U-ОБРАЗНАЯ РАДИАЦИОННАЯ ТРУБА Российский патент 2003 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к устройствам косвенного нагрева металла в печах термической его обработки, осуществляемой, как правило, в специальных контролируемых атмосферах.

Известна радиационная труба, содержащая излучающий корпус U-образной формы, рекуператор в одной ветви и горелку в другой ветви, образованные системой коаксиальных труб, а сжигание газа в горелке обеспечивается двухстадийным подводом воздуха (см. а. с. СССР 862655, МПК F 23 D 14/12, 1991).

Недостатками этой трубы являются:
- невозможность замены металлического корпуса керамическим из-за отсутствия решений по сочленению керамических и металлических элементов и компенсации неизбежных температурных удлинений;
- сложность конструктивного решения горелочного устройства;
- выпадение сажи на выходных соплах газового коллектора на минимальных режимах;
- отсутствие отработанных рекомендаций по количественному разделению воздуха на первичный и вторичный.

Задача изобретения заключается в применении керамического U-образного излучающего корпуса, повышающего жаростойкость, в упрощении конструкции и минимизации эмиссии вредных компонентов продуктов горения.

Поставленная задача решается тем, что U-образная радиационная труба содержит излучающий корпус U-образной формы, рекуператор в одной ветви и горелку в другой ветви, образованные системой коаксиальных труб, а сжигание газа в горелке обеспечивается двухстадийным подводом воздуха, излучающий корпус U-образной формы изготовлен из огнестойкой керамики, а сочленение керамического корпуса с металлическими элементами выполнено бесконтактно, т.е. рекуперативная ветвь выполнена неподвижной и герметизируется набивным сальником, а горелочная ветвь - подвижной и герметизируется сильфоном и набивным сальником, при этом переток нагретого воздуха из рекуперативной ветви в горелочную снабжен сильфоном.

Кроме того, для повышения равномерности нагрева горелочной ветви и снижения выбросов экологических загрязнителей соотношение площадей сечений отверстий и сечения кольцевого выходного канала выполнено равным 0,6-1,0.

На фиг.1 представлена принципиальная схема U-образной радиационной трубы с керамическим излучающим корпусом;
на фиг.2 - вид А фиг.1;
на фиг.3 - схема горелки.

U-образная радиационная труба содержит керамический излучающий корпус 1 с рекуперативной и горелочной ветвями 2 и 3 соответственно. На горелочной ветви 3 установлен сильфон 4, а переток воздуха из рекуперативной ветви 2 в горелочную ветвь 3 также снабжен подвижным сильфоном 5. Оборудование U-образной радиационной трубы подвижными сильфонами 4 и 5 позволяет осуществить бесконтактное сочленение керамического излучающего корпуса 1 с металлическими деталями радиационной трубы, а следовательно, надежную компенсацию температурных удлинений и необходимую герметизацию внутреннего объема радиационной трубы и печного пространства. Позицией 6 обозначены входные отверстия для вторичного воздуха, 7 - кольцевой выходной канал для вторичного воздуха, 8 - периферийный кольцевой канал, 9 - горелка.

U-образная радиационная труба работает следующим образом.

Подаваемый в радиационную трубу газ поступает в периферийный кольцевой канал 8 между излучающим корпусом 1 и стенкой горелки 9. Воздух, нагретый в рекуператоре до 400-600^oС, через переток попадает в горелочную ветвь 3, где распределяется на первичный и вторичный. Первичный воздух попадает в периферийный кольцевой канал 8, а вторичный воздух через входные отверстия 6 и кольцевой выходной канал 7 поступает в центральную трубу горелки 9.

Первичная газовоздушная смесь на срезе горелки образует настильный факел на внутренней поверхности горелочной ветви 3 излучающего корпуса 1 благодаря диффузии вторичного воздуха из струи, истекающей из центральной трубы горелки 9.

Излучающий корпус 1 изготовлен из карбида кремния (SiC), характеризующегося высокой рабочей температурой (до 1400-1500^oC) и невысокой механической прочностью (хрупкость).

Для того чтобы использовать высокие жаростойкие свойства излучающего корпуса 1 из карбида кремния и при этом по возможности нейтрализовать низкие механические характеристики, сочленение керамики с металлом выполнено без непосредственного контакта между ними. Применены для этого сильфоны 4, 5 и набивные сальники 10, 11.

Сильфон 5 компенсирует различие в температурах излучающей поверхности горелочной и рекуперативной ветвей 3 и 2, а также возможную разницу в межосевом расстоянии между обеими ветвями излучающего корпуса 1. Сильфон 4 на горелочной ветви 3 обеспечивает свободное ее перемещение на длине сильфона 4, чего достаточно для компенсации температурных удлинений.

Задача максимально равномерного нагрева горелочной ветви 3, что крайне желательно для керамического излучающего корпуса 1, решена с помощью оптимизации соотношения между первичным и вторичным воздухом на горение. Был проведен специальный эксперимент, в котором изменялись площади проходных сечений входных отверстий 6 вторичного воздуха и площадь проходного сечения кольцевого выходного канала 7 для вторичного воздуха. При этом фиксировались температуры нагрева излучающей поверхности, составы первичной газовоздушной смеси и уходящих продуктов сгорания (см. таблицу).

Исходя из проведенного эксперимента, оптимальным соотношением площадей проходных сечений входных отверстий 6 вторичного воздуха (F₁) и площади проходного сечения кольцевого выходного канала 7 для вторичного воздуха (F₂) принято F₁/F₂=0,6...1,0. В этом диапазоне невелик перегрев по длине горелочной ветви (30-70^oС), а следовательно, минимальные температурные напряжения на керамику, при этом эмиссия вредных компонентов в продуктах сгорания остается в пределах допустимого.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в металлургии, машиностроении, строительстве и др. U-образная радиационная труба содержит излучающий корпус U-образной формы, рекуператор в одной ветви и горелку в другой ветви, образованные системой коаксиальных труб, а сжигание газа в горелке обеспечивается двухстадийным подводом воздуха, излучающий корпус U-образной формы изготовлен из огнестойкой керамики, сочленение керамического корпуса с металлическими элементами выполнено бесконтактно, то есть рекуперативная ветвь выполнена неподвижной и герметизируется набивным сальником, а горелочная ветвь - подвижной и герметизируется сильфоном и набивным сальником, при этом переток нагретого воздуха из рекуперативной ветви в горелочную снабжен сильфоном. Соотношение площадей сечений отверстий и сечения кольцевого выходного канала выполнено равным 0,6-1,0. Изобретение позволяет обеспечить высокую эксплуатационную надежность и безопасность работы в широком диапазоне температурного режима. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. U-образная радиационная труба, содержащая излучающий корпус U-образной формы, рекуператор в одной ветви и горелку в другой ветви, образованные системой коаксиальных труб, а сжигание газа в горелке обеспечивается двухстадийным подводом воздуха, отличающаяся тем, что излучающий корпус U-образной формы изготовлен из огнестойкой керамики, сочленение керамического корпуса с металлическими элементами выполнено бесконтактно, то есть рекуперативная ветвь выполнена неподвижной и герметизируется набивным сальником, а горелочная ветвь - подвижной и герметизируется сильфоном и набивным сальником, при этом переток нагретого воздуха из рекуперативной ветви в горелочную снабжен сильфоном. 2. U-образная радиационная труба по п.1, отличающаяся тем, что соотношение площадей сечений отверстий и сечения кольцевого выходного канала выполнено равным 0,6-1,0.