СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ МАЛООКИСЛИТЕЛЬНОГО И БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛА Российский патент 2007 года по МПК F27D17/00 F23C99/00 F23C5/00 

Изобретение относится к энерго/ресурсосберегающим технологиям в металлургии и может быть использовано для малоокислительного и безокислительного нагрева металла в нагревательных и термических печах.

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», №7, 2000 г., 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, режима «сжигание газа» на режим отвода продуктов сгорания и наоборот осуществляют переключением потоков воздуха и продуктов сгорания посредством перекидного клапана, смонтированного на трубопроводах.

Необходимость переключения газовых потоков, сложная система управления, обязательное наличие дымососа и воздуходувного устройства накладывает определенные экономические ограничения в применении способа нагрева металла в печах с регенеративными горелочными устройствами.

Однако практика показала, что при необходимости достижения высоких температур греющих газов (не менее 1000°С) использование известного способа экономически оправдано и его возможности могут быть расширены. Например, актуальной остается проблема потерь металла за счет процесса окалинообразования при его нагреве.

Задача настоящего технического решения состоит в расширении экономически оправданных возможностей применения способа при одновременном снижении окалинообразования в процессе нагрева металла продуктами неполного сгорания газообразного топлива.

Для решения поставленной задачи в способе малоокислительного и безокислительного нагрева металла, включающем использование двух периодически работающих горелок, оснащенных индивидуальными регенеративными теплообменными насадками, при этом в каждой из горелок попеременно осуществляют процесс сжигания газа или отвод продуктов сгорания от другой горелки 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 двух перекидных клапанов, смонтированных на трубопроводах, в горелках осуществляют процесс неполного сжигания газа с нагретым первичным воздухом или отвод продуктов неполного сгорания газа от другой горелки с их последующим дожиганием в потоке холодного вторичного воздуха, которое осуществляют перед их охлаждением в теплообменной насадке.

При этом подачу воздуха для сжигания газа осуществляют двумя потоками: непосредственно в горелку, работающую в режиме сжигания, через регенеративную насадку подают первичный воздух, составляющий часть потока, необходимого для полного сжигания газа, а оставшуюся часть - вторичный воздух, подают в наднасадочное пространство горелки, работающей в режиме нагрева теплообменной насадки.

Вторичный воздух подают в газоходный канал горелочного устройства, находящегося в режиме нагрева теплообменной насадки, в наднасадочное пространство в месте перед входом продуктов сгорания в теплообменную насадку.

Принципиально возможны два варианта организации подачи вторичного воздуха в газоходные каналы горелочных устройств:

- принудительная подача вторичного воздуха посредством отдельного перекидного клапана, смонтированного на воздухопроводе подачи вторичного воздуха с возможностью синхронной работы с перекидным клапаном для смены режима работы горелок,

- подача вторичного воздуха путем его естественного подсоса из атмосферы через клапан одностороннего действия, смонтированный на воздухопроводе подачи вторичного воздуха, за счет разрежения, создаваемого дымососом в газоходном канале горелочного устройства, находящегося в режиме отвода продуктов сгорания.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. В отличие от прототипа для сжигания подаваемого в горелки газа используют только часть общего потока воздуха горения, так называемый первичный воздух, который подают в количестве меньше теоретически необходимого для процесса полного сгорания топлива. Это способствует образованию в рабочем пространстве печи безокислительной атмосферы, которая препятствует процессу интенсивного окалинообразования даже при высоких температурах.

При этом эффект противодействия окалинообразованию сопоставим с эффектом, получаемым при нагреве и термообработке в среде специального защитного газа с использованием радиационных нагревательных устройств.

Остальную часть общего потока воздуха для сжигания газа - вторичный воздух, по отдельному трубопроводу подают непосредственно в газоходный канал горелочного устройства, работающего в режиме отвода продуктов сгорания в место перед входом в теплообменную насадку горелки, так называемое наднасадочное пространство, где и происходит процесс окончательного дожигания продуктов неполного сгорания из рабочего пространства печи.

Таким образом, эффект утилизации тепла, обеспечиваемый горелочными устройствами с регенеративными насадками, при низкой интенсивности процесса окалинообразования в рабочем пространстве агрегата повышает экономическую привлекательность способа.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в сокращении потерь металла от окалинообразования в процессе нагрева в печи за счет низкой окислительной способности продуктов неполного сгорания топлива при полной утилизации тепла отходящих продуктов сгорания.

Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена система отопления для реализации заявленного способа, в разрезе; на фиг.2, 4 - схема осуществления заявляемого способа отопления по варианту с использованием принудительной подачи вторичного воздуха через дополнительный перекидной клапан от воздуходувного устройства; фиг.3, 5 - схема осуществления заявляемого способа отопления, по варианту подача вторичного воздуха путем его естественного подсоса из атмосферы через клапан одностороннего действия, смонтированный на воздухопроводе подачи вторичного воздуха, за счет разрежения, создаваемого дымососом.

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 перекидного клапана 10 в течение одного рабочего цикла отопления попеременно выполняет функции воздухопровода подачи первичного воздуха горения и дымопровода.

Система содержит также воздухопроводы 11 и 12 для подачи вторичного воздуха на дожигание продуктов неполного сгорания со смонтированным на них 3-ходовым раздающим перекидным клапаном 13, воздуходувное устройство 14, дымосос 15 и газопровод 16.

В случае использования варианта подачи вторичного воздуха путем его естественного подсоса из атмосферы за счет разрежения, создаваемого дымососом в газоходном канале, вместо клапана 13 на воздухопроводах подачи вторичного воздуха 11 и 12 устанавливаются регулировочные клапаны одностороннего действия 17 и 18.

Способ осуществляют следующим образом.

В первой половине одного рабочего цикла отопления перекидные клапаны 10 и 13 установлены таким образом, что трубопровод 8 служит воздухопроводом, а трубопровод 9 - для отвода отходящих газов. Газ, поступая в горелку 2 по газопроводу 16, на выходе из нее смешивается с нагретым первичным воздухом, прошедшим через насадку 3, газоходный канал 6, и поджигается запальнодежурной горелкой. Продукты неполного сгорания проходят через горелку 4, канал 7, где на входе в насадку 5 перемешиваются и дожигаются в потоке вторичного воздуха, подаваемого по воздухопроводу 12, далее - через насадку 5, нагревая ее, и отводятся в дымопровод 9.

Во второй половине одного рабочего цикла отопления перекидные клапаны 10 и 13 установлены таким образом, что трубопровод 8 служит для отвода отходящих газов, а трубопровод 9 - для подачи воздуха.

Газ, поступая в горелку 4 по газопроводу 16, на выходе из нее смешивается с нагретым первичным воздухом, прошедшим через насадку 5, газоходный канал 7, и поджигается запальнодежурной горелкой. Продукты неполного сгорания проходят через горелку 2, канал 6, где на входе в насадку 3 перемешиваются и дожигаются в потоке вторичного воздуха, подаваемого по воздухопроводу 11, далее - через насадку 3, нагревая ее, и отводятся в дымопровод 8.

Количество первичного воздуха, подаваемого в горелки, в количественном выражении в долях от суммарного воздушного потока, необходимого для полного сжигания газа, должно составлять 1/2 часть для случая безокислительного нагрева и части для малоокислительного нагрева.

При этом в случае безокислительного нагрева более предпочтительным является использование технологической схемы по варианту принудительной подачи вторичного воздуха, фиг.2, 3, а в случае малоокислительного нагрева - по варианту с естественным подсосом за счет разрежения, фиг.4, 5.

Заявленный способ может быть реализован для двух и более горелочных устройств с регенеративными насадками, расширяя сферу их применения.

Изобретение может быть использовано для малоокислительного и безокислительного нагрева металла в нагревательных и термических печах. Способ отопления нагревательных и термических печей для малоокислительного и безокислительного нагрева металла включает использование двух периодически работающих горелок, оснащенных индивидуальными регенеративными теплообменными насадками, при этом в каждой из горелок попеременно осуществляют процесс сжигания газа или отвод продуктов сгорания от другой горелки 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 двух перекидных клапанов, смонтированных на трубопроводах. В горелках осуществляют процесс неполного сжигания газа с нагретым первичным воздухом или отвод продуктов неполного сгорания газа от другой горелки с их последующим дожиганием в потоке холодного вторичного воздуха, которое осуществляют перед их охлаждением в теплообменной насадке. Подачу воздуха для сжигания газа осуществляют двумя потоками, непосредственно в горелки подают первичный воздух, составляющий часть потока, необходимого для полного сжигания газа, а оставшуюся часть - вторичный воздух, подают в наднасадочное пространство горелки, работающей в режиме нагрева теплообменной насадки. Вторичный воздух подают в газоходный канал, находящийся в режиме нагрева теплообменной насадки, в наднасадочное пространство в месте перед входом продуктов сгорания в теплообменную насадку. Подачу вторичного воздуха в газоходный канал осуществляют принудительно посредством отдельного перекидного клапана, смонтированного с возможностью синхронной работы с перекидными клапанами для смены режима работы горелок. Вторичный воздух подают путем естественного подсоса атмосферного воздуха в газоходный канал через клапан одностороннего действия, смонтированный на воздухопроводе подачи вторичного воздуха, за счет разрежения, которое создают дымососом в газоходном канале, находящемся в режиме отвода продуктов сгорания. Изобретение позволяет сократить потери металла от окалинообразования в процессе нагрева в печи за счет низкой окислительной способности продуктов неполного сгорания топлива при полной утилизации тепла отходящих продуктов сгорания. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ отопления нагревательных и термических печей для малоокислительного и безокислительного нагрева металла, включающий использование двух периодически работающих горелок, оснащенных индивидуальными регенеративными теплообменными насадками, при этом в каждой из горелок попеременно осуществляют процесс сжигания газа или отвод продуктов сгорания от другой горелки 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 двух перекидных клапанов, смонтированных на трубопроводах, отличающийся тем, что в горелках осуществляют процесс неполного сжигания газа с нагретым первичным воздухом или отвод продуктов неполного сгорания газа от другой горелки с их последующим дожиганием в потоке холодного вторичного воздуха, которое осуществляют перед их охлаждением в теплообменной насадке.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу воздуха для сжигания газа осуществляют двумя потоками, непосредственно в горелки подают первичный воздух, составляющий часть потока, необходимого для полного сжигания газа, а оставшуюся часть - вторичный воздух, подают в наднасадочное пространство горелки, работающей в режиме нагрева теплообменной насадки.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что вторичный воздух подают в газоходный канал, находящийся в режиме нагрева теплообменной насадки, в наднасадочное пространство в месте перед входом продуктов сгорания в теплообменную насадку.4. Способ по п.2, отличающийся тем, что подачу вторичного воздуха в газоходный канал осуществляют принудительно посредством отдельного перекидного клапана, смонтированного с возможностью синхронной работы с перекидными клапанами для смены режима работы горелок.5. Способ по п.2, отличающийся тем, что вторичный воздух подают путем естественного подсоса атмосферного воздуха в газоходный канал через клапан одностороннего действия, смонтированный на воздухопроводе подачи вторичного воздуха, за счет разрежения, которое создают дымососом в газоходном канале, находящемся в режиме отвода продуктов сгорания.