornené v prihláške vynálezu Spojených štátov amerických č. zo dňa - Napríklad keď je horák 12 schopný horieť rýchlosťou zodpovedajúcou tepelnému výkonu od 73,2 kW do 11712 KV, majú byť rozmery predspaľovača 14 také, že vzdialenosť od plameňového konca 18 horáka 12 k vypúšťajúcemu koncu 68 predspaľovača 14 je medzi 30,48 cm a 121,92 cm, priemer vnútorného valcového otvoru predspaľovača 14 je 5,08 cm až 20,32 cm a pomer dĺžky k priemeru (L/d) má byť medzi 2 a 6. V súlade s vynálezom sú prednostné usporiadania predspaľovača 14 uvedené v tabuľke 1- . 'The geometry of the precombustor 14 is a function of the combustion rate as shown in U.S. Patent Application Ser. For example, when the burner 12 is capable of burning at a rate corresponding to a heat output of 73.2 kW to 11712 KV, the dimensions of the precombustor 14 should be such that the distance from the flame end 18 of the burner 12 to the discharge end 68 of the precombustor 14 is between 30.48 cm. and 121.92 cm, the diameter of the inner cylindrical bore of the precombustor 14 is 5.08 cm to 20.32 cm and the length to diameter (L / d) ratio is between 2 and 6. According to the invention, preferred configurations of the precombustor 14 are disclosed in Table 1-. '
Čísla uvedené v tabuľke č.l sú empirické hodnoty odvodené z merania svietivosti plameňa, priebehu teploty predspaľovača a tlaku predspaľovača, zaznamenané počas pokusných skúšok horenia. Tieto rozmery sa líšia od tradičných hodnôt pri návrhu horákov a horákových blokov, pretože tento tesný predspaľovač je v skutočnosti chladený a tienený prúdiacimi a reagujúcimi plynmi. Pokiaľ je použitý výraz tesný, znamená to malú diferenciu rozmerov medzi vnútorným priemerom priechodu 66 jeho predspaľovača 14 a plameňom vyvíjaným horákom 12. V doterajšom stave techniky boli horákové bloky široké, aby boli držané odľahlé od teplého kys1íko-palivového plameňa, čo malo za následok vsávania pecných plynov.The numbers given in Table 1 are empirical values derived from the measurement of flame luminance, the course of the precombustor temperature and the precombustor pressure recorded during the experimental combustion tests. These dimensions differ from traditional values in the design of burners and burner blocks, since this tight precombustor is actually cooled and shielded by the flowing and reacting gases. When used tightly, this means a small dimensional difference between the inner diameter of the passage 66 of its precombustor 14 and the flame produced by the burner 12. In the prior art, the burner blocks were wide to be kept away from the warm oxy-fuel flame resulting in intake furnace gases.
Tabuľka 1Table 1
Tepelný výkon horenia Zníženie Dĺžka Priemer PomerBurning Heat Output Reduction Length Diameter Ratio
Predspaľovač môže mat zbiehavý alebo; rozbiehavý tvar k vnútornému povrchu 66 pri vypúšťacom konci 68 za predpokladu, že uhol zbiehania alebo rozbiehania nie je väčší ako + 15°, uhol sa meria vzhľadom k pozdĺžnej osi predspaľovača 14.The precombustor may be convergent or; diverging shape to the inner surface 66 at the discharge end 68, provided that the angle of inclination or divergence is not greater than + 15 °, the angle is measured relative to the longitudinal axis of the precombustor 14.
Horák podľa vynálezu vyvíja základnú konfiguráciu prúdu skladajúcu sa z dvoch súprúdových prstencových lúčov. Kyslík je vypúšťaný z predného konca horáka 12 vo forme prstenca prechodom vymedzeným medzi potrubím 20 pre kyslík a potrubím 34 pre palivo. Palivo vyteká palivovým koncom 18 horáka 12 prstencovitým otvorom medzi predným koncom 36 potrubia 34 pre palivo a vonkajším povrchom jadra 38. Dva prstencovité prechody sú vytvorené zostavou jednotlivých potrubí s prednou častou potrubia, navrhnutých pre minimálny úbytok tlaku pre kyslík i palivo. V jednom pvyhotovení tryská je tá časť potrubia pre kyslík, potrubia pre palivo alebo jadra, ktorá je merané od predného konca k bodu, kde príslušný prierez má valcový tvar. Rozličné rozmery prúdu (napríklad geometria v ploche) sú navrhnuté na základe empirickej znalosti paliva a kyslíka, rýchlosti prúdu, rozmedzia požadovaných nastavení rýchlosti, úrovne turbulancie, prijatelnej v prúde, a charakteristík plameňa spojených prúdov kyslíka a paliva. Najmä zaokrúhlenie predného konca potrubia pre kyslík vhodným polomerom slúži dvom významným funkciám. Prvá spočíva v uľahčení oneskoreného a stupňového smiešavania prúdov paliva a kyslíka v predspaľovači 14. Bolo ukázané, že štvorcový*· Cbez zaobleného konca) predný koniec 36 potrubia 34 pre palivo indukuje efekt rozdelenia prúdu. Po druhé, rozdelenie prúdu vytvára oblast nízkeho tlaku v tieni okraja predného konca 36. V tejto stagnujúcej oblasti bolo zistené lokalizované spaľovanie, ktoré vedie k ukladaniu sadzí a prehriatiu vrchola. Keď bol predný koniec 36 vytvorený zaoblený, efekty rozdelenia prúdu boly silne potlačené súčasne s lokalizovanými javmi spaľovania a teplotou predného konca 36.The burner according to the invention develops a basic current configuration consisting of two co-current ring beams. Oxygen is discharged from the annular end of the burner 12 in the form of a ring by a passageway defined between the oxygen line 20 and the fuel line 34. Fuel flows through the fuel end 18 of the burner 12 through an annular opening between the front end 36 of the fuel conduit 34 and the outer surface of the core 38. The two annular passages are formed by an assembly of individual conduits with a front conduit designed to minimize pressure loss for both oxygen and fuel. In one embodiment, the nozzle is that portion of the oxygen line, the fuel line or the core that is measured from the front end to the point where the respective cross-section has a cylindrical shape. The different flow dimensions (e.g., geometry in the surface) are designed based on empirical knowledge of fuel and oxygen, the flow velocity, the range of desired velocity settings, the level of turbulation acceptable in the jet, and the flame characteristics of the combined oxygen and fuel jets. In particular, rounding the front end of the oxygen pipe with a suitable radius serves two important functions. The first is to facilitate the delayed and stepwise mixing of the fuel and oxygen streams in the precombustor 14. It has been shown that the square end (without the rounded end) of the front end 36 of the fuel conduit 34 induces a flow distribution effect. Secondly, the current distribution creates a low pressure region in the shadow of the edge of the front end 36. In this stagnant region, localized combustion has been found which leads to soot deposits and peak overheating. When the front end 36 was formed rounded, the current distribution effects were strongly suppressed simultaneously with the localized combustion effects and the front end temperature 36.
Horák podľa obr.la a lb môže byt použitý pre zmenu rýchlosti zmiešavania kyslíka a paliva pohybom potrubia 34 pre palivo vzhľdom k potrubiu 30 pre kyslík a pohybom potrubia 34 pre palivo a jadra 38 navzájom pozdĺž osi vnútri prvého puzdra 16 horákaThe burner of FIGS. 1a and 1b can be used to vary the rate of mixing of oxygen and fuel by moving the fuel line 34 relative to the oxygen line 30 and moving the fuel line 34 and the cores 38 relative to each other along the axis within the first burner housing 16.
12. 0br-2a znázorňuje polohu potrubia 30 pre kyslík, potrubia 34 pre palivo a jadra 38 vzhľadom k referenčnej polohe 13, kde jadro 38 a zrezaný kužel 40 sú zaťažené vzhľadom ku krajnej ľavej polohe v nákrese a orientácii obr.la a 2b. Obr.2b znázorňuje polohu potrubia 30 pre kyslík, potrubia 34 pre palivo a jadra 38 pri plameňovom konci 18 horáka 12. To sa uvažuje ako poloha 1 pre kyslík i palivo, zatiaľ čo poloha obr.2a sa uvažuje ako poloha 13 pre kyslík i palivo. Obr.2c ukazuje, čo je poloha 1 pre kyslík a poloha 13 pre palivo, zatiaľ čo obr.2d ukazuje polohu 13 pre kyslík a polohu 1 pre palivo. Z predchádzajúceho je zrejmé, že poloha 1 pre kyslík jé poloha, kde zbiehavé rozbiehavá čast 32 pre potrubie 30 pre kyslík a výstupný otvor 36 sú v tej istej rovine. Poloha 1 pre palivo je, keď výstupný otvor 36 potrubia 34 pre palivo a zrezaný kužel 40 jadra 38 sú v tej istej rovine.12b-2a shows the position of the oxygen line 30, the fuel line 34 and the cores 38 with respect to the reference position 13, where the core 38 and the truncated cone 40 are loaded with respect to the extreme left position in the drawing and orientation of Figures 1a and 2b. Fig. 2b shows the position of the oxygen line 30, the fuel line 34 and the cores 38 at the flame end 18 of the burner 12. This is considered as position 1 for both oxygen and fuel, while position 2a is considered as position 13 for both oxygen and fuel. . Fig. 2c shows what is the oxygen position 1 and the fuel position 13, while Fig. 2d shows the oxygen position 13 and the fuel position 1. It will be apparent from the foregoing that the oxygen position 1 is the position where the divergent diverging portion 32 for the oxygen conduit 30 and the outlet port 36 are in the same plane. The fuel position 1 is when the outlet opening 36 of the fuel conduit 34 and the truncated cone 40 of the core 38 are in the same plane.
Naopak, poloha 13 pre kyslík alebo palivo je, keď doplnkové časti sú úplne zatiahnuté alebo sú v ľavej polohe, ako je znázornené na výkrese. Proces zatiahnutia pre rôzne súčasti horáka je daný ručne pomocou zvláštneho nastavovacieho mechanizmu 50,52. Zatiahnutím sa môže meniť skutočná prietoková plocha u plameňového konca 18 pre palivo a kyslík.Conversely, the oxygen or fuel position 13 is when the complementary parts are fully retracted or in the left position as shown in the drawing. The retraction process for the various torch components is manually provided by a separate adjustment mechanism 50.52. By pulling, the actual flow area at the flame end 18 for fuel and oxygen can be varied.
Tu je najviac lineárna závislosť medzi plochou prúdu paliva a kyslíku u plameňového konca 18 pre rôzne nastavenia polohy. Môže teda byť trojnásobné zväššenie plochy prúdu pri polohe 13 pre palivo i kyslík v porovnaní so zodpovedajúcimi plochami prúdu pri polohe 1. To znamená, že rýchlosť môže byť menená asi o 300 % pre palivo i kyslík pri danej rýchlosti horenia Calebo danej rýchlosti prúdu).Here, the most linear dependence between the area of the fuel jet and the oxygen at the flame end 18 for the various position settings. Thus, there may be a threefold increase in the current area at position 13 for both fuel and oxygen compared to the corresponding current areas at position 1. This means that the rate can be varied by about 300% for both fuel and oxygen at a given combustion rate (or a given current).
Obr.3 je diagram znázorňujúci pomer plochy prúdu kyslíka k ploche prúdu paliva ako funkciu nastavenia polohy. Krivka ukazuje exponenciálny útlm z polohy 1 do polohy 10- V polohe 10 plocha prúdu paliva je otvorená až do maximálnej hodnoty, zatiaľ čo plocha prúdu kyslíku rastie v celom priebehu do polohy 13, ako je zrejmé z obr.3. Na krivke je zrejmý extrém pri polohe 11 vplyvom vyššie uvedených dôvodov. Celkový axiálny pohyb oboch nastavovacích mechanizmov je asi 4,1275 cm. Vyššie popísané trysky sú určené pre prevádzku v rozsahu parametrov predspaľovača 14 spomenutých vyššie.Fig. 3 is a diagram showing the ratio of the oxygen flow area to the fuel flow area as a function of positioning. The curve shows the exponential attenuation from position 1 to position 10. In position 10, the fuel jet area is opened up to the maximum value, while the oxygen flow area increases all the way to position 13 as shown in Figure 3. The curve shows the extreme at position 11 due to the above reasons. The total axial movement of the two adjusting mechanisms is about 4.1275 cm. The nozzles described above are intended to operate within the range of the precombustor parameters 14 mentioned above.
Horák podľa predloženého vynálezu umožňuje zmeny rýchlosti pre plynné palivo ako je zemný plyn (Vn?) a kyslík (VOx) V závislosti na rýchlosti prúdu môže nastavení polôh 1 až 13 umožniť voľby vysokej hybnosti až nízkej hybnosti pre riadenie plameňa. V peci o vysokej teplote (napríklad sklárska taviaca pec) pre vysokú svietivosť plameňa a dlhé plamene (prednostná prevádzka), majú byť použité nižšie rýchlosti (vyššie nastavenie polohy). Inými slovami, Vng a VOx majú byt nižšie než 182,88 m.s-1 a Vng/Vox má byť medzi 0,3 a 6.0. Avšak pre vysokú svietivosť plameňa (prednostná prevádzka), pri použití horáka podľa predloženého vynálezu sa majú použiť nižšie rýchlosti s pomerom V ng/VOx rovným od 1,0 do 1,5.The burner of the present invention allows velocity variations for gaseous fuel such as natural gas ( Vn 2 ) and oxygen (V 0 x). In a high temperature furnace (for example, a glass melting furnace) for high flame luminosity and long flames (preferred operation), lower speeds (higher positioning) should be used. In other words, Vng and V 0 x should be less than 182.88 ms -1 and Vng / Vox should be between 0.3 and 6.0. However, for high flame luminosity (preferred operation), using the burner of the present invention, lower speeds with a V ng / V 0 x ratio of 1.0 to 1.5 should be used.
Charakteristiky kys1íkovo-palivového plameňa sú ovplyvňované mnohými geometrickými a prúdovými parametrami. Priebehy axiálnej rýchlosti a turbulentného strihového napätia kyslíka a plynného paliva, napríklad zemného plynu, pri plameňovom konci 18 sú znázornené na obr. 4a až 4d. Dve krajné polohy nastavenia saThe oxy-fuel flame characteristics are influenced by many geometric and current parameters. The axial velocity and turbulent shear stresses of oxygen and gaseous fuel, for example natural gas, at flame end 18 are shown in FIG. 4a to 4d. The two extreme positions are set
Vplyvy nastavenia polohy trysky horáka na parametre prúdenia a charakteristiky plameňaEffects of burner nozzle position adjustment on flow parameters and flame characteristics
vzostup uvažujú ako polohy 1 a 13, ktoré sa použili na znázornenie zmien. ako je znázornené v obr. 4b a 4d, rýchlosti na rozhraní a turbulentné strihové napätia sú na maxime. Na druhej strane pri polohe 13 (obr.4a a 4c) sú rýchlosti na rozhraní a turbulentné strihové napätie na minime. Účinky turbulentného strihového napätia pri stene a rozhraní paliva a kyslíka zavádza turbulentná fluktuácia (intenzita turbulencie) do prúdu paliva a kyslíka. Cím je vyššia intenzita turbulencie, tým vyššia by mala byt rýchlosť zmiešavania rozhrania paliva a kyslíka. Táto vyššia rýchlosť zmiešavania paliva a kyslíka urýchľuje proces spaľovania prebiehajúci v predspaľovači 14 a vnútri v peci. Tabuľka 2 znázorňuje vplyv nastavenia polohy 1 a 13 horáka v závislosti na niektorých parametroch prúdu, ktoré následne menia vlastnosti plameňa.they are considered as positions 1 and 13, which were used to show the changes. as shown in FIG. 4b and 4d, interface speeds and turbulent shear voltages are at maximum. On the other hand, at position 13 (Figs. 4a and 4c), interface speeds and turbulent shear stress are at a minimum. The effects of turbulent shear stress at the wall and the fuel-oxygen interface are introduced by turbulent fluctuation (turbulence intensity) into the fuel and oxygen stream. The higher the intensity of turbulence, the higher the rate of mixing of the fuel-oxygen interface should be. This higher rate of mixing of fuel and oxygen accelerates the combustion process taking place in the precombustor 14 and inside the furnace. Table 2 shows the effect of torch positioning 1 and 13 depending on some current parameters that subsequently alter the flame properties.
Najúčinnejšie parametre sú intenzita turbulencie a rýchlosti zmiešavania. Tieto dva parametre hrajú významnú rolu v zmenách plameňa, teploty, dĺžky a svietivosti. Nastavenie nižšej polohy (napríklad 1,2,3) dávajú plameň kratší s vysokou hybnosťou, zatiaľ čo nastavenie vyššej polohy (napríklad 7,8,9) dáva nízku hybnosť a dlhší plameň. Napríklad v čiastočne konverznej peci s kyslíkovo-palivovými i vzduchovo-palivovými horákmi prvé budú pracovať v režime vysokej hybnosti pre dosiahnutie maxima účinku vzduchovo-palivových horákov a s vysokými objemami plynu pre stabilitu a tvar kys1íkovo-palivového plameňa. Avšak v plnej koverznej kys1íko-palivovej peci je nízka hybnosť prednosťou, pretože dáva nižšiu teplotu plameňa a vyššiu svietivosť plameňa.The most effective parameters are the turbulence intensity and the mixing rate. These two parameters play a significant role in changes in flame, temperature, length and luminance. A lower position setting (e.g., 1,2,3) gives a shorter flame with high momentum, while a higher position setting (e.g., 7,8,9) gives a low momentum and a longer flame. For example, in a partial conversion furnace with both oxy-fuel and air-fuel burners, the first will operate in high momentum mode to maximize the effect of the air-fuel burners and with high gas volumes for the stability and shape of the oxy-fuel flame. However, in a full-fledged oxy-fuel furnace, low momentum is preferred because it gives a lower flame temperature and a higher flame luminance.
Výroba horáka sa uskutočňuje tak, aby zostava mala správne tesnenie, je žiadúce pre minimalizáciu vnikania vonkajšieho vzduchu. Pretože súčasti sú vyrobené plynotesné, nemôže okolitý alebo studený vzduch obklopujúci horák vnikať do vnútra pece, takže sa zmenšuje množstvo vonkajšieho tepla, čo môže viesť k úspore paliva. Prídavné tesné spaľovanie zamedzuje vnikanie vzduchu do spaľovacej zostavy horáka minimalizáciou akéhokoľvek vonkajšieho zdroja vnikania do pece a teda obmedzením najväčšieho zdroja dusíka možného pre vyvíjanie NOx.The manufacture of the burner is performed so that the assembly has the correct seal, it is desirable to minimize the ingress of external air. Because the components are made of gas-tight, the ambient or cold air surrounding the burner cannot penetrate into the furnace interior, so that the amount of external heat is reduced, which can lead to fuel savings. The post-tight combustion prevents the ingress of air into the burner combustion assembly by minimizing any external source of ingress into the furnace and thus limiting the largest nitrogen source possible for NOx evolution.
Horák podľa predloženého vynálezu je normálne vystavený vysoko žiarivému prostrediu. ako je sklárska taviaca pec. V takejto peci je predný koniec horáka normálne vystavený teplote asi 1427 °C v plynulej prevádzke. Žiadna obvyklá zliatina nevydrží trvalé túto teplotu bez vonkajšieho alebo vnútorného chladenia. Avšak horák podľa predloženého vynálezu pracuje v dvoch režimoch chladenia počas normálnej prevádzky, prvý režim je nútené konvektívne chladenie palivom a/alebo kyslíkom prúdiacim horákom a druhý je vedením a voľným konvektívnym chladením telesom horáka. Dĺžka aspoň 53,34 cm a približná plocha povrchu 1484 cm2 sú dostatočné pre rozptyl tepla do okolia vedením a voľnou konvekciou.The burner of the present invention is normally exposed to a highly radiant environment. such as a glass melting furnace. In such a furnace, the front end of the burner is normally exposed to a temperature of about 1427 ° C in continuous operation. No conventional alloy can sustain this temperature permanently without external or internal cooling. However, the burner of the present invention operates in two cooling modes during normal operation, the first mode being forced convective cooling by a fuel and / or oxygen flow burner, and the second being conduction and free convective cooling of the burner body. A length of at least 53.34 cm and an approximate surface area of 1484 cm 2 are sufficient to dissipate heat into the environment by conduction and free convection.
Horák podľa predloženého vynálezu bol uspôsobený pre kyslíkovo-olejové spaľovanie a skúšky boli vykonávané vo výrobnom závode na sklenené vlákna- Horák podľa predloženého vynálezu bol zabudovaný do pece normálne vyhrievanej 8 horákmi na kyslík a zemný plyn. Jeden horák na kyslík a zemný plyn bol nahradený horákom podľa vynálezu, ktorý bol prevádzkovaný s palivovým olejom #2 a #6. Množstvo paliva bolo riadené medzi 22,5 l.hod.-1 a 81,0 l.hod-1 (1,0 l.hod-1 zodpovedá tepelnému výkonu asi 9 kW) stredná hodnota spotreby paliva bola asi 54,0 l.hod-1 počas skúšky. Plameň horáka sa ukázal ako veľmi svietivý s dĺžkou od 30,48 cm do 152,4 cm v závislosti na rýchlosti horenia. Teplota okolitých žiaruvzdorných stien pece bola zvýšená asi o 10 °C vplyvom veľmi svietivého kyslíko-olejového plameňa. Teplota predspaľovača bola podobná teplote pece, hoci plameň vnútri predspaľovača bol veľmi intenzívny. Po skúške neboli na horáka zistené žiadne nánosy alebo zmeny farby vplyvom vysokých teplôt alebo procesu spaľovania v sklárskej taviacej peci.The burner of the present invention was adapted for oxy-oil combustion and the tests were performed at a glass fiber manufacturing plant. The burner of the present invention was built into an oven normally heated by 8 oxygen and natural gas burners. One oxygen and natural gas burner was replaced by a burner according to the invention which was operated with fuel oil # 2 and # 6. The amount of fuel was controlled between 22.5 l.hr. -1 and 81.0 l.h -1 (1.0 l.h -1 corresponds to a heat output of about 9 kW) the mean fuel consumption was about 54.0 l.h -1 during the test. The burner flame proved to be very luminous with a length of from 30.48 cm to 152.4 cm depending on the burning rate. The temperature of the surrounding refractory walls of the furnace was increased by about 10 ° C due to a very luminous oxy-oil flame. The temperature of the precombustor was similar to that of the furnace, although the flame inside the precombustor was very intense. After the test, no deposits or discolorations were detected on the burner due to high temperatures or the combustion process in the glass melting furnace.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK618-93A SK61893A3 (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Combustion system for oxygen and fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK618-93A SK61893A3 (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Combustion system for oxygen and fuel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK61893A3 true SK61893A3 (en) | 1995-01-12 |
Family
ID=20433746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK618-93A SK61893A3 (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Combustion system for oxygen and fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK61893A3 (en) |
-
1993
- 1993-06-15 SK SK618-93A patent/SK61893A3/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5199866A (en) | Adjustable momentum self-cooled oxy/fuel burner for heating in high temperature environments | |
| US5346390A (en) | Method and apparatus for oxy-fuel heating with lowered NOx in high temperature corrosive environments | |
| JP4081129B2 (en) | Combustion method including separate injection of fuel and oxidant stream and combustion thereof | |
| EP0844433B1 (en) | Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant stream | |
| US5490775A (en) | Forward injection oxy-fuel burner | |
| US3638932A (en) | Combined burner-lance for fume suppression in molten metals | |
| US5984667A (en) | Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams | |
| CA2029059C (en) | Wide range oxy-fuel burner and furnace operation | |
| EP2017233A2 (en) | Burner and method for combusting fuels | |
| KR20010040674A (en) | Low firing rate oxy-fuel burner | |
| US5180302A (en) | Radiant gas burner and method | |
| EP0614044A2 (en) | Process and device for combustion-enhanced atomization and vaporization of liquid fuels | |
| US4154571A (en) | Premix gas burner assembly | |
| WO2012110434A2 (en) | Burner for uniformly heating a long furnace | |
| SK61893A3 (en) | Combustion system for oxygen and fuel | |
| UA119241C2 (en) | BURNER UNIT AND METHOD OF GASIFICATION OF LIQUID OR LIQUID FUEL | |
| BR112021011579A2 (en) | ASSEMBLY AND METHOD FOR INJECTING A GAS COMBUSTION AGENT | |
| US4116611A (en) | Gaseous and liquid fuel burner | |
| TW202336386A (en) | Fishtail flame burner assembly | |
| SK68093A3 (en) | Method of developing of flame from oxygen and fuel with low contents of no/sub_x/ and device for performing of this method |