Способ обжига кускового материала в шахтной печи и устройство ввода газообразного топлива и воздуха, выполненное в виде центральной газовой горелки для шахтной обжиговой печи Российский патент 2020 года по МПК C22B1/214 F27B1/16 F23D14/20 F27D7/06 C04B2/12 

Группа изобретений относится к способам обжига кускового материала в шахтных печах и устройствам ввода газообразного топлива и воздуха для их осуществления - центральным газовым горелкам и используется, например, при производстве извести в промышленности стройматериалов, металлургии, химической и пищевой промышленности.

Из уровня техники известна газовая горелка для шахтных печей, содержащая полый корпус для подачи воздуха, коаксиально расположенную трубу с сопловым наконечником для подачи газа и конусные козырьки, установленные на корпусе и образующие камеры: верхнюю для газа и нижнюю для воздуха (SU 306759 А, 02.03.1973 /1/).

Недостатком способа, осуществляемого горелкой, известной из /1/ является то, что при выходе из нее потоков газа и воздуха в рабочее пространство печи, газ движется вдоль оси печи и охватывается снаружи концентрически потоком воздуха, таким образом, образуется лишь один фронт горения газа, как и во многих других известных конструкциях, чем обусловлена низкая эффективность ее применения.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ обжига кускового материала в шахтной печи, включающий подачу кускового материала в шахтную печь, подачу горючего газа в периферийную область печи и организацию подачи посредством газовой горелки в приосевую область зоны обжига печи горючего газа и воздуха, таким образом, что в зоне обжига печи формируются два концентрических (в поперечном сечении печи) фронта горения, образующиеся за счет охвата потока воздуха, выходящего из горелки и движущегося вдоль оси печи, потоком газа, выходящего также из горелки, который, в свою очередь, охватывается снаружи потоком воздуха поступающего снизу через зону охлаждения печи (RU 2079785 С1, 20.05.1997 /2/).

Недостатками способа, известного из /2/, являются зависимость доступа воздуха к наружному фронту горения газового потока от аэродинамического сопротивления и температуры материала в зоне охлаждения, и, как следствие, - нестабильность и несимметричность (относительно оси печи) тепловыделения в приосевой области печи, что приводит к неравномерности обжига материала в приосевой области печи и, вследствие этого, ухудшению качества получаемого продукта.

Наиболее близким аналогом заявленной горелки является газовая горелка для шахтной обжиговой печи /2/, содержащая трубообразный корпус с возможностью подачи в него воздуха, ориентированный вертикально, в стенках которого выполнены отверстия, для выхода воздуха в рабочее пространство печи и газовую камеру, смонтированную на наружной поверхности стенок корпуса, ниже упомянутых отверстий выхода воздуха. Корпус и газовая камера снабжены козырьками, защищающими выходные отверстия воздуха и газа от попадания материала и образующими под собой полукамеры служащие для формирования равномерных в радиальном направлении потоков воздуха и газа. К газовой камере присоединен трубопровод для подачи газа, расположенный внутри корпуса.

Недостатком горелки, известной из /2/, является невозможность обеспечить стабильное равномерное тепловыделение в приосевой области печи, вследствие зависимости доступа воздуха из зоны охлаждения к наружному фронту горения газового потока от локального аэродинамического сопротивления и температуры материала в различных участках зоны охлаждения, что приводит к неравномерности обжига материала и ухудшению качества получаемого продукта, а, при неблагоприятных условиях, может приводить к разрушению конструктивных элементов горелки вследствие перегрева.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании заявленной группы изобретений, заключается в создании способа обжига кускового материала в шахтной печи, обеспечивающего повышение равномерности обжига материала по поперечному сечению приосевой части зоны обжига, и, вследствие этого, - увеличение производительности печи (при неизменных размерах рабочей части шахты печи), снижение удельного расхода топлива, и повышение качества продукта обжига.

Также техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании заявленной группы изобретений, заключается в повышении надежности и управляемости центральной газовой горелки для шахтной обжиговой печи.

Проблема решается тем, что способ обжига кускового материала в шахтной печи включает подачу кускового материала в шахтную печь, обжиг кускового материла путем подачи газообразного топлива в периферийную область зоны обжига печи и организации подачи в приосевую область зоны обжига печи газообразного топлива и воздуха газообразного топлива и воздуха, таким образом, что в приосевой области зоны обжига формируются два концентрических фронта горения образующиеся за счет охвата потока воздуха выходящего из горелки и движущегося вдоль оси печи кольцеобразным потоком газообразного топлива, выходящего из горелки ниже упомянутого потока воздуха, который, в свою очередь, охватывается снаружи кольцеобразным потоком воздуха, поступающего из зоны охлаждения печи. При этом часть потока воздуха, охватывающего вышеупомянутый поток газообразного топлива с наружной его стороны, подают в приосевую область печи, ниже выходов газообразного топлива из горелки, по отдельным каналам, минуя зону охлаждения.

Техническим результатом, который достигается вышеуказанной совокупностью существенных признаков заявляемого способа, является повышение производительности и срока службы футеровки печи, снижение удельного расхода топлива и повышение качества продукта обжига.

В частном случае выполнения заявляемого способа в приосевой области зоны обжига печи посредством устройства ввода газообразного топлива и воздуха организуют дополнительные концентрические потоки газообразного топлива и воздуха, которые чередуются и концентрически охватывают друг друга.

Также проблема решается тем, что устройство ввода газообразного топлива и воздуха, выполненное в виде центральной газовой горелки содержит ориентированный вертикально трубообразный корпус, с возможностью подачи в него воздуха, в стенках которого выполнены отверстия для выхода воздуха в рабочее пространство печи, и газовую камеру, расположенную ниже упомянутых отверстий выхода воздуха, в стенках которой выполнены отверстия для выхода газообразного топлива в рабочее пространство печи, корпус горелки и газовая камера снабжены козырьками, расположенными непосредственно над отверстиями выхода воздуха и газообразного топлива, образующими совместно со стенками корпуса горелки и газовой камеры соответствующие полукамеры. К газовой камере присоединен трубопровод для подачи газообразного топлива, который расположен внутри корпуса горелки. Горелка снабжена, по меньшей мере, одним отдельным каналом для подачи воздуха непосредственно под газовую камеру, выполненным с возможностью обеспечения упомянутого воздушного потока концентрическим, равномерно охватывающим корпус газовой камеры со всех сторон, и с возможностью независимой регулировки расхода воздуха. Газовая камера смонтирована на наружной или внутренней поверхности стенок корпуса.

Техническим результатом, который достигается вышеуказанной совокупностью существенных признаков заявляемого устройства является повышение равномерности обжига материала по поперечному сечению в приосевой области печи, и, вследствие этого, повышение качества продукта обжига, снижение удельного расхода топлива, повышение производительности печи и срока службы футеровки печи, а также повышение надежности горелки.

В частном случае выполнения заявляемого устройства газовая камера выполнена с перегородкой, разделяющей ее на верхнюю и нижнюю части, при этом перегородка выполнена с отверстиями для подачи газообразного топлива из нижней части в верхнюю часть, причем отверстия для выхода газообразного топлива в печь выполнены в стенках верхней части камеры, а трубопровод для подачи газообразного топлива в камеру присоединен к ее нижней части.

В частном случае выполнения заявляемого устройства отверстия для выхода воздуха и/или газообразного топлива расположены равномерно в один или несколько рядов в плоскости, перпендикулярной оси горелки, причем отверстия каждого ряда расположены на одинаковом расстоянии друг от друга.

В частном случае выполнения заявляемого устройства горизонтальные габаритные размеры козырьков увеличиваются от верхнего к нижнему.

В частном случае выполнения заявляемого устройства козырьки установлены таким образом, что их нижние кромки расположены не выше нижних точек соответствующих отверстий корпуса и/или газовой камеры.

В частном случае выполнения заявляемого устройства канал для подачи воздуха непосредственно под газовую камеру выполнен в виде трубообразного кожуха, охватывающего нижнюю часть корпуса горелки от ее основания до выходной полукамеры канала, которая образована козырьком, установленным непосредственно под газовой камерой и корпусом горелки.

В частном случае выполнения заявляемого устройства выше выходных отверстий корпуса для выхода воздуха расположены еще одна газовая камера с отверстиями для выхода газообразного топлива, выполненная снаружи или внутри корпуса, и, над ней, внутри корпуса горелки, воздушная камера с отверстиями для выхода воздуха, при этом газообразное топливо и воздух подаются в соответствующие камеры по отдельным трубопроводам, проходящим внутри корпуса горелки с возможностью отдельной регулировки проходящих по ним потоков газообразного топлива и воздуха.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез общего вида одного из вариантов заявляемой горелки. Данный вариант горелки имеет трубообразный корпус круглого поперечного сечения.

На фиг. 2 схематически изображен продольный разрез газовой камеры горелки по фиг. 1

Заявляемое устройство - осевая газовая горелка для шахтной обжиговой печи (фиг. 1) содержит трубообразный корпус 1, ориентированный вертикально, установленный на опорной балке 15. В стенке корпуса 1 выполнено два ряда отверстий 2 для выхода воздуха в печь, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси А горелки, и газовую камеру 3, расположенную на наружной стенке корпуса ниже упомянутых отверстий 2, в стенке которой выполнен ряд отверстий 4 для выхода газообразного топлива в печь, расположенный в плоскости, перпендикулярной оси А горелки. Газовая камера 3 смонтирована на наружной поверхности стенок корпуса 1 ниже нижнего ряда отверстий 2 выхода воздуха. К газовой камере 3 присоединен трубопровод 5 для подачи газообразного топлива, который расположен внутри корпуса 1 и опорной балки 15. Горелка снабжена кольцеобразным каналом 6 для подачи воздуха непосредственно под газовую камеру 3.

Газовая камера (фиг. 2) выполнена с перегородкой 8, разделяющей ее на верхнюю часть 9 и нижнюю часть 10. Перегородка 8 выполнена с отверстиями 11 для подачи газообразного топлива из нижней части 10 в верхнюю часть 9, а отверстия 4 для выхода газообразного топлива в печь выполнены в стенках верхней части 9 камеры. Трубопровод 5 для подачи газообразного топлива в камеру присоединен к ее нижней части 10.

Каждый ряд воздушных отверстий 2 (фиг. 1) корпуса 1 горелки снабжен соответствующим козырьком 12, образующим совместно со стенкой корпуса воздушную полукамеру. Газовая камера 3 также снабжена козырьком 13 над выходными отверстиями 4 газообразного топлива, образующим совместно со стенкой камеры 3 газовую полукамеру.

Заявляемый способ обжига с использованием заявляемой горелки осуществляют следующим образом.

Как известно, в шахтной обжиговой печи кусковой материал загружается в печь сверху и движется вниз по печи, по мере выгрузки продукта обжига через выгрузочное устройство внизу печи. В зоне обжига печи под действием тепла выделяющегося при горении топлива происходит термическое разложение (преобразование) материала, после чего, уже продукт обжига попадает в зону охлаждения, расположенную ниже, и выгружается из печи. Через зону охлаждения в печь поступает воздух, который двигаясь снизу вверх по печи поступает в зону обжига и, смешиваясь там с газообразным топливом, подаваемым через устройства ввода топлива, участвует в процессе горения. Далее газообразные продукты горения и термического разложения обжигаемого материала под действием разрежения двигаются вверх, через зону нагрева, после чего удаляется из печи посредством дымососа.

В заявляемой группе изобретений воздух, поступающий через опорную балку 15 в корпус горелки 1 выходит через отверстия 2 и воздушные полукамеры в рабочее пространство печи, заполненное кусковым материалом, и движется вверх вдоль оси печи. Газообразное топливо подается в горелку через трубопровод 5, проходящий через опорную балку 15, на которой установлена горелка, и попадает в нижнюю часть 10 газовой камеры 3, далее через отверстия и в перегородке 8, предназначенной для уравнивания давления перед выходными отверстиями, газообразное топливо поступает в верхнюю часть газовой камеры 9 и через отверстия 4 и газовую полукамеру выходит в засыпку кускового материала. При этом газообразное топливо выходящее из-под козырька 13 газовой полукамеры вверх, в виде кольцеобразного потока, охватывает концентрически поток воздуха движущийся вдоль оси печи. В результате чего образуется концентрический, кольцеобразный в поперечном сечении, фронт горения газообразного топлива (с внутренней стороны газового потока). Другой фронт горения газообразного топлива (с наружной стороны газового потока) образуется за счет охвата упомянутого кольцеобразного газового потока кольцеобразным потоком воздуха, выходящим из кольцеобразного канала 6 через соответствующую полукамеру образованную козырьком 7, непосредственно под газовой камерой 3. При этом воздух в упомянутый канал 6 поступает через отдельные каналы 14 снаружи печи. На некотором удалении от горелки (в радиальном направлении) горение наружного фронта продолжается за счет воздуха, поступающего из зоны охлаждения печи.

Изобретение относится к способу обжига кускового материала в шахтной печи и устройству ввода газообразного топлива и воздуха в виде центральной газовой горелки, используемому при осуществлении способа. При осуществлении обжига кускового материала в шахтной печи в приосевой области зоны обжига формируют два концентрических фронта горения за счет охвата осевого потока воздуха из центральной газовой горелки кольцеобразным потоком газообразного топлива, который также охватывается кольцеобразным потоком воздуха, часть которого подают в приосевую область печи ниже выходов газообразного топлива из центральной газовой горелки, по меньшей мере, по одному отдельному каналу, минуя зону охлаждения материала в печи. Упомянутый отдельный канал выполнен обеспечивающим концентрический, равномерно охватывающий корпус газовой камеры поток воздуха с возможностью независимой регулировки его расхода. Технический результат заключается в повышении производительности печи, снижении удельного расхода топлива, повышении качества продукта обжига и увеличении срока службы футеровки и горелки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обжига кускового материала в шахтной печи, включающий подачу кускового материала в шахтную печь, обжиг кускового материла путем подачи газообразного топлива в периферийную область зоны обжига печи и организации подачи в приосевую область зоны обжига печи газообразного топлива и воздуха посредством установленного по вертикальной оси печи устройства ввода газообразного топлива и воздуха таким образом, что в приосевой области зоны обжига печи формируются два концентрических фронта горения, образующиеся за счет охвата потока воздуха, выходящего из устройства ввода и движущегося вдоль оси печи, кольцеобразным потоком газообразного топлива, выходящего из устройства ввода ниже упомянутого потока воздуха, который, в свою очередь, охватывается снаружи кольцеобразным потоком воздуха, поступающего в зону обжига из зоны охлаждения печи, и охлаждение кускового материала, отличающийся тем, что часть воздуха, охватывающего вышеупомянутый поток газообразного топлива с наружной его стороны, подают в приосевую область печи ниже выходов газообразного топлива из устройства ввода, по отдельным каналам минуя зону охлаждения кускового материала в печи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в приосевой области зоны обжига печи посредством устройства ввода газообразного топлива и воздуха организуют дополнительные концентрические потоки газообразного топлива и воздуха, которые чередуются и концентрически охватывают друг друга.

3. Устройство ввода газообразного топлива и воздуха, выполненное в виде центральной газовой горелки, используемое при осуществлении способа по любому из пп. 1 или 2, содержащее ориентированный вертикально трубообразный корпус, с возможностью подачи в него воздуха, в стенках которого выполнены отверстия для выхода воздуха в рабочее пространство печи, и газовую камеру, расположенную ниже упомянутых отверстий выхода воздуха, в стенках которой выполнены отверстия для выхода газообразного топлива в рабочее пространство печи, корпус горелки и газовая камера снабжены козырьками, расположенными непосредственно над отверстиями выхода воздуха и газообразного топлива, образующими совместно со стенками корпуса горелки и газовой камеры соответствующие полукамеры, к газовой камере присоединен трубопровод для подачи газообразного топлива, который расположен внутри корпуса горелки, отличающееся тем, что горелка снабжена, по меньшей мере, одним отдельным каналом для подачи воздуха непосредственно под газовую камеру, выполненным с возможностью обеспечения упомянутого воздушного потока концентрическим, равномерно охватывающим корпус газовой камеры со всех сторон, и возможностью независимой регулировки расхода воздуха, а газовая камера смонтирована на наружной или внутренней поверхности стенок корпуса.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что газовая камера выполнена с перегородкой, разделяющей ее на верхнюю и нижнюю части, при этом перегородка выполнена с отверстиями для подачи газообразного топлива из нижней части в верхнюю часть, причем отверстия для выхода газообразного топлива в печь выполнены в стенках верхней части камеры, а трубопровод для подачи газообразного топлива в камеру присоединен к ее нижней части.

5. Устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что отверстия для выхода воздуха и/или газообразного топлива расположены равномерно в один или несколько рядов в плоскости, перпендикулярной оси горелки, причем отверстия каждого ряда расположены на одинаковом расстоянии друг от друга.

6. Устройство по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что горизонтальные габаритные размеры козырьков увеличиваются от верхнего к нижнему.

7. Устройство по любому из пп. 3-6, отличающееся тем, что козырьки установлены таким образом, что их нижние кромки расположены не выше нижних точек соответствующих отверстий корпуса и/или газовой камеры.

8. Устройство по любому из пп. 3-7, отличающееся тем, что канал для подачи воздуха непосредственно под газовую камеру выполнен в виде трубообразного кожуха, охватывающего нижнюю часть корпуса горелки от ее основания до выходной полукамеры канала, которая образована козырьком, установленным непосредственно под газовой камерой и корпусом горелки.

9. Устройство по любому из пп. 4-8, отличающееся тем, что выше выходных отверстий корпуса для выхода воздуха расположены еще одна газовая камера с отверстиями для выхода газообразного топлива, выполненная снаружи или внутри корпуса, и над ней, внутри корпуса горелки, воздушная камера с отверстиями для выхода воздуха, при этом газообразное топливо и воздух подаются в соответствующие камеры по отдельным трубопроводам, проходящим внутри корпуса горелки с возможностью отдельной регулировки проходящих по ним потоков газообразного топлива и воздуха.