КЕРАМИЧЕСКАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА И РЕГЕНЕРАТОР ТЕПЛА, СНАБЖЕННЫЙ ЭТОЙ ГОРЕЛКОЙ Российский патент 2003 года по МПК F23D14/22 F23D14/70 C21B9/00 

Изобретение относится к керамической газовой горелке, в особенности для использования в камере сгорания регенератора тепла, такого как воздухонагреватель для доменной печи, причем керамическая горелка снабжена первым каналом подачи первого компонента горючего, такого как горючий газ, и вторым каналом подачи второго компонента горючего, такого как воздух для горения, причем первый канал подачи сообщается с по существу удлиненным выпускным отверстием, и второй канал подачи сообщается, по меньшей мере, с одним вторым выпускным отверстием, причем последнее отверстие(я) проходит по существу параллельно первому выпускному отверстию и ниже его по потоку, перегородкой, которая продолжается до двух выпускных отверстий, причем эти выпускные отверстия сообщаются непосредственно с камерой сгорания, причем, кроме того, перегородка расположена между первым каналом подачи и вторым каналом подачи. Изобретение также относится к регенератору тепла, снабженному керамической горелкой этого типа.

При работе доменной печи множество воздухонагревателей сгруппированы вместе вблизи этой доменной печи, в результате чего путем переключения от одного воздухонагревателя к другому всегда возможно подавать в доменную печь через выпускное отверстие нагретого воздухонагревателя горячий воздух как компонент реакции. Когда же воздухонагреватель отсоединен от доменной печи, он может быть повторно нагрет газообразным продуктом сгорания с помощью керамической горелки, вследствие чего горячий отходящий газ проходит через камеру сгорания и шахту сохранения тепла, причем шахта сохранения тепла поглощает тепло горячего отходящего газа, так что это тепло может затем быть передано опять на последующей стадии работы воздуху, который подается в воздухонагреватель через впускное отверстие.

Для эффективности установки очень важно, чтобы компоненты горючего, подаваемые в керамическую горелку, сжигались по возможности полностью до того, как горячий отходящий газ пройдет через шахту сохранения тепла. По этой причине были спроектированы различные конструкции керамической горелки. В упомянутой горелке известного типа известны конструктивные исполнения, в которых предусмотрены один канал подачи горючего газа и один канал подачи воздуха для горения. Известны также конструкции, в которых один канал для горючего газа расположен по центру между двумя каналами подачи воздуха для горения.

Известны также конструкции, в которых выпускное отверстие канала подачи воздуха для горения содержит одно отверстие, в то же время также известно разделение этого отверстия на ряд отдельных отверстий. Последняя конструкция описана, например, в Европейском патенте ЕР 0090096.

Хотя известные конструкции дают возможность значительно улучшить эффективность сгорания, которая должна быть достигнута, было установлено, что тем не менее возможно дальнейшее ее усовершенствование. В частности, было установлено, что очень важно все время удерживать зажигание пламени как можно ближе над горелкой. Это связано с тем, что, если зажигание происходит на большей высоте в результате медленного смешения компонентов горючего, становится возможным значительное колебание места горения, приводящее к пульсации пламени, что может вызвать вибрацию установки в целом.

Следовательно, задачей изобретения является создание отличительных характеристик, благодаря которым горение происходит фактически на постоянном месте, предпочтительно очень близко к выпускным отверстиям.

Решение, которое было найдено в настоящее время, может быть использовано как в конструкциях с одним и двумя каналами подачи второго компонента горючего, так и в конструкциях, в которых выпускное отверстие каждого канала подачи представляет собой одно отверстие или разделено на отдельные отверстия.

Изобретение состоит в том, что, по меньшей мере, один из первого и второго каналов подачи снабжен средством для создания турбулентности компонента горючего во время работы, в то время как он выходит через канал(ы), о котором идет речь, причем эта турбулентность такова, что горючая смесь двух компонентов образуется выше по потоку конца перегородки и вблизи него. Было установлено, что турбулентность может быть создана простым способом, если указанное средство содержит ступень расширения, которая расположена вблизи выпускного отверстия(й), по меньшей мере, одного и/или второго канала подачи в поперечном сечении канала, о котором идет речь, что ступень расширения предусмотрена формой перегородки и продолжается вплоть до конца перегородки посредством постепенного расширения, в результате чего образуется камера турбулентности. На месте резкого расширения создается турбулентность компонента горючего, проходящего после этого расширения в дополнительно созданное пространство, причем эта турбулентность также передается другому компоненту горючего, в результате чего образуется турбулентная горючая смесь. Эта горючая смесь может быть зажжена непосредственно в этом же месте благодаря тому факту, что при турбулентности скорость потока в продольном направлении камеры сгорания является низкой. В результате этого образованное пламя не может легко быть "сдуто" в сторону с головки горелки.

Конечно, внезапное расширение должно быть достаточно широким, чтобы создать достаточную турбулентность. Было установлено, что хорошие результаты достигаются, если величина ступени расширения составляет от 20 до 35% первоначального поперечного сечения канала, о котором идет речь.

Было установлено то, что успеху новой конструкции способствуют не только размеры ступени расширения, но также и то, что наилучшие результаты достигаются, если ступень расширения продолжается вплоть до конца перегородки посредством постепенного расширения, в результате чего образуется камера турбулентности. Благодаря постепенному расширению образованная камера турбулентности достигает достаточного объема, чтобы создать турбулентность большего объема газа и, следовательно, чтобы смешать его в горючую смесь. Это дополнительно обеспечивает стабильность образования пламени как раз над концом перегородки.

В DE 2700786 описана керамическая горелка со смесительной камерой для горючего газа и воздуха для горения, которая расположена выше по потоку камеры сгорания и отделена от нее каналом с узким поперечным сечением. В смесительной камере горение смеси предотвращается благодаря этому каналу с узким поперечным сечением. Так как в керамической горелке по настоящему изобретению выпускные отверстия для газа и воздуха сообщаются непосредственно с камерой сгорания и средство для создания турбулентности образует горючую смесь выше по потоку конца перегородки и вблизи него, зажигание горючей смеси начинается у указанного средства.

В ЕР 0090096 описана керамическая горелка, в которой выпускные отверстия для газа и воздуха имеют такую форму, чтобы создать турбулентность от этих выпускных отверстий до камеры сгорания. Никаких отдельных устройств, таких как ступень расширения для создания турбулентности смеси газа и воздуха выше по потоку отверстий и вблизи конца перегородки, не описано. В US 3837793 были описаны керамические горелки по известному уровню техники, по сравнению с которым настоящее изобретение является усовершенствованием.

Кроме описанной керамической горелки изобретение также относится к регенератору тепла, такому как воздухонагреватель для доменной печи, который снабжен впускным отверстием для подачи газа, который должен быть нагрет, и выпускным отверстием для выхода нагретого газа, содержащему камеру сгорания и шахту сохранения тепла, камера сгорания снабжена керамической газовой горелкой с целью нагрева регенератора тепла, причем газовая горелка относится к типу, описанному выше.

Изобретение будет объяснено более подробно ниже со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает пример регенератора тепла, воздухонагревателя для доменной печи;
фиг.2 - деталь 11 по фиг.1 в увеличенном масштабе;
фиг.3 - другое конструктивное исполнение этой детали.

На фиг.1 ссылкой 1 обозначен регенератор тепла в виде воздухонагревателя для доменной печи. Воздухонагреватель содержит камеру сгорания 2 и шахту сохранения тепла 3, которые отделены друг от друга стенкой 4. Керамическая горелка 5 расположена в нижней части камеры сгорания. Воздух для горения для керамической горелки подводится через соединительное отверстие 6, и топливо в виде горючего газа подается через соединительное отверстие 7. Смесь воздуха для горения и горючего газа сжигается в камере сгорания 2. Топочные газы, выделяющиеся при горении, поднимаются вверх в камере сгорания 2, отводятся через купол 8 и затем проходят через шахту сохранения тепла 3, которая выполнена огнеупорными кирпичами (не показаны), где они отдают значительное тепло огнеупорным кирпичам. Топочные газы, которые охлаждаются в результате этого действия, покидают воздухонагреватель через выпускные отверстия 9, одно из которых показано.

После того как огнеупорные кирпичи нагреваются до достаточной температуры, подача топлива и воздуха для горения через отверстия 6 и 7 прекращается, после чего холодный воздух подается через выпускные отверстия 9. Этот холодный воздух затем проходит через поверхность сохранения тепла в шахте сохранения тепла 3, нагревается здесь и затем покидает воздухонагреватель через отверстие 10. Отверстие 10 соединено с распределительной системой для горячего воздуха, так называемого "горячего ветра", с целью подачи его в доменную печь.

Горючий газ, который подается через соединительное отверстие 7, отводится вверх в первый канал подачи 13 горючего газа, в то время как соединительное отверстие 6 соединено со вторым каналом подачи 12 воздуха для горения. Каналы подачи 12 и 13 отделены друг от друга перегородкой 11.

Конфигурация вокруг верхнего конца перегородки 11 обозначена позицией 11 и показана подробно в увеличенном масштабе на фиг.2. Соответствующие номера ссылок на фиг.1 относятся к соответствующим элементам на фиг.2. На фиг.2 можно увидеть, что выпускное отверстие 14 первого канала подачи 12 расположено на более высоком уровне и под углом по отношению к выпускному отверстию 15 канала 13 для горючего газа. В результате поток воздуха может проходить сквозь поток газа, в результате чего они смешиваются так, чтобы образовать горючую смесь.

Канал подачи 13 снабжен, прямо под выпускным отверстием 15, ступенью расширения 16, которое обеспечивается посредством местного сужения перегородки 11. Ступень расширения 16 примыкает к постепенному расширению 17 в направлении выпускного отверстия 15. В результате образуется камера турбулентности 18 между ступенью расширения 16, постепенным расширением 17 и выпускным отверстием 15. В камере турбулентности 18 интенсивное турбулентное движение, которое имеет место прямо над выпускным отверстием 15, передается части потока газа, в результате чего оно сообщается воздуху для горения из канала 12. В результате в камере турбулентности 18 образуется богатая горючая смесь, которая имеет низкую составляющую скорости в направлении главного потока через камеру сгорания 2. Если эту богатую горючую смесь зажигают, фронт пламени вблизи свободного конца перегородки 11 остается очень стабильным. В результате предотвращается пульсация пламени и, следовательно, явления вибрации по всей конструкции также предотвращаются. Более того, улучшается эффективность горения.

Как упомянуто выше, изобретение не ограничено показанной конструкцией. Во многих случаях предпочтение отдается керамической горелке, в которой два канала подачи 12^a и 12^b воздуха для горения расположены симметрично по отношению к каналу подачи 13 горючего газа. В этом конструктивном исполнении, как показано на фиг.3, вместо одной перегородки 11 предусмотрены две перегородки 11^a и 11^b и имеются два выпускных отверстия 14^a и 14^b для каналов подачи 12^a и 12^b.

Такой же положительный эффект достигается, если выпускное отверстие(я) 14 (или 14^a и 14^b) воздуха для горения разделены на отдельные отверстия.

Керамическая газовая горелка предназначена для использования в камере сгорания регенератора тепла, такого как воздухонагреватель для доменной печи. Керамическая горелка снабжена первым каналом подачи для первого компонента горючего, такого как горючий газ, и вторым каналом подачи для второго компонента горючего, такого как воздух для горения, причем первый канал подачи сообщается с по существу удлиненным выпускным отверстием и второй канал подачи сообщается, по меньшей мере, с одним вторым выпускным отверстием, причем последнее отверстие(я) проходит по существу параллельно первому выпускному отверстию и ниже его по потоку, перегородкой, которая продолжается до двух выпускных отверстий, причем эти выпускные отверстия сообщаются непосредственно с камерой сгорания, кроме того, перегородка расположена между первым каналом подачи и вторым каналом подачи, и в которой, по меньшей мере, один из первого и второго каналов подачи снабжен средством для создания турбулентности компонента горючего во время работы, в то время как он выходит через канал(ы), о котором идет речь, причем эта турбулентность такова, что горючая смесь двух компонентов образуется выше по потоку конца перегородки и вблизи него, причем указанное средство для создания турбулентности содержит ступень расширения, которая расположена вблизи выпускного отверстия(й), по меньшей мере, первого и/или второго канала подачи, в поперечном сечении канала, о котором идет речь, ступень расширения предусмотрена формой перегородки и продолжается вплоть до конца перегородки посредством постепенного расширения, в результате чего образуется камера турбулентности. Изобретение позволяет обеспечить горение фактически на постоянном месте, предпочтительно очень близко к выпускным отверстиям. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Керамическая газовая горелка, в особенности для использования в камере сгорания (2) регенератора тепла, такого как воздухонагреватель (1) для доменной печи, причем керамическая горелка снабжена первым каналом подачи (13) для первого компонента горючего, такого как горючий газ, и вторым каналом подачи (12) для второго компонента горючего, такого как воздух для горения, причем первый канал подачи (13) сообщается с по существу удлиненным выпускным отверстием (15) и второй канал подачи сообщается, по меньшей мере, с одним вторым выпускным отверстием (14), причем последнее отверстие(я) проходит по существу параллельно первому выпускному отверстию и ниже его по потоку, перегородкой (11), которая продолжается до двух выпускных отверстий (14, 15), причем эти выпускные отверстия (14, 15) сообщаются непосредственно с камерой сгорания (2), причем, кроме того, перегородка расположена между первым каналом подачи (13) и вторым каналом подачи (12), и в которой, по меньшей мере, один из первого и второго каналов подачи (12, 13) снабжен средством для создания турбулентности компонента горючего во время работы, в то время как он выходит через канал(ы), о котором идет речь, причем эта турбулентность такова, что горючая смесь двух компонентов образуется выше по потоку конца перегородки (11) и вблизи него, причем указанное средство для создания турбулентности содержит ступень расширения (16), которая расположена вблизи выпускного отверстия(й) (14, 15), по меньшей мере, первого и/или второго канала подачи, в поперечном сечении канала, о котором идет речь, ступень расширения (16) предусмотрена формой перегородки (11) и продолжается вплоть до конца перегородки (11) посредством постепенного расширения (17), в результате чего образуется камера турбулентности. 2. Керамическая горелка по п.1, отличающаяся тем, что величина ступени расширения (16) составляет от 20 до 35% первоначального поперечного сечения канала, о котором идет речь. 3. Регенератор тепла, такой как воздухонагреватель для доменной печи, который снабжен впускным отверстием (9) для подачи газа, который должен быть нагрет, и выпускным отверстием (10) для выхода нагретого газа, содержащий камеру сгорания (2) и шахту сохранения тепла (3), причем камера сгорания (2), с целью нагрева регенератора тепла, снабжена керамической горелкой (5), отличающийся тем, что керамическая горелка относится к типу, соответствующему одному из предшествующих пунктов формулы изобретения.