UA70600A

UA70600A - Burner unit burner unit

Info

Publication number: UA70600A
Application number: UA20031211663A
Authority: UA
Inventors: Mykhailo Pavlovych Revun Revun; Oleksandr Ivanovych Cheprasov; Kostiantyn Kostiantynovy Onoda
Original assignee: Zaporizhia State Engineering A
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2004-10-15

Abstract

The burner unit has air-conducting housing and central gas pipe with a tip, it forms the chamber for preliminary mixing with inlet air channels and splitter at the outlet. The tip comprises placed in sequence conical part and cylindrical part with perforated partition between those and total through cross-section of the openings of the partition equal to the through cross-section of the central gas pipe. The inlet air channels are provided in the wall of the cylindrical part of the tip behind the perforated partition, in radial arrangement.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до пристроїв для підготовки і спалювання багатокомпонентного газоподібного палива і 2 може бути використаний в чорній і кольоровій металургії, для опалення нагрівальних і термічних печей, а також для установок сушіння і розігріву розливних ковшів і в інших установках по спалюванню палива.The invention relates to devices for the preparation and burning of multicomponent gaseous fuel and 2 can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy, for heating heating and thermal furnaces, as well as for drying and heating installations of pouring ladles and in other installations for burning fuel.

Відомий пальниковий пристрій (Патент України Мо19735. Пальний пристрій/ М.П. Ревун, О.І. Чепрасов, С.В.The famous burner device (Patent of Ukraine Mo19735. Burner device/ M.P. Revun, O.I. Cheprasov, S.V.

Башлій та інш.// Опубл. 25.12.97. - Бюл. Моб), що містить повітрянопідвідний корпус із завихрителями на виході основного повітряного каналу і центральну газову трубу, на вихідному кінці оснащену циліндричним 70 наконечником з співвідношенням їхніх внутрішніх діаметрів 0,3-0,6, що має обтічник із плавним переходом з боку основного повітряного каналу і ділянку раптового розширення з боку газового каналу, при цьому вхідні повітряні канали розташовані в камері попереднього змішування на ділянці раптового розширення, яка має розсікачі.Bashliy et al.// Publ. 25.12.97. - Bull. Mob), containing an air intake housing with swirlers at the outlet of the main air channel and a central gas pipe, equipped with a cylindrical 70 tip at the outlet end with a ratio of their internal diameters of 0.3-0.6, which has a fairing with a smooth transition from the side of the main air channel and an area of sudden expansion from the side of the gas channel, while the inlet air channels are located in the pre-mixing chamber in the area of sudden expansion, which has splitters.

Наявність ділянки раптового розширення передбачає створення зони розрідження і підсмоктування 12 первинного повітря в камеру попереднього змішування за рахунок різкого зменшення кінетичної енергії газового струменя, що може виявитися низькоефективним при малих витратах газу (наприклад, для здійснення низькотемпературної термообробки металу або у певний період сушіння наливної футеровки ковшів) і призведе до зниження стійкості факела при експлуатації пальника на цих режимах.The presence of an area of sudden expansion involves the creation of a rarefaction zone and the suction of primary air 12 into the pre-mixing chamber due to a sharp reduction in the kinetic energy of the gas jet, which may be inefficient at low gas flows (for example, for low-temperature heat treatment of metal or during a certain period of drying of bulk lining of ladles ) and will lead to a decrease in flame stability when operating the burner at these modes.

Найбільш близьким по сукупності ознак до того пальника, що заявляється, є газовий пальник (Авт. св. СРСРThe closest in terms of characteristics to the burner that is claimed is a gas burner (Aust. of the USSR

Мо870856, кл. Е23014/20, 1980), що містить корпус з повітроподачею із завихрителями на виході основного повітряного каналу, центральну газову трубу, оснащену вихідним соплом, внутрішня порожнина якого утворює камеру попереднього змішування, радіальними отворами і поперечною перегородкою з отворами, які розміщені перед останніми за ходою газу, осі яких розташовані в радіальних площинах, що проходять через поздовжню вісь труби; при цьому вона має розсікачі, встановлені у соплі труби, що виготовлене аксіальне, напроти отворів у перегородці, сумарний прохідний перетин яких у 2...10 разів перевищує сумарний прохідний перетин « радіальних отворів, розташованих зі зсувом щодо радіальних площин, проведених через осі отворів перегородки.Mo870856, cl. E23014/20, 1980), containing an air supply housing with swirlers at the outlet of the main air channel, a central gas pipe equipped with an outlet nozzle, the inner cavity of which forms a pre-mixing chamber, radial openings and a transverse partition with openings that are placed in front of the last ones in the course gas, the axes of which are located in radial planes passing through the longitudinal axis of the pipe; at the same time, it has splitters installed in the nozzle of the pipe, which is manufactured axially, opposite the holes in the partition, the total cross-section of which is 2...10 times greater than the total cross-section of the "radial holes located with a shift relative to the radial planes drawn through the axes of the holes partitions

Наявність безлічі дрібних отворів у перфорованій перегородці, розташованій по шляху руху газу на вході в камеру попереднього змішування, при рівних діаметрах газової труби і камери попереднього змішування, о створює додатковий місцевий опір, що обмежує прохідний перетин газовим трактом і призводить до їх «з заростання при використанні штучних і запилених газів, що містять високомолекулярні вуглеводневі сполуки; крім того, не дозволяє досягти необхідних меж регулювання за коефіцієнтом витрати повітря і тепловій ее, потужності, що знижує експлуатаційну надійність і економічність газового пальника. Га»)The presence of many small holes in the perforated partition located along the path of gas movement at the entrance to the premixing chamber, with equal diameters of the gas pipe and the premixing chamber, o creates additional local resistance that limits the passage of the gas path and leads to their "clogging at the use of artificial and dusty gases containing high-molecular hydrocarbon compounds; in addition, it does not allow you to reach the necessary limits of regulation in terms of the coefficient of air flow and thermal energy, power, which reduces the operational reliability and economy of the gas burner. Ha")

В основу винаходу поставлене задача розробити пальниковий пристрій, у якому шляхом зміни конструкції наконечника виключається додатковий опір на шляху руху газу, забезпечується стабільне розрідження в камері - попереднього зміщування в районі повітряних каналів і за рахунок цього розширюється діапазон регулювання, підвищується експлуатаційна надійність і економічність пальника.The basis of the invention is the task of developing a burner device in which, by changing the design of the tip, additional resistance in the path of gas movement is eliminated, stable rarefaction in the chamber is ensured - preliminary displacement in the area of the air channels, and due to this, the range of adjustment is expanded, operational reliability and economy of the burner are increased.

Для вирішення поставленої задачи в пальниковому пристрої, що містить повітрянопідвідний корпус і « центральну газову трубу, оснащену наконечником, що утворює камеру попереднього змішування із вхідними З повітряними каналами і розсікачами на виході, відповідно до винаходу наконечник складається з послідовно с розміщених конічної частини і циліндричної частини як камери попереднього змішування з перфорованою з» перегородкою між ними і сумарним прохідним перетином отворів перегородки, рівним прохідному перетину центральної газової труби, при цьому вхідні повітряні канали розташовані за перфорованою перегородкою радіально в стінці циліндричної частини наконечника. Відношення діаметрів центральної газової труби і циліндричної частини наконечника може складати 0,43...0,62. У наконечнику центральної газової труби перехід і від центральної газової труби до циліндричної частини наконечника з боку основного повітряного каналу може ав! бути виконаний у вигляді плавного конфузорного обтічника, а ділянку газового тракту між центральною газовою трубою і перфорованою перегородкою з боку газового каналу можна виконати у вигляді дифузорного переходу. б Розсікачі можуть бути виконані як чотири центруючи гвинти, розташовані радіально в стінці циліндричної о 20 частини наконечника.To solve the task in the burner device, which contains an air intake housing and a central gas pipe equipped with a tip, which forms a pre-mixing chamber with inlet air channels and splitters at the outlet, according to the invention, the tip consists of a conical part and a cylindrical part placed in sequence as pre-mixing chambers with a perforated partition between them and a total passage cross-section of the partition openings equal to the passage cross-section of the central gas pipe, while the inlet air channels are located behind the perforated partition radially in the wall of the cylindrical part of the tip. The ratio of the diameters of the central gas pipe and the cylindrical part of the tip can be 0.43...0.62. In the tip of the central gas pipe, the transition from the central gas pipe to the cylindrical part of the tip on the side of the main air channel can av! be made in the form of a smooth confusing fairing, and the section of the gas tract between the central gas pipe and the perforated partition on the side of the gas channel can be made in the form of a diffuser transition. b Cutters can be made as four centering screws located radially in the wall of the cylindrical part of the tip.

Наявність наконечника на кінці газової труби із внутрішнім діаметром, що значно перевищує внутрішній с діаметр газової труби, виключає додатковий опір, що виявляє перфорована перегородка на шляху руху газу, оскільки сумарний прохідний перетин отворів перегородки порівнянне з прохідним перетином основного газового каналу. Після виходу безлічі газових струменів з отворів перегородки в районі їхнього розкриття створюється 22 зона стійкого розрідження. Розташування вхідних повітряних каналів на цій ділянці забезпечує підсмоктування в. необхідної кількості повітря для якісного попереднього змішування з паливом. При вимірі кількості подаваємого газу змінюється величина розрідження на ділянці наконечника за перфорованою перегородкою, тим самим автоматично змінюється кількість повітря, що підсмоктується в камеру попереднього змішування. Отже, забезпечується широкий діапазон регулювання за коефіцієнтом витрати повітря і теплової потужності. Наявність 60 плавного обтічника-конфузора з боку основного повітряного каналу забезпечує зменшення опору на перехідній ділянці між газовою трубою і циліндричною ділянкою наконечника, діаметр якого значно перевищує діаметр газової труби. Дифузорний перехід у наконечнику між газовою трубою і циліндричною ділянкою наконечника дозволяє вирівняти поле швидкостей газового струменя перед перфорованою перегородкою і конструктивно забезпечує необхідний сумарний прохідний перетин отворів перфорованої перегородки. бо Центральна газова труба і наконечник, а також конічна і циліндрична частини наконечника стикуються за допомогою нарізного сполучення, що дозволяє при зміні умов спалювання палива з мінімальними витратами змінювати співвідношення геометричних розмірів елементів наконечника і перфорованої перегородки. Крім того, рознімне з'єднання полегшує експлуатацію пальникового пристрою при його профілактичному огляді і ревізії.The presence of a tip at the end of the gas pipe with an internal diameter significantly greater than the internal diameter of the gas pipe eliminates the additional resistance that the perforated partition exhibits in the path of gas movement, since the total cross-section of the openings of the partition is comparable to the cross-section of the main gas channel. After the exit of many gas jets from the openings of the partition in the area of their opening, a 22 zone of stable rarefaction is created. The location of the inlet air ducts in this area provides suction in. the required amount of air for high-quality preliminary mixing with fuel. When measuring the amount of supplied gas, the amount of rarefaction in the area of the tip behind the perforated partition changes, thereby automatically changing the amount of air sucked into the pre-mixing chamber. Therefore, a wide range of adjustment is provided by the coefficient of air flow and thermal power. The presence of a smooth fairing-confusor 60 on the side of the main air channel provides a reduction in resistance in the transition area between the gas pipe and the cylindrical section of the tip, the diameter of which is significantly greater than the diameter of the gas pipe. The diffuser transition in the nozzle between the gas pipe and the cylindrical section of the nozzle allows to level the velocity field of the gas jet in front of the perforated partition and structurally provides the necessary total cross section of the holes of the perforated partition. because the central gas pipe and the tip, as well as the conical and cylindrical parts of the tip are connected with the help of a threaded connection, which allows changing the ratio of the geometric dimensions of the elements of the tip and the perforated partition when the fuel combustion conditions change with minimal costs. In addition, the removable connection facilitates the operation of the burner device during its preventive inspection and revision.

Винахід, що заявляється, пояснюється кресленням, на якому представлений поздовжній розріз пальникового пристрою.The claimed invention is explained by the drawing, which shows a longitudinal section of the burner device.

У повітрянопідвідному корпусі 1, внутрішня порожнина якого утворює основний повітряний канал з розсікачами 2 у вигляді центруючих гвинтів на його виході, розташована центральна газова труба З із внутрішнім діаметром агтр, що має на вихідному кінці наконечник 4, складений з конічної і циліндричної /о частини із внутрішнім діаметром ад,, при цьому відношення а тр/ац-(0,43...0...0,62). Наконечник має конічну ділянку 5 у вигляді плавного конфузора-обтічника з боку основного повітряного каналу і дифузорного переходу з боку газового каналу. Між конічною ділянкою 5 і циліндричною ділянкою наконечника 4 розташована перфорована перегородка 6. Вхідні повітряні канали 7 виконані у формі радіальних отворів у стінці циліндричної частини наконечника 4 й розташовані за перфорованою перегородкою. Розсікачі 2 у вигляді /5 Чентруючих гвинтів установлені на виході камери попереднього змішування, що утворена внутрішньою порожниною циліндричної частини наконечника 4.In the air intake housing 1, the inner cavity of which forms the main air channel with splitters 2 in the form of centering screws at its exit, there is a central gas pipe З with an internal diameter of 1, which has a tip 4 at the outlet end, composed of a conical and a cylindrical part of with an internal diameter of ad, while the ratio a tr/ats-(0.43...0...0.62). The tip has a conical section 5 in the form of a smooth baffle-fairing on the side of the main air channel and a diffuser transition on the side of the gas channel. A perforated partition 6 is located between the conical section 5 and the cylindrical section of the tip 4. The inlet air channels 7 are made in the form of radial holes in the wall of the cylindrical part of the tip 4 and are located behind the perforated partition. Splitters 2 in the form of /5 Centering screws are installed at the exit of the pre-mixing chamber, which is formed by the inner cavity of the cylindrical part of the tip 4.

Пальниковий пристрій працює таким чином.The burner device works as follows.

По центральній газовій трубі З подається газ, по основному повітряному каналу корпусу 1 - повітря. При виході безлічі високошвидкісних газових струменів з отворів перфорованої перегородки в простір змішувача рух відбувається за рахунок сил інерції. Однак, у стінок камери попереднього змішування, де швидкості малі, сили інерції виявляються недостатніми для подолання тиску. У результаті частина потоку розвертається і рухається в напрямку, зворотному основному напрямку плину. Таким чином, потік газу в обмеженому струмені виявляється оточеним тороїдальною циркуляційною зоною, у якій частинки рухаються по замкнутих траєкторіях. На виході з перфорованої перегородки 6 надлишковий тиск, під впливом якого відбувається витікання струменів газу, різко ов падає і переходить у розрідження. Таким чином, в обмеженій внутрішніми стінками циліндричної частини наконечника 4 зоні на підсмоктування повітря витрачається не тільки кінетична енергія газових струменів, але « частково й потенційна енергія тиску. Розташування вхідних повітряних каналів 7 у зоні стійкого розрідження забезпечує підсмоктування необхідної кількості повітря для якісного змішування з паливом. При зміні кількості подаваємого газу змінюється величина розрідження за перфорованою перегородкою, тим самим автоматично о зо Змінюється кількість повітря, подаваного в камеру попереднього змішування циліндричної частини наконечника 4, що значно розширює межі регулювання по тепловій потужності та коефіцієнту витрати повітря і виключає о нестабільну роботу пальникового пристрою в різних теплових режимах. Розсікачі 2, що одночасно центрують (о наконечник, установлені на шляху повітря і газоповітряної суміші, значно поліпшують попереднє сумішоутворення, забезпечуючи турбулізацію потоків. При цьому досягаються оптимальні умови для процесу о з5 бумішоутворення й істотно розширюються межі регулювання, завдяки чому пальник дозволяє реалізувати ча практично будь-який тепловий режим, що збільшує її економічність.Gas is supplied through the central gas pipe Z, and air is supplied through the main air channel of the housing 1. At the exit of many high-speed gas jets from the holes of the perforated partition into the space of the mixer, the movement occurs due to the forces of inertia. However, at the walls of the premixing chamber, where the velocities are low, the inertial forces are insufficient to overcome the pressure. As a result, part of the flow turns around and moves in the opposite direction to the main flow direction. Thus, the gas flow in a confined jet is surrounded by a toroidal circulation zone in which particles move along closed trajectories. At the exit from the perforated partition 6, the excess pressure, under the influence of which gas jets flow out, drops sharply and turns into rarefaction. Thus, in the zone limited by the inner walls of the cylindrical part of the tip 4, not only the kinetic energy of the gas jets, but also the potential pressure energy is spent on air suction. The location of the inlet air channels 7 in the zone of stable rarefaction ensures the suction of the necessary amount of air for high-quality mixing with fuel. When the amount of supplied gas changes, the amount of rarefaction behind the perforated partition changes, thereby automatically changing the amount of air supplied to the pre-mixing chamber of the cylindrical part of the tip 4, which significantly expands the limits of regulation in terms of thermal power and air flow rate and eliminates the unstable operation of the burner device in different thermal regimes. Splitters 2, which simultaneously center (o tip), installed in the path of air and gas-air mixture, significantly improve the preliminary mixture formation, ensuring flow turbulence. At the same time, optimal conditions are achieved for the process o 5 of foam formation and the limits of regulation are significantly expanded, thanks to which the burner allows the implementation of practically any thermal regime that increases its efficiency.

При виборі оптимального співвідношення кількості та діаметрів отворів перфорованої перегородки 6 і діаметра камери попереднього змішування виходили з теоретичних передумов рівняння Бернуллі для створення розрідження при витіканні газового струменя з метою підсмоктування необхідної кількості первинного повітря. «When choosing the optimal ratio of the number and diameters of the holes of the perforated partition 6 and the diameter of the pre-mixing chamber, the theoretical prerequisites of the Bernoulli equation were used to create rarefaction during the outflow of the gas jet in order to suck in the required amount of primary air. "

Дослідженнями встановлено, що стабільна робота пальникового пристрою забезпечується при коефіцієнті з с витрат первинного повітря для попереднього змішування сеперв. - 0,2...0,3. Цей коефіцієнт досягається при ч» співвідношенні діаметрів не більш 0,62. Подальше зближення діаметрів не дозволяє реалізувати інжектуючий " режим витікання і забезпечити наявність розвитої зони розрідження у кореня газових струменів. При співвідношенні діаметрів менш як 0,43 спостерігається значне збільшення гідравлічного опору перфорованої перегородки, що призводить до енергетичних втрат попереднього перемішування або вимагає створення - підвищеного тиску газу і повітря перед пальником. о Розроблений пальниковий пристрій випробувано на камерних печах термічного цеху ВАТ "Електрометалургійний завод "Дніпроспецсталь" ім. Кузьміна А.В.". У діючій конструкції пальника відношення б» внутрішнього діаметра центральної газової труби до внутрішнього діаметра наконечника складає 0,51. Печі о 20 опалюються коксодоменною сумішшю з теплотворною здатністю 6,7МДж/м 3. Максимальні витрати газу на п'ять пальників печі склали 53Ом3У/рік, повітря 1230мЗ/год. Експеримент являє собою 5-кратне повторення східчастої о зміни витрати газу на піч від 530 до 10мЗ/год із кроком 40мУ/год при постійній витраті повітря 80Ом З/год.Studies have established that the stable operation of the burner device is ensured with a coefficient of consumption of primary air for pre-mixing of air. - 0.2...0.3. This coefficient is achieved with a ratio of diameters of no more than 0.62. Further approximation of the diameters does not allow to implement the injecting "flow mode" and to ensure the presence of a developed rarefaction zone at the root of the gas jets. When the ratio of diameters is less than 0.43, there is a significant increase in the hydraulic resistance of the perforated partition, which leads to energy losses of preliminary mixing or requires the creation of - increased pressure gas and air in front of the burner. o The developed burner device was tested on chamber furnaces of the thermal workshop of Dniprospetsstal Electrometallurgical Plant OJSC named after A.V. Kuzmina. In the current design of the burner, the ratio b" of the inner diameter of the central gas pipe to the inner diameter of the tip is 0.51. Furnaces at 20 are heated with a coke oven mixture with a calorific value of 6.7MJ/m 3. The maximum gas consumption per n' number of furnace burners was 53Ω3U/year, air 1230mZ/h. The experiment is a 5-fold repetition of a stepwise change in the gas flow per furnace from 530 to 10mZ/h with a step of 40mU/h at a constant air flow of 80ΩZ/h.

Випробування у реальних умовах зафіксували стабільну роботу пальника при співвідношенні "газ-повітря" 1:80.Tests in real conditions recorded stable operation of the burner at a gas-air ratio of 1:80.

Потім були проведені дослідження стехіометричного спалювання палива в даному пальнику. Межа регулювання з витрати газу при стехіометричному співвідношенні "газ-повітря" складає 1:53, що значно розширює межі в. регулювання теплової потужності пальникового пристрою (3,7...197,3кВт).Then studies of stoichiometric combustion of fuel in this burner were carried out. The gas flow control limit at the stoichiometric "gas-air" ratio is 1:53, which significantly expands the limits of adjustment of the thermal power of the burner device (3.7...197.3 kW).

Висока стійкість горіння пальникового пристрою, що заявляється, і стабільний факел при роботі на будь-яких теплових режимах (від низькотемпературного відпуску до високотемпературного відпалу; від процесу сушіння ковшів до стадії їхнього розігріву) дозволяє працювати без дорогих систем наявності та контролю 60 факела і запальних пристроїв. Крім того, розширені межі регулювання і можливість реалізувати практично будь-який тепловий режим дозволяють ефективно використовувати перспективні розробки засобів автоматизації й впровадження сучасних режимів опалення. б5 з | І ЕВThe high stability of burning of the claimed burner device and a stable torch when working at any thermal conditions (from low-temperature tempering to high-temperature annealing; from the process of drying ladles to the stage of their heating) allows you to work without expensive systems for the presence and control of 60 torches and ignition devices . In addition, the extended limits of regulation and the ability to implement almost any thermal mode allow you to effectively use promising developments of automation tools and the implementation of modern heating modes. b5 with | And EV

З НП БУХ пня ЗУ ке то : ! ! : : Ї йWith NP BUH pnia ZU ke to : ! ! : : Her

І: : ІЙ КІ І ї І М | "І 56 71 2 ду Й сон», лини. р | че пиши. 4 Ї і В : в К-А-- А З ря - і Й ла й се ща Її дина : т и, питнаИ: : ИЙ KI I и I M | "I 56 71 2 du Y son", lines. p | che write. 4 Y and V: in K-A-- A Z rya - and Y la y se shcha Her dyna: t y, drinkable

І-Й и али ня пло вн птн винну пев ннI-Y and aly nya plo vn pn vynnu pev nn

КІ й 4CI and 4

Claims

The formula of the invention

1. A burner device containing an air supply housing and a central gas pipe with a tip that forms a pre-mixing chamber with inlet air channels and a splitter at the outlet, which is characterized by the fact that the tip consists of a conical part and a cylindrical part placed in sequence, like a chamber of pre-mixing, with a perforated partition between them and the total passage cross-section of the partition openings, equal to the passage cross-section of the central gas pipe, while the inlet air channels are located behind the perforated partition radially in the wall of the cylindrical part of the tip.

2. The device according to claim 1, which differs in that the ratio between the diameters of the central gas pipe and the diameter of the cylindrical part of the tip is 0.43...0.62. co

C. The device according to claims 1, 2, which differs in that in the tip of the central gas pipe, the transition from the central gas pipe to the cylindrical part of the tip on the side of the main air channel is made /-С2 z5 In the form of a smooth confusing fairing. chn

4. The device according to claims 1, 2, C, which differs in that in the tip of the central gas pipe, the section of the gas tract between the central gas pipe and the perforated partition on the side of the gas channel is made in the form of a diffuser transition.

5. The device according to claims 1, 2, C, 4, which differs in that the cutter is made in the form of four centering "20 screws located radially in the wall of the cylindrical part of the tip. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated circuits", 2004, M 10, 15.10.2004. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. -i («c) (o) («c) (42) 60 b5