СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ Российский патент 2006 года по МПК F23C9/00 F27D17/00 C21D1/08 

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям в теплоэнергетике и может быть использовано преимущественно в металлургии для нагрева или плавки черных и цветных металлов.

Наиболее близким к заявляемому является способ отопления нагревательных или термических печей (И.М.Дистергефт, Г.М.Дружинин, В.И.Щербинин. Опыт ВНИИМТа в разработке регенеративных систем отопления металлургических агрегатов, журнал "Сталь", 2000 г., №7, стр.84-90), реализуемый с помощью регенеративного горелочного устройства.

Известный способ включает использование двух периодически работающих горелок, оснащенных регенеративными теплообменными насадками. При этом, когда одна из горелок работает в режиме сжигания газа, через другую отводятся дымовые газы к теплообменной насадке.

В следующем периоде работы устройства функции горелок меняются местами.

Подачу воздуха в горелки и отвод продуктов сгорания осуществляют по соответствующим трубопроводам через теплообменные насадки и газоходные каналы, соединяющие рабочее пространство печи с теплообменными насадками. При этом один из трубопроводов служит для подачи воздуха, а другой - для отвода продуктов сгорания. В следующем периоде работы функции трубопроводов соответственно меняются местами.

Смену режима работы горелок, режим "сжигание газа" на режим отвода продуктов сгорания и наоборот осуществляют переключением потоков воздуха и продуктов сгорания посредством перекидного клапана, смонтированного на трубопроводах.

Использование в известном способе отопления переключения газовых потоков, осуществляемое с помощью клапана сложной конструкции, сложная система управления, обязательное наличие дымососа и воздуходувного устройства накладывает определенные экономические ограничения в применении способа.

Практика показала, что использование известного способа экономически оправдано при необходимости достижения высоких температур греющих газов (не менее 1000°С). Кроме того, актуальной остается проблема образования в печи оксидов азота, т.к. в известном способе уменьшение их выбросов обеспечивается только за счет снижения расхода топлива, хотя концентрация оксидов азота возрастает за счет увеличения температуры горения.

Задача настоящего технического решения состоит в расширении экономически оправданных возможностей применения способа при одновременном уменьшении образования оксидов азота в печи.

Для решения поставленной задачи способ отопления нагревательных и термических печей, включающий использование двух периодически работающих горелок, оснащенных регенеративными теплообменными насадками, при этом в каждой из горелок осуществляют сжигание газа или отвод продуктов сгорания с их последующим охлаждением в теплообменной насадке, подачу воздуха для сжигания газа и отвод продуктов сгорания осуществляют по соответствующим трубопроводам через газоходные каналы, соединяющие рабочее пространство печи с теплообменными насадками, причем смену режима сжигания газа на режим отвода продуктов сгорания и наоборот осуществляют переключением потоков воздуха и продуктов сгорания посредством клапана, смонтированного на трубопроводах, часть отведенных продуктов сгорания из соответствующего трубопровода направляют на вход воздуходувного устройства, при этом количество продуктов сгорания отбирают достаточным для снижения концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе до 13-18%.

В частном случае выполнения часть отведенных продуктов сгорания из соответствующего трубопровода (дымопровода) направляют на вход воздуходувного устройства через дополнительный клапан одностороннего действия.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

Часть продуктов сгорания, отведенная в дымопровод для последующего выброса, подается в трубопровод для подачи воздуха (воздухопровод), смешивается с воздухом, предназначенным для сжигания газа в горелках, и таким образом снова участвует в процессе теплообмена. При этом происходит более полная, чем в прототипе, утилизация тепла и одновременно снижение концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе.

Из дымопровода отбирают такое количество продуктов сгорания, которое достаточно для снижения концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе до 13-18%. Снижение концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе до 13-18% обеспечивает существенное снижение оксидов азота (на 20-40%).

Более полная утилизация тепла и уменьшение образования оксидов азота повышает экономическую привлекательность способа. Более того, он может быть применен в агрегатах (печах), отапливаемых в основном традиционно работающими горелками, но имеющих хотя бы одну зону с регенеративными горелочными устройствами.

В этом случае продукты сгорания от всех горелок агрегата можно удалять через горелки с регенеративными насадками, нагревая воздух до высокой температуры. Таким образом, эффект утилизации тепла, обеспечиваемый горелочными устройствами с регенеративными насадками, и эффект снижения концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе будет распространен на весь агрегат.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в более полной утилизации тепла отходящих продуктов сгорания и уменьшении образования оксидов азота в печи.

Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена система отопления для реализации заявленного способа, в разрезе; на фиг.2 - схема осуществления заявляемого способа отопления, отображающая первую половину одного рабочего цикла отопления; фиг.3 - схема осуществления заявляемого способа отопления, отображающая вторую половину одного рабочего цикла отопления.

Система содержит нагревательную печь 1, горелочное устройство, содержащее горелку 2 с регенеративной теплообменной насадкой 3 и горелку 4 с насадкой 5.

Теплообменные насадки 3 и 5 имеют компактную конструкцию и выполнены из жаростойкого, жаропрочного и теплоемкого материала, например, корундовых шаров.

Для подачи воздуха и отвода продуктов сгорания система имеет два вертикальных, футерованных огнеупором газоходных канала 6 и 7, соединенные с печью 1 и насадками 3, 5, а также два трубопровода 8 и 9.

При этом каждый из трубопроводов 8 и 9 при помощи смонтированного на них 4-ходового клапана 10 в течение одного рабочего цикла отопления попеременно выполняет функции воздухопровода и дымопровода.

Система содержит также воздухопровод 11 для подачи воздуха на запальную горелку 12, воздуходувное устройство 13, дымосос 14.

Трубопровод 15 соединяет дымопровод со входом воздуходувного устройства 13. При этом трубопровод 15 оснащен клапаном 16 одностороннего действия.

Способ осуществляют следующим образом.

В первой половине одного рабочего цикла отопления перекидной клапан 10 установлен таким образом, что трубопровод 8 служит воздухопроводом, а трубопровод 9 - для отвода отходящих газов. Газ поступает в горелку 2, на выходе из нее смешивается с нагретым воздухом, прошедшим через насадку 3, газоходный канал 6, и поджигается запально-дежурной горелкой. Продукты сгорания проходят через горелку 4, канал 7, насадку 5, нагревая ее, и отводятся в дымопровод 9.

Во второй половине одного рабочего цикла отопления перекидной клапан 10 установлен таким образом, что трубопровод 8 служит для отвода отходящих газов, а трубопровод 9 - для подачи воздуха.

Газ поступает в горелку 4, на выходе из нее смешивается с нагретым воздухом, прошедшим через насадку 5, газоходный канал 7, и поджигается запально-дежурной горелкой. Продукты сгорания проходят через горелку 2, канал 6, насадку 3, нагревая ее, и отводятся в дымопровод 8.

Открытием клапана 16 из дымопровода отбирают часть охлажденных продуктов сгорания в количестве, достаточном для снижения концентрации кислорода в воздухе горения до величины 13-18%, и подают на вход воздуходувного устройства 13.

Охлажденные продукты сгорания, смешиваясь с воздухом, нагреваются вместе с ним, понижая в нем концентрацию кислорода, что неизбежно приводит к уменьшению образования оксидов азота в печи.

Заявленный способ может быть реализован в одном и более горелочных устройствах с регенеративными насадками, расширяя сферу их применения.

Изобретение может быть использовано преимущественно в металлургии для нагрева или плавки черных и цветных металлов. Способ включает использование двух периодически работающих горелок, оснащенных регенеративными теплообменными насадками. В каждой из горелок осуществляют сжигание газа или отвод продуктов сгорания с их последующим охлаждением в теплообменной насадке. Подачу воздуха для сжигания газа и отвод продуктов сгорания осуществляют по соответствующим трубопроводам через теплообменные насадки и газоходные каналы, соединяющие рабочее пространство печи с теплообменными насадками. Смену режима сжигания газа на режим отвода продуктов сгорания и наоборот осуществляют переключением потоков воздуха и продуктов сгорания посредством клапана, смонтированного на трубопроводах. Новым является то, что часть отведенных продуктов сгорания из соответствующего трубопровода направляют на вход воздуходувного устройства, при этом количество продуктов сгорания отбирают достаточным для снижения концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе до 13-18%. Способ может быть применен в агрегатах (печах), отапливаемых в основном традиционно работающими горелками, но имеющих хотя бы одну зону с регенеративными горелочными устройствами. В этом случае продукты сгорания от всех горелок агрегата можно удалять через горелки с регенеративными насадками, нагревая воздух до высокой температуры. Таким образом, эффект утилизации тепла, обеспечиваемый горелочным устройством с регенеративными насадками, и эффект снижения концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе будет распространен на весь агрегат. Изобретение позволяет достичь более полной утилизации тепла отходящих продуктов сгорания и уменьшения образования оксидов азота в печи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ отопления нагревательных и термических печей, включающий использование двух периодически работающих горелок, оснащенных регенеративными теплообменными насадками, при этом в каждой из горелок осуществляют сжигание газа или отвод продуктов сгорания с их последующим охлаждением в теплообменной насадке, подачу воздуха для сжигания газа и отвод продуктов сгорания осуществляют по соответствующим трубопроводам через теплообменные насадки и газоходные каналы, соединяющие рабочее пространство печи с теплообменными насадками, причем смену режима сжигания газа на режим отвода продуктов сгорания и наоборот осуществляют переключением потоков воздуха и продуктов сгорания посредством клапана, смонтированного на трубопроводах, отличающийся тем, что часть отведенных продуктов сгорания из соответствующего трубопровода направляют на вход воздуходувного устройства, при этом количество продуктов сгорания отбирают достаточным для снижения концентрации кислорода в подаваемом для сжигания газа воздухе до 13-18%.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть отведенных продуктов сгорания из соответствующего трубопровода канала направляют на вход воздуходувного устройства через дополнительный клапан одностороннего действия.