КАМЕРНАЯ РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2002 года по МПК F27B3/06 

Изобретение относится к устройству камерных печей, оборудованных регенераторами, и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технологической сущности и достигаемому результату является устройство камерной печи, описанное в "Способе отопления регенеративных нагревательных колодцев", см. патент 1257110, С 21 D 9/70.

Из описания к патенту следует, что устройство, описанное в известном способе, содержит рабочую камеру, оборудованную газовыми горелками, причем подачу воздуха на горение осуществляют непосредственно в рабочую камеру печи, где газ, истекающий из горелок, смешивают с воздухом, и далее организуют его дальнейшее сжигание.

Подачу воздуха в рабочую камеру печи производят попеременно через левый или правый регенератор, соответственно включая (выключая) газовые горелки.

Недостатками известного технического решения являются:
- некачественное смешение газа и воздуха (обусловленное организацией указанного смешения в рабочей камере печи), что приводит к неравномерному нагреву материала;
- периодическое отключение (включение) газовых горелок, что приводит к нарушению организации сжигания топлива, его недожогу, попаданию несгоревших составляющих топлива в дымоотводящую систему и в атмосферу, а также приводит к неравномерному нагреву материала;
- трудность поддержания требуемого режима нагрева материала (из-за периодического знакопеременного движения воздуха в рабочей камере и периодического отключения газовых горелок).

Задача, на которое направлено изобретение - улучшение качества нагрева материала и организации сжигания топлива.

Указанная техническая задача решается тем, что регенераторы своими горячими сторонами соединены перемычкой, причем указанная перемычка снабжена отводом с воздушным коллектором, на котором выполнены воздуховоды, соединяющие коллектор с газовыми горелками, причем на каждом воздуховоде установлен эжектор высокого давления (с побуждением сжатым воздухом) (Устройство эжектора, см. с. 321,328. Справочник проектировщика, вентиляция и кондиционирование воздуха, под редакцией И.Г. Староверова, Москва, Стройиздат, 1977 г.).

При работе эжектора благодаря потоку рабочего (эжектирующего) воздуха, выходящего с большой скоростью из сопла эжектора, в воздуховодах создается разрежение, за счет чего воздух отсасывается из воздушного коллектора и подается на сжигание газа в горелку.

При указанном выполнении соединений горячих сторон регенераторов, за счет разрежения, создаваемого дымоотводящей системой, воздух, нагретый в одном регенераторе, через перемычку перетекает в другой регенератор (изложенное означает, что в указанную перемычку постоянно поступает нагретый в регенераторе воздух, независимо от положения перекидных клапанов). Из соединительной перемычки нагретый воздух постоянно отсасывается эжекторами, накапливаясь первоначально в воздушном коллекторе, а потом распределяясь по воздуховодам для питания горелок.

Известно, что производительность эжектора по подаваемому воздуху, при неизменных его геометрических размерах, зависит только от давления рабочего газа. Поэтому при раздаче воздуха, в данном случае нагретого в регенераторах, соотношение количеств газа и воздуха будет у всех горелок печи одинаковым, а следовательно, решается задача рациональной организации сжигания топлива.

Следует отметить, что из всех известных устройств только посредством инжекторов высокого давления можно достичь одинаковую раздачу воздуха по горелкам (в том числе нагретого до высокой температуры), не применяя дополнительной подрегулировки расхода воздуха дросселирующими устройствами.

Использование эжекторов высокого давления позволяет практически сохранять температуру воздуха после его нагрева, так как доля рабочего газа (сжатого воздуха) к общему его количеству невелика.

Применение сжатого воздуха для побуждения инжекции объясняется тем, что указанный воздух также используется для сжигания топлива, и замена его другим (балластным газом - азотом, паром) не рациональна.

Таким образом, заявленная регенеративная печь характеризуется рациональной организацией сжигания топлива (так как топливный газ и воздух постоянно подают в горелки в дозированном количестве, горелки работают без периодических отключений топливного газа, и смешение газа и воздуха осуществляют в горелках, а не в рабочей камере печи).

При этом, в заявленной регенеративной печи улучшается качество нагрева материала, так как в камере печи создают требуемый окислительный потенциал атмосферы (изменяя соотношение газа и воздуха), горелки устанавливают относительно материала рациональным образом (независимо от расположения регенераторов), и регулируют параметры факела, используя частичное или полное смешение топливного газа и воздуха в горелках перед зажиганием газа.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с известным техническим решением показывает, что предлагаемое устройство отличается от известного рядом признаков, а именно, что регенераторы своими горячими сторонами соединены перемычкой, указанная перемычка соединена отводом с воздушным коллектором, воздушный коллектор соединен воздуховодами с горелками, причем на каждом воздуховоде установлен эжектор высокого давления (с побуждением сжатым воздухом).

Отсюда следует, что предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнительный анализ предложенного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями показал, что соединение горячих сторон регенераторов перемычкой с отводом и воздушным коллектором позволил посредством эжекторов высокого давления (с побуждением сжатым воздухом) постоянно и дозированно запитывать горелки нагретым воздухом, что, по мнению авторов, обеспечивает достижение технического результата (заключающегося в улучшении качества нагрева материала и организации сжигания топлива) и что обеспечивает соответствие заявленного решения критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение поясняется описанием и чертежом-схемой камерной регенеративной печи.

Камерная регенеративная печь имеет рабочую камеру 1, в которой размещен нагреваемый материал 2. Печь оборудована газовыми горелками 3, регенераторами 4 и 5 для нагрева воздуха (за счет тепла продуктов сгорания) и перекидными клапанами 6 и 7, обеспечивающими попеременное движение воздуха и продуктов сгорания через регенераторы 4 и 5. Регенераторы 4 и 5 своими горячими сторонами 8 и 9 соединены между собой перемычкой 10, а каналами 11, 12 с рабочей камерой 1. Указанная перемычка 10 снабжена отводом 13 и воздушным коллектором 14, на котором выполнены воздушные патрубки 15, соединенные с газовыми горелками 3.

При этом воздушный патрубок 15 снабжен эжектором высокого давления 16, составными частями которого являются сопло 17 и смеситель 18, причем к соплу 17 выполнен подвод 19 сжатого воздуха. К горелке 3 выполнен подвод 20 отопительного газа, внутри горелки 3, в ее смесителе 21, газ и воздух смешивают, и далее указанную смесь поджигают на выходе 22 из горелочного тоннеля 23.

Камерная регенеративная печь работает следующим образом.

В горелки 3 подают через подвод 20 топливный газ, а через воздуховоды 15 нагретый воздух. В смесителе 21 горелок газ и воздух смешивают, а на выходе 22 из горелочного тоннеля 23 указанную смесь поджигают и осуществляют ее полное сжигание, нагревая материал 2. Продукты сжигания топлива перемещаются, нагревая материал 2, к дымоотводящему каналу 12, соединенному через регенератор 5 и перекидной клапан 7 с дымоотводящей системой, находящейся под разрежением. При движении продуктов сгорания через регенератор 5 осуществляется нагрев его насадки.

Воздух для сжигания топлива подают через разогретый (в предыдущем цикле) регенератор 4, который на выходе из горячей стороны 8 регенератора 4 истекает в соединительный канал 10. Под действием разрежения, передающегося от дымоотводящей системы через открытый перекидной клапан 7 и регенератор 5 в соединительный канал 10, нагретый воздух перемещается в направлении горячей стороны 9 регенератора 5, накапливаясь в перемычке 10 и воздушном коллекторе 14, соединенном с перемычкой 10 отводом 13. Из указанного воздушного коллектора 14 нагретый воздух отсасывают и подают в горелки 3 посредством эжекторов высокого давления 16 (с побуждением сжатым воздухом), установленных на воздуховодах, соединяющих воздушный коллектор 14 и горелки 3.

Указанные эжекторы 16, соотнесенные по производительности (размерами сопел 17 и смесителей 18) с горелками 3, практически работают как одно целое с горелками 3, обеспечивая стехиометрическое соотношение газа и нагретого воздуха во всем диапазоне изменения тепловой мощности горелок 3. Указанное свойство эжекторов 16 высокого давления, заключающееся в точном поддержании режима горения, позволяет эффективно нагревать материал 2 при полном сжигании топлива и при отсутствии в отходящих газах продуктов неполного горения. При перекидке клапанов 6 и 7 движение продуктов сгорания и воздуха через регенераторы 4 и 5 меняется по направлению на противоположное, но нагретый воздух, независимо от положения перекидных клапанов 6 и 7, постоянно поступает в воздушный коллектор 14, откуда также постоянно забирается и подается к горелкам 3 посредством эжекторов 16.

Работа камерной регенеративной печи поясняется примером, таблицей.

Анализ показателей примера заявленной работы камерной регенеративной печи показывает, что в ней осуществляется более быстрый и точный по режиму нагрев материала при отсутствии в продуктах сгорания несгоревших составляющих топлива. В соответствии с чертежом видно, что горелки (обеспечивающие, согласно описанию, полное сжигание топлива) установлены с одной стороны камеры, а отсос продуктов сгорания - с другой, причем трасса перемещения продуктов сгорания проецируется на всю площадь, занимаемую материалом. В прототипе указанное осуществить невозможно, продукты сгорания перемещаются от одного канала с регенераторами к другому, горелки периодически включаются и выключаются (что создает условия для неравномерного нагрева материала при плохом качестве сжигания топлива).

Изобретение относится к металлургической и другим отраслям промышленности, в частности камерным печам. Камерная регенеративная печь оборудована газовыми горелками и как минимум двумя регенераторами для нагрева воздуха, горячие стороны которых соединены каналами с камерой печи, а холодные стороны, оборудованные перекидными клапанами и подводами воздуха, соединены с дымоотводящей системой, горячие стороны регенераторов дополнительно соединены перемычкой, указанная перемычка снабжена отводом с воздушным коллектором, на котором выполнены воздуховоды, соединяющие коллектор с газовыми горелками, причем на каждом воздуховоде установлен эжектор высокого давления с побуждением сжатым воздухом. Изобретение позволяет улучшить качество нагрева материала. 1 табл., 1 ил.

Камерная регенеративная печь, оборудованная газовыми горелками и, как минимум, двумя регенераторами для нагрева воздуха, горячие стороны которых соединены каналами с камерой печи, а холодные стороны, оборудованные перекидными клапанами и подводами воздуха, соединены с дымоотводящей системой, отличающаяся тем, что горячие стороны регенераторов дополнительно соединены перемычкой, указанная перемычка снабжена отводом с воздушным коллектором, на котором выполнены воздуховоды, соединяющие коллектор с газовыми горелками, причем на каждом воздуховоде установлен эжектор высокого давления с побуждением сжатым воздухом.