U-ОБРАЗНЫЙ ГАЗОВЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 2002 года по МПК F23D14/12 F27B5/14 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройствам для термической обработки стали (термические печи с радиационными трубами, печи-ванны с погружными нагревателями), и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах.

Известна U-образная радиационная труба для термических печей, содержащая U-образный корпус с установленными внутри рекуператором и газогорелочным устройством. Рекуператор трубы содержит перпендикулярно к нему установленный дымовой патрубок. Радиационная труба закрепляется на корпусе печи специальной плитой. Ветви U-образной трубы соединены между собой двойником, выполненным из чугуна (SU 687316, МПК С 21 D 9/00, 1979).

Указанный нагреватель имеет существенные недостатки. Во-первых, он не содержит компенсирующего устройства, необходимость которого обусловлена следующими обстоятельствами. Корпуса прямых пролетных и тупиковых радиационных труб при нагреве свободно удлиняются. Корпуса U-образных и других конструкций нагревателей из-за сложности формы не имеют возможности свободного удлинения, а неравномерность нагрева их излучающих поверхностей вызывает существенные термомеханические деформации, которые, в частности, в U-образных нагревателях приводят к разрыву ветвей трубы в месте их сварки с поворотным коленом. Именно поэтому необходимым элементом конструкции корпусов многоветвевых радиационных труб является компенсатор.

Второй недостаток этой радиационной трубы заключается в том, что одна и та же конструкция нагревателя имеет различные модификации, связанные только с одной причиной: необходимостью соосно ориентировать дымовые патрубки к вытяжным отверстиям дымопроводов печей. Так, в роликовых печах с радиационными трубами последние имеют, как правило, двухрядное горизонтальное расположение. Верхний не экранируемый рольгангом ряд радиационных труб содержит дымовые патрубки, установленные строго перпендикулярно корпусам. Для нижнего ряда радиационных труб такое выполнение невозможно из-за необходимости обвода роликов, поэтому здесь, как правило, применяют две модификации нагревателей (правое и левое исполнение) с наклонным по отношению к корпусам расположением дымовых патрубков. Такое положение вызывает сложности в комплектовании печи нагревателями различной модификации, а также затрудняет вторичное использование после реставрации, так как при ремонтах требуются трубы разных модификаций. Таким образом, требуется решение по унификации нагревателей принципиально одинаковой конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому нагревателю является газовый нагреватель, содержащий U-образный корпус с горелочной и рекуперативной ветвями и соединенный с двойником, газогорелочное устройство, рекуператор с перпендикулярным дымовым патрубком, плиту крепления (SU 829695, МПК С 21 D 9/00, 1981).

Недостатками указанного нагревателя являются низкая эксплуатационная надежность и большой расход природного газа.

Наиболее близким к заявленному способу сборки газового нагревателя является способ сборки U-образного газового нагревателя, включающий установку газогорелочного устройства, рекуператора в корпус нагревателя и их соединение с двойником (SU 829695, МПК С 21 D 9/00, 1981).

Недостатками указанного способа являются низкая эксплуатационная надежность и большой расход природного газа.

Технической результат данного изобретения - повышение долговечности U-образного газового нагревателя, его унификация и снижение расхода природного газа.

Технический результат в части нагревателя достигается тем, что U-образный газовый нагреватель содержит U-образный корпус с горелочной и рекуперативной ветвями, соединенный с двойником, снабженный газогорелочным устройством, рекуператором с перпендикулярным дымовым патрубком, плитой крепления и линзовым компенсатором, горелочная ветвь корпуса нагревателя установлена в плите крепления с зазором и соединена по всему сечению с одной стороной компенсатора, который другой своей стороной соединен по всему сечению с корпусом газогорелочного устройства и закрыт герметичным коробом, жестко соединенным с корпусом газогорелочного устройства и плитой крепления.

Кроме того, рекуператор снабжен съемным узлом с фланцами на концах, установленным между плитой крепления и двойником и имеющим дымовой патрубок, ось которого перпендикулярна оси съемного узла.

Предложенная установка линзового компенсатора является наиболее оптимальной, так как исключает его непосредственное соединение с жесткой плитой крепления нагревателя к печи. Линзовый компенсатор не нуждается в дополнительном обслуживании, обеспечивая большую эффективность использования топлива.

Наличие съемного узла позволяет унифицировать нагреватели, повысить их долговечность и тем самым обеспечить более рациональное использование природного газа.

Технический результат в части способа достигается тем, что способ сборки U-образного газового нагревателя включает установку газогорелочного устройства, рекуператора в корпус нагревателя и их соединение с двойником, съемный узел за счет фланцевых соединений устанавливают строго соосно вытяжным отверстиям дымопроводов печей.

Способ позволяет унифицировать нагреватели, повысить их долговечность и тем самым обеспечить более рациональное использование природного газа.

На фиг.1 изображен U-образный газовый нагреватель;
на фиг.2 - разрез А-А съемного узла U-образного газового нагревателя по оси дымового патрубка.

Газовый нагреватель содержит корпус 1 U-образной формы. Газогорелочное устройство содержит корпус 2, в котором установлены газовое сопло 3, смесительные отверстия 4 для первичного воздуха, запальную трубку 5 и стабилизатор 6 горения. Рекуператор 7 U-образного газового нагревателя выполнен по типу "труба в трубе" и является двухходовым по воздуху и одноходовым по продуктам сгорания. Рекуператор 7 установлен в рекуперативной ветви нагревателя, газогорелочное устройство - в горелочной. Со стороны печи ветви соединены U-образным поворотным коленом 8, а с внепечной - двойником 9. На внепечной стороне нагревателя также установлена плита 10 для его крепления к корпусу печи. К ней приварен футерованный изоляцией короб 11, который устанавливают непосредственно в кладку печи (на чертежах футеровка не показана). Плита 10 крепления жестко соединена только с рекуперативной ветвью. С горелочной же ветвью она соединена через дополнительный короб 12, внутри которого установлен линзовый компенсатор 13, который одной своей стороной соединен с горелочной ветвью корпуса 1 U-образного газового нагревателя по всему ее сечению, а с другой - с корпусом 2 газогорелочного устройства. Таким образом, в месте прохода горелочной ветви через жесткую плиту 10 крепления непосредственного крепления нет, а имеется по всему сечению зазор, позволяющий эффективно работать линзовому компенсатору 13. В рекуперативной ветви между плитой 10 крепления и двойником 9 установлен дополнительный съемный узел 14 с фланцами на концах, соединяющими двойник 9 и плиту 10 крепления. Съемный узел 14 содержит дымовой патрубок 15, ось которого перпендикулярна оси съемного узла 14. Таким образом, съемный узел 14 является хвостовой поверхностью рекуператора 7. На фиг.2 показано, что за счет фланцевых соединений съемный узел 14 можно устанавливать строго соосно вытяжным отверстиям дымопроводов печей (на фиг.2 не показаны). Так, при наличии во фланцах восьми равномерно расположенных отверстий его можно поворачивать вокруг оси через каждые 45^o.

U-образный газовый нагреватель работает следующим образом. Через газовое сопло 3 в газогорелочное устройство подают природный газ. Воздух в газогорелочное устройство поступает через двухходовой рекуператор 7 и двойник 9. За соплом 3 через смесительные отверстия 4 часть воздуха поступает в центральную часть газогорелочного устройства. Здесь образуется гомогенная смесь газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха α=0,40. Такое предварительное смешение обеспечивает исключение образования сажистого углерода в процессе горения. Остальной воздух поступает по периферии между стенкой корпуса 2 газогорелочного устройства и внутренними трубками, поддерживая общее соотношение расходов газа и воздуха близким к стехиометрическим значениям - α= 1,05-1,20. При таких соотношениях достигается полнота сгорания природного газа. Розжиг нагревателя производят через запальную трубку 5. Горение начинается за стабилизатором 6 горелочного устройства. Выгорает газовоздушная смесь по всей длине U-образного нагревателя до рекуператора 7. Максимальные температуры поверхность нагревателя имеет в поворотном колене 8, так как из-за изменения направления потока возникает его дополнительная турбулизация и сгорание существенной части газовоздушной смеси. В рекуперативной ветви происходит ее догорание, поэтому здесь горение менее интенсивно, чем в горелочной ветви и поворотном колене 8. В результате на излучающей поверхности нагревателя по его длине имеет место определенная неравномерность нагрева. При температурах в печах 750^o-800^oС она достигает 50^o-60^oС. При отсутствии компенсации термической деформации она вызывает разрывы нагревателя в поворотном колене 8. Предлагаемое устройство линзового компенсатора 13 позволяет решить эту проблему, так как горелочная ветвь нагревателя свободно перемещается в плите 10 крепления, и компенсатор 13 выполняет свои функции. Из рекуперативной ветви продукты полного сгорания поступают в одноходовой по продуктам сгорания рекуператор 7, где нагревают воздух, необходимый для горения, до 250^o-400^oС и удаляются через дымовой патрубок 15 в вытяжные отверстия дымопроводов печей (на чертежах не показаны). До применения предлагаемого съемного узла 14 применяли несколько модификаций нагревателей. Именно такое решение позволило установить съемный узел 14 соосно дымовым отверстиям.

Изобретение позволяет унифицировать U-образные газовые нагреватели, увеличить долговечность их использования и снизить расход топлива.

Изобретение относится к устройствам для термической обработки стали и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах. U-образный газовый нагреватель содержит U-образный корпус с горелочной и рекуперативной ветвями, соединенный с двойником, снабженный газогорелочным устройством, рекуператором с перпендикулярным дымовым патрубком, плитой крепления и компенсатором, горелочная ветвь корпуса нагревателя установлена в плите крепления с зазором и соединена по всему сечению с одной стороной компенсатора, который другой своей стороной соединен по всему сечению с корпусом газогорелочного устройства и закрыт герметичным коробом, жестко соединенным с корпусом газогорелочного устройства и плитой крепления. Рекуператор снабжен съемным узлом с фланцами на концах, установленным между плитой крепления и двойником и имеющим дымовой патрубок, ось которого перпендикулярна оси съемного узла. Изобретение позволяет повысить долговечность U-образных газовых нагревателей, их унифицировать и снизить расход природного газа. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. U-образный газовый нагреватель, содержащий U-образный корпус с горелочной и рекуперативной ветвями, соединенный с двойником, снабженный газогорелочным устройством, рекуператором с перпендикулярным дымовым патрубком, плитой крепления и компенсатором, отличающийся тем, что горелочная ветвь корпуса нагревателя установлена в плите крепления с зазором и соединена по всему сечению с одной стороной компенсатора, который другой своей стороной соединен по всему сечению с корпусом газогорелочного устройства и закрыт герметичным коробом, жестко соединенным с корпусом газогорелочного устройства и плитой крепления. 2. U-образный газовый нагреватель по п.1, отличающийся тем, что рекуператор снабжен съемным узлом с фланцами на концах, установленным между плитой крепления и двойником и имеющим дымовой патрубок, ось которого перпендикулярна оси съемного узла. 3. Способ сборки U-образного газового нагревателя, включающий установку газогорелочного устройства, рекуператора в корпус нагревателя и их соединение с двойником, отличающийся тем, что съемный узел за счет фланцевых соединений устанавливают строго соосно с вытяжными отверстиями дымопроводов печей.