УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ГОРНОВ АГЛОМЕРАЦИОННЫХ И ОБЖИГОВЫХ МАШИН Российский патент 1998 года по МПК F27B21/08 F23D14/04 

Изобретение относится к металлургическому производству, а точнее к устройствам для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин при производстве окускованного сырья, в которых в качестве топлива используются запыленные газы с низкой теплотой сгорания и низким давлением.

Известно устройство для сжигания газообразного топлива в горнах агломерационных машин, содержащее воздухоподводящий корпус с завихрителем, центральную воздушную трубу и расположенный между ними канал для подачи газа с тангенциальным входным патрубком, причем центральная труба выполнена площадью, равной 0,2-0,3 площади топливной трубы, и заглублена в нее на 0,06-0,1 ее диаметра [1].

Известное устройство имеет следующие показатели: оно работает не эффективно при использовании низкокалорийного топлива низкого давления, так как не представляется возможным осуществить интенсивную крутку топлива, а создаваемая крутка успевает выродиться в длинном кольцевом канале. Величина заглубления центральной воздушной трубы в топливный канал для промышленных устройств находится в пределах 10-18 мм. Такая точность в соотношении выходных размеров трудно обеспечивается в условиях эксплуатации, когда возможно обгорание торцов труб, их взаимное удлинение при нагреве или деформации. Недостатком устройства является наличие двух каналов для подвода воздуха, так как это усложняет систему трубопроводов агрегата, увеличивает в два раза количество запорной и регулирующей арматуры.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному результату является устройство отопления горнов агломерационных и обжиговых машин, содержащее горелочную амбразуру, воздухоподводящий корпус с лопаточным завихрителем и кольцевой воздушный канал между завихрителем и газовой трубой [2].

На выходном торце газовой трубы имеется полость с отверстиями на наружной стенке, при этом газовая труба выполнена с отверстиями, соединяющими внутреннюю ее поверхность с воздухоподводящим корпусом.

Устройство обеспечивает подачу воздуха от одного входного патрубка в зону горения через завихритель через кольцевой канал и во внутреннюю полость газовой трубы. Однако оно не позволяет использовать в качестве топлива газ с низкой теплотой сгорания и низкого давления, например запыленный генераторный газ или сбросной газ фосфорных печей, при практическом равенстве объемов газа и воздуха, подаваемых в устройство, не обеспечивая требуемую полноту сгорания этого газа. Кроме того, устройство имеет довольно сложную конструкцию.

Целью изобретения является повышение полноты сгорания газообразного топлива и упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин, включающем горелочную амбразуру, воздухоподводящий корпус с лопаточным завихрителем, центральную газовую трубу и кольцевой воздушный канал между завихрителем и газовой трубой, выходные отверстия кольцевого канала выполнены сходящимися таким образом, что ось каждого из них расположена под углом ϕ₁ = 30-60^o к плоскости F, проходящей через центр выходного сечения этого отверстия и ось устройства, и под углом ϕ₂ = 30-60^o к плоскости S, перпендикулярной оси устройства, причем направление поворота осей отверстий относительно оси устройства совпадает с направлением поворота лопаток завихрителя.

Повышение полноты сгорания достигается за счет улучшения качества смешивания топлива с воздушными струями, вытекающими из отверстий кольцевого канала. Оси отверстий являются скрещивающимися прямыми, сходящимися в горелочной амбразуре. Они являются образующими поверхности, представляющей собой однополостной гиперболоид. Улучшение качества перемешивания обеспечивается за счет выполнения отверстий в кольцевом канале под определенными углами наклона. Указанное соотношение углов обеспечивает проникновение струй воздуха в центральный газовый поток при минимальном взаимодействии струй друг с другом. Каждая воздушная струя, проходя через газовый поток, подсасывает в себя часть газа и затем выходит за пределы топливной струи уже в виде газовой смеси. Затем эта предварительно подготовленная смесь внедряется в вихревой воздушный поток периферийного воздуха, проходящего через завихритель. За счет уменьшения степени контакта воздушных струй друг с другом увеличивается время контакта их с газовым потоком, что улучшает перемешивание в центральной части горелочного туннеля. Вследствие наклона отверстий под углом ϕ₁, как и лопаток завихрителя воздуха, выходящие струи создают вихревое движение в самом газовом потоке, а затем на выходе из него эти струи усиливают крутку периферийного потока воздуха.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - схема движения воздушных струй, вытекающих из отверстий кольцевого канала; на фиг. 3 - ориентация отверстий для выхода воздуха относительно оси горелки.

Устройство для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин включает горелочную амбразуру 1, воздухоподводящий корпус 2 с лопаточным завихрителем 3, центральную газовую трубу 4 и кольцевой воздушный канал 5 между завихрителем 3 и центральной газовой трубой 4, соединенный отверстиями 6 с полостью корпуса 2. На торцевой стенке 7 канала 5 имеются сходящиеся отверстия 8, выполненные под углом ϕ₁ = 30-60^o к плоскости F, проходящей через ось О₁О₂ устройства и центр отверстия 8, и под углом ϕ₂ = 30-60^o к вертикальной плоскости проведенной через центры отверстий 8 (плоскости, перпендикулярной оси горелки) (фиг. 3). На фиг. 1 штриховыми линиями показаны струи 9, выходящие из отверстий кольцевого канала, на фиг. 2 эти струи обозначены осями 10. На фиг. 3 одна ось отверстий 8 обозначена линией АВ, отрезками АД и АС обозначены ее проекции на плоскости F и S. Стрелкой W₁ обозначено направление истечения газа из канала 4, а стрелка W₂ показывает направление крутки периферийного потока воздуха, создаваемой завихрителем 3 (направление поворота лопаток завихрителя). Направление поворота осей АВ отверстий 8 относительно оси О₁О₂ устройства совпадает с направлением поворота лопаток завихрителя W₂.

Устройство работает следующим образом. Газообразное запыленное низкокалорийное топливо по трубе 4 подается в зону горения в виде аксиальной струи. Воздух подводится в устройство в корпус 2 и разделяется в нем на два потока. Один поток проходит через завихритель и приобретает вихревое движение в горелочной амбразуре 1. Другой поток входит через отверстия 6 в кольцевой канал 5 и вытекает из него через отверстия 8, выполненные в торцевой стенке 7, в виде системы струй 10. Эти струи пронизывают газовый аксиальный поток при минимальном взаимодействии друг с другом, подсасывают в себя часть газа и выходят за пределы центральной зоны уже в виде струи газововоздушной смеси. Эти струи внедряются в вихревой воздушный поток, вытекающий из завихрителя 3, поддерживая его крутку. Тем самым топливная струя как бы разрывается воздушными струями и распределяется по всему объему амбразуры 1.

При такой организации подачи потоков энергоносителей в горелочной амбразуре 1 на начальном участке происходит интенсивное перемешивание газа с внедряемыми в него струями воздуха. Затем предварительно подготовленная смесь воспламеняется при встрече с циркулирующими в амбразуре продуктами сгорания и полное перемешивание происходит при дальнейшем взаимодействии с вихревым потоком воздуха у стенок амбразуры, при этом обеспечивается полное сжигание и утилизация тепла низкокалорийного топлива.

Эффективная работа предлагаемого устройства обеспечивается лишь при выполнении отверстий 6 с углами наклона ϕ₁ и ϕ₂ в пределах 30-60^o, обеспечивается высокое качество смешения. При выполнении отверстий с углами наклона 30^o струи воздуха, внедренные в газовый поток, не создают в нем вихревое движение и не выходят за его пределы. Кроме того, возможно слияние всех воздушных струй в один поток, что ухудшает перемешивание и чрезмерно загромождает выходное сечение топливного сопла, что увеличивает его сопротивление. При выполнении отверстий с углами наклона более 60^o уменьшается время пребывания струи воздуха в потоке газа и часть газа проходит аксиально в пространстве горения в неперемешанном виде, что увеличивает недожог. Кроме того, воздушные струи могут истекать параллельно оси газового потока не покидая его.

Предлагаемая конструкция устройства для отопления горнов отличается от известных простотой конструкции изготовления и обслуживания устройства и обеспечивает высокую эффективность сжигания низкокалорийного топлива низкого давления.

Сущность изобретения: устройство для отопления горнов конвейерных машин включает горелочную амбразуру, воздухоподводящий корпус с лопаточным завихрителем, центральную газовую трубу и кольцевой воздушный канал между завихрителем и газовой трубой. Выходные отверстия кольцевого канала расположены в торцевой стенке, выходящей в сторону горелочной амбразуры, выполнены сходящимися таким образом, что ось каждого из них расположена под углом 30-60^o к плоскости, проходящей через центр выходного сечения этого отверстия и ось устройства, и под углом 30-60^o к плоскости, перпендикулярной оси устройства, причем направление поворота лопаток завихрителя относительно оси устройства совпадает с направлением поворота лопаток завихрителя. 3 ил.

Устройство для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин, включающее горелочную амбразуру, воздухопроводящий корпус с лопаточным завихрителем, газовую трубу и кольцевой воздушный канал между завихрителем и газовой трубой, отличающееся тем, что выходные отверстия кольцевого канала расположены в его торцевой стенке, выходящей в сторону горелочной амбразуры, и выполнены сходящимися так, что ось каждого из них расположена под углом 30
60^o к плоскости, проходящей через центр выходного сечения этого отверстия и ось устройства, и к плоскости, перпендикулярной к оси устройства, причем направление поворота осей отверстий относительно оси устройства совпадает с направлением поворота лопаток завихрителя.