ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1998 года по МПК F23D14/24 

Изобретение относится к газовым горелкам и может быть применено в металлургической и других отраслях промышленности.

Известна газовая горелка, содержащая корпус с соосно установленным патрубком для подачи газа, снабженным с расходящимися по ходу потока насадком, газовыдающими каналами [1].

Недостатками данной конструкции при использовании ее, например, в нагревательном колодце с отоплением одной верхней горелкой являются:
значительная неравномерность температур (до 80 - 100^oC) по длине рабочей камеры;
неуправляемость факела газовой горелки в процессе нагрева слитков, что влечет за собой увеличения продолжительности нагрева слитков одной и той же плавки;
большие энергозатраты;
увеличенный расход огнеупоров, а так же вызывает определенные помехи в работе прокатного цеха, так как садка слитков одной и той же плавки, особенно спецсталей, выдается из нагревательного колодца на прокатный сан в два приема - вначале выдаются дальние от горелки слитки, затем на их место перегружаются ближние от горелки слитки и только после подогрева они выдаются для прокатки;
низкая эксплуатационная стойкость сменного насадка и газового патрубка, обращенных к рабочей камере нагревательного колодца, из-за мощного теплового излучения из рабочей камеры и циклически переменных технологических температур при нагреве слитков, появление термических трещин в этих элементах газовой горелки влечет за собой необходимость преждевременной остановки нагревательного колодца на ремонте с трудоемкой заменой всего газового патрубка, представляющего единую отливку из дорогостоящего никельсодержащего сплава;
недостаточная стабилизация факела, из-за склонности его к отрыву в случае резких изменений расхода газа, например, когда нагревательный колодец поставлен на сушку и разогрев после холодного ремонта.

Известна также газовая горелка типа ГНП, содержащая корпус для передачи воздуха, газовый патрубок со сменным газовым насадком, в котором выполнены газовые каналы или сопла, а по внешней образующей его имеются завихрители воздуха, отлитые заодно с газовым наконечником [2].

Недостатками данной конструкции газовой горелки являются:
неуправляемость длиной факела, особенно при переменных расходах газа;
невозможность использования газовой горелки при высокотемпературном (до 700 - 800^oC) подогреве воздуха;
склонность газовой горелки к проскоку пламени в корпус горелки при минимальных расход газа и повышении давления в рабочей камере более 10 Па;
низкая тепловая мощность и невозможность использования такой газовой горелки для отопления, например, нагревательного колодца с отоплением одной верхней горелкой.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является газовая горелка, содержащая корпус для передачи основного воздуха, газовое сопло со сменным насадком, патрубок по оси газового сопла для подвода компрессорного воздуха, имеющий возможность перемещаться как совместно с газовым соплом и вдоль оси воздушного сопла, так и самостоятельно - вдоль оси газового сопла [3].

Недостатком такой конструкции является наличие механически перемещаемых деталей (сопла и трубки) для управления длиной факела, что в условиях высокотемпературного подогрева основного воздуха и наличия мощного теплового излучения из рабочей камеры неизбежно приводит к термическим деформациям перемещаемых деталей и преждевременному заклиниванию механизмов их перемещения.

Задача, на решение которой направлено изобретение, позволяет иметь равномерность температур в рабочей камере при снижении энергозатрат, огнеупоров и жаростойкого литья в процессе эксплуатации.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагается газовая горелка, содержащая корпус для передачи основного воздуха, газовый патрубок со сменным насадком и трубку для подвода компрессорного воздуха, отличающаяся тем, что в сменном газовом насадке выполнен центральный канал, соединенный с трубкой для подвода компрессорного воздуха, внутри которой размещен завихритель для создания на торцевой, обращенной к рабочей камере поверхности сменного газового насадка, разомкнутого (дискообразного) растекания компрессорного воздуха.

Дискообразное течение предварительно закрученного компрессорного воздуха обладает определенной динамикой, которая, воздействуя на газовые струи из газовых каналов и основной воздух, интенсифицирует их перемешивание тем самым аэродинамически изменяя длину факела. Кроме того, дискообразное течение компрессорного воздуха выполняет и другие косвенные функции: в качестве турбулизатора - исключает отрыв факела, а в качестве охладителя - уменьшает перегрев сменных газовых насадка и наконечника, повышая срок их эксплуатационной стойкости.

Изучение информационных и патентных источников показало, что признаков, порочащих новизну предлагаемого технического решения не выявлено.

На фиг. 1 показана конструкция газовой горелки, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид спереди.

Газовая горелка состоит из корпуса 1 для передачи основного воздуха, газового патрубка 2, газового сменного наконечника 3 с завихрителями основного воздуха 4, газового сменного насадка 5, в котором выполнены газовые каналы 6 и центральный канал 7, соединенный с трубкой 8 для подачи предварительно закрученного потока компрессорного воздуха в завихрителе 9, размещенном в трубке 8.

Газовая горелка работает следующим образом.

Основной воздух подается через кольцевое сечение между корпусом 1 и газовым сменным наконечником 3, соединенным с газовым патрубком 2, и закручивается в завихрителе 4, размещенном по внешней образующей сменного наконечника. Газ поступает из газового сменного наконечника 3 в газовый сменный насадок 5 и далее - через газовые каналы 6 в сменном насадке 5. Компрессорный воздух, предварительно закрученный, подается по трубке 8, в которой размещен завихритель 9, в центральный канал 7 сменного насадка 5. Компрессорный воздух, плавно и безотрывно закрученный в трубке 8 завихрителем 9, на выходе из центрального канала создает разомкнутое (дискообразное) течение компрессорного воздуха по торцевой части сменного насадка 5, аэродинамически воздействуя на газовые струи из газовых каналов 6 и основной воздух в корпусе 1, интенсифицируя тем самым скорость перемещения газа с основным воздухом и изменяя в нужных пределах длину факела.

Кроме того, разомкнутое (дискообразное) течение по торцевой части сменного насадка 5 относительно холодного компрессорного воздуха выполняет еще и косвенную роль защиты сменного насадка 5 и сменного наконечника 3 от перегрева при воздействии на него мощного теплового излучения из рабочей камеры.

Пример. В газовой горелке для отопления нагревательного колодца с одной верхней горелкой смонтировали газовый съемный наконечник с завихрителями основного воздуха, газовый сменный насадок с шестью газовыми каналами и центральный канал диаметром 60 мм. Центральный канал соединили с трубкой диаметром 2 мм на керамическом уплотнении, в трубке для закрутки компрессорного воздуха разместили завихритель - спираль из тонколистового металла толщиной 1,5 мм. На входе в газовый патрубок этот завихритель закрепили точечной сваркой. Топливом является смесь коксового и доменного газов давлением 4 - 5 кПа и теплотой сгорания 8 - 10 мДж/м³, температура подогрева основного воздуха изменяется в пределах 600 - 800^oC, температура подогрева компрессорного воздуха давлением 0,1 МПа достигает 200 - 300^oC. Длина рабочей камеры колодца составляет 10 м, где размещается 12 - 18 слитков массой 12 - 62 т. Нагрев производится до температур 1200 - 1300^oC по термопарам, одна из которых размещена на противоположной от горелки торцевой стенке рабочей камеры, другая - на торцевой стенке, где смонтированы горелка.

Управление длиной факела осуществляется следующим образом. В начальный период нагрева слитков в зависимости от их начальной температуры максимальный расход газа составляет 3500 - 4200 м³/ч, компрессорного воздуха на управление длиной факела - не более 100 м³/ч. После того, как по дальней от горелки термопаре температура достигает технологически заданной для разных марок сталей в пределах 1200 - 1300^oC, происходит автоматическое увеличение расхода компрессорного воздуха до 600 - 800 м³/ч на аэродинамическое управление длиной факела с таким расчетом, чтобы температура по термопаре, установленной в ближней к горелке части рабочей камеры достигла 1200 - 1300^oC. Затем цикл управления длиной факела по дальней и ближней от горелки термопарам многократно повторяется при постоянно и автоматически сокращающимися расходами газа, основного и компрессорного воздуха, до момента готовности всех слитков одной и той же садки к выдаче на прокатный стан.

Опытными испытаниями, усредненные результаты которых приведены в таблице, показано, что обычная для нагревательных колодцев с отоплением одной верхней горелкой неравномерность температур по длине рабочей камеры в пределах 80 - 100^oC, практически полностью устраняется в случае использования предложенной газовой горелки.

На 15 - 18% повышается производительность нагревательного колодца и на 10 - 12% сокращается расход топлива, расход дорогостоящего жаропрочного литья на горелку уменьшается в 2 - 2,5 раза за счет повышения ремонтопригодности газового патрубка и его эксплуатационной стойкости. В ходе опытных испытаний получены также качественные доказательства в улучшении стабилизации факела против его отрыва на любых расходах после холодного ремонта нагревательного колодца перед постановкой колодца на сушку и разогрев.

Использование: изобретение относится к газовым горелкам и может быть применено в металлургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: газовая горелка содержит корпус для передачи основного воздуха, газовый патрубок со сменным насадком, в котором выполнен центральный канал, соединяющий с патрубком для подвода компрессорного воздуха, внутри которого размещен завихритель. 2 ил.

Газовая горелка, содержащая корпус для передачи основного воздуха, газовый патрубок со сменным насадком и трубу для подвода компрессорного воздуха, отличающаяся тем, что в сменном газовом насадке выполнен центральный канал, соединенный с трубкой для подвода компрессорного воздуха, внутри которой размещен завихритель.