Способ отопления нагревательной печи Советский патент 1988 года по МПК C21D9/70 

со

Изобретение относится к нагреву металла перед пластической дефор- мацие и может быть использовано при нагреве слитков в нагревательных колодцах. Цель изобретения - улучшение качества нагрева и увеличение производительности печи. Способ отопления нагревательной печи включает спутную подачу в рабочую камеру колодца одного потока газового топлива и двух (внутреннего и внешнего относительно друг друга) потоков воздуха, их смешивание, факельное сжигание газообразного топлива, циркуляцию продуктов горения в камере по петлеобразной траектории и удаление их из камеры. Соотношение между ског- ростями воздушных потоков регулируют одновременным изменением скоростей с периодом 5-120 с, при этом кинетическую энергию топливовоздушных струй на входе в камеру циклически увеличивают или уменьшают на каждлй метр ее длины от 0,8-1,0 до 1,8-2,0 кинетической энергии потока продуктов горения на выходе из камеры. 1 ил., 1 табл. с (Л

сд

со

Изобретение отноаггся к .iy металла перед пластической ;деформг и может быть использовало при нагрепе слитков D нагренательных колодцах.

Целью изобретения является улуч- шр.ияе качества iiarpeisa и увеличенле производительности печи путем повьше- ния равномерности температурного но ля по длине камеры,

На чертеже показан нагревательный колодец, peaHnaywi jj ri способ отопле-

Ш1Я ,

Колодец состоит из рекуператоров 1 и 2 для нагрева воздуха, трубонро- водов 3 и 4 для CTpyjiHOi нодачи горячего воздуха, в одном из которых ус- тапшзлен pei yjnipyioiij-ni дроссель 3, во 1дуп1Н,х канатов 6 и 7, глзсмшго coiL ia 8. В гсфцово11 стене 9 камеры колодца расположено окно 10 для ui.-.ixo- да про;,уктов горенля, нанравляю 1;Дхся от торцовой стены I 1 ,

3оздух, последовательно нагретый в рекуператорах 1 и 2, ралде.-шется па дна потока и движется к горелке парал.чсльно по трубопроводам 3 и 4, а за -ем но каналам 6 и 7. Газои.н: топливо подается в камеру через сопло, Потоки топлива и воздуха сме пива- 10ТСЯ, ПРОИСХОД1ГГ фазсельное с;;-лг;-л1не топлнва. Продукты горения, двигаясь но определеннь:м траектор1гиГ 1 а, Ь, с, удаляются от горелки к нротиионолож- Hoii торцово стенке колодца, а за-- тем возвращаются к zyjiN;oBOMy окну 10 и удаляются из камеры.

Распределяя расход воздуха кольцевыми каналами с помощью регулирующего дросселя 5, при поддержа- НИИ общего расхода воздуха на пос- тоягн-юм уровне увеличивают или умень шают скорость истечения ьоздуха,Когда дроссель 5 полностью открьгг, воздух подается через оба кажита, ILHO- щйД- исч ечсния воздуха разна плоцадей ы ходных отверстий каналов 6 i 7, т.е. максимальна, а скорость истечеьшя и кинетическая энергия воздушной струи миш1мапьная. Когда дроссель 5 полностью закрыт, весь воздух подается через один внутренний кольцевой канал 7 с м еньшей площадью поперечного сече1П1Я, при этом скорость исте- че1шя воздуха и кинетическая энергия воздушной струи максималыш, Кинети-

ь

0

Ь

0

5

ческая э)1ергия нот ока продуктов сгорания на В1:1ходе из камеры не зависит от энергии струй на входе в камере, T;iK как при ностоянном расходе топлива и воздуха она опредоляется размерами дымового окна К).

Выбрав гвющади В111ход гых отверстий канатов 6 и 7 и площадь д 1мового окна 10 так, что отношение кинетических яноргий топливовоздушных струй к кинетической энергии потока продук- тов горештя в дымовом окне находится з нре,лелах от 0,8-1 до 1,8-2,0 на 1 м по длине камеры, осуществляется ци ;лическое увеличение и уменьшение детины тр:1ектории печных газов (а, Ъ, с) и соответствующее перемещение г:аксимума температур по длине камеры

Продо.т,1.ггельность одного цик.да из:-;енения Hrjjio;fceHJU дросселя по схе- fje открр гго - закрыто открыто соответствует периоду колеб-п ия скорости ; тнергии воздушных noTrjKOH от минимума до макси1-г ма и от максимума до ггпнимума и составляет от 5 до 120 с.

При отношетш энергии 1,8-2,0 на I длины траектория дви;кения печных T l tfiB чai H. - iap.T всю дичину камеры,дос- тиг ая глухого торца 1самеры. При даль- jie-riiueM пойьглеьши энергии входящих в 1. струй топлива и воздуха, когда отзюгпение энергии становится бо- .lee 2,0, темпег. атурное поле в камере не изменяется,

умент.иешп- отно: ения энергий ниже 1,Й до 1,2-1,6 дальнобойность :Г.а чела умень 11ается и Чгэсть нечных газов, не достиг-ая глухого торца ка- еры, возвршцается к дымовому окну. При этом максимум температур смещается в центральную часть камеры,

При снижении отношения энергий ас 0,8-1,0 дальнобойность факела еще н)лее уменьшается, у глухого торца колодца образуется застойная зона, 1 KOTOpoii медленно замещаются остыв- глие печные г аз):, Максимум температур смешается к горелочному торцу. Печ- газы движутся по короткой траектории с. Дальнейшее снижение энергии топливовоздушных струй, когда отношение энергий становится меньше 0,8, нецелесообразно, носкольку температура у глухого торца становится меньше, чем температура нагрева слитков (),, а температура дымовых газов у горелочрюго торыа в районе дымового окна превышает допустимый

предел стойкости рекуператора ().

Траектория движения продуктов горения еще более сокращается, горячие газы от горелки уходят через дымовое окно в рекуператор.

Увеличение неравномерности температурного поля приводит к увеличению нремени нагрева, т.е. уменьшение отношения кинетических энер1 ий менее 0,8 неэффективно и с точки зрения скорости нагрева слитков.

При увеличении отношения кинетических энергий свьше 1,0 максимум температур не приближается к горелоч иому торцу камеры и слитки, расположенные вблизи горелки, нагреваются с запаздыванием по отношению к удале ным от горелки. Поэтому эффективность предлагаемого способа снижается.

Периодически изменяя энергию топ- лшзновоздушных струй за счет измене- шш скорости истечения воздуха, под- равномерную температуру по длине камеры. Период цикла изменения скоростей истечения воздуха влияет на процесс движения газов в камере, а значит, и на распределение температур.

Результаты испытагош изменения температурного поля от периода регулирования скорости истечения воздуха представлены в таблице.

Как при цикле 5 с, так и при цикле 120 с перепа,д температуры по дди- не печи не превышает .

При циюле 5 с инерционность потока газов не позволяет увеличивать и уменьшить его длину вдоль все камеры колодца. Это происходит потому, что время действия скорости воздуха на кинетическую энергию топлив- новоздушной струи слишком мало, что- бы у;длинить траекторию потока до противоположной горелки торцовой стены, поэтому повышается температура вблизи горелки.

При цикле 120 с изменение тем- пературного поля по времени происходит слишком медленно, в результате чего проявляется неравномерность температур по длине колодца. Перепад температур возрастает с 10 до 30-60°

Изобретение поясняется следуюш 1М примером.

Воздух с температурой на выходе из рекуператора разделяется на

0

5

0

5

0

л

5

два потока и движется к горелке по параллельным трубопроводам 3 и 4, а затем по каналам 6 и 7. Площадь выходного отверстия наружного канала 6 0,186 м , а внутреннего канала 7 - 0,282 м . Общая площадь отверстий для истечения воздуха 0,468 м . Пло- щад.ь дымового окна 10 на выходе из камеры составляет 3м .

Колодец отапливается коксодомен- ной смесью с теплотой сгорания О 7540 кДж/м. Максимальный расход газа 5500 MV4 при нормальных условиях, скорость истечения газа из сопла горелки 25 м/с, максимальный расход воздуха 10200 MV4 при н.у. Длина камеры колодца 10 м. Дроссель 5 приводится во вращение с помощью чс- полнительного.механизма и совершает поворот на 90 из положения Закрыто в положение Открыто и затем обратно в течение 2 мин (120 с). При полностью закрытом дросселе 5 весь расход воздуха поступает в колодец через внутренний канал 7 с максимальной скоростью. Кинетическая энергия секундного расхода газовоздушной струи равна 2000 Вт, Кинетическая энергия продуктов горения в дымовОм окне 10 составляет - 100 Вт. Кинетическая энергия газовоздушной струи на 1 м длины камеры равна двум кинетическим энергиям потока продуктов

горения на выходе из камеры, а именI

2000 Вт

5

0

° ToiirrorS; 2. При этом про- дукты горения располагают необходимой энергией для движения по увеличенной петлеобразной траектории а (фиг.1), достигая стены 11. Максимальная температура газов в этот момент развивается в районе торцовой стены 11.

При полностью открытом дросселе 5 воздух в том же количестве поступает Е колодед через оба канала 6 и 7, в силу чего его скорость истечения минимальна. Кинетическая энергия га-, зовоздушной струи уменьшается до 1000 Вт, а кинетическая энергия потока продуктов горения в окне 10 остается без изменения (100 Вт), так как она зависит от количества дыма, которое может измениться только при изменении расхода топлива или температуры дыма. В течение одного цикла, т.е. 2 мин (120 с), расход топлива

и температура дыма остаются .-сто- янными. Тогда кинетическая энергия гаэовоздушной струи, приходящая на 1 м длины камеры колодца, примерно равна одной кинетической энергии потока продуктов горения в окне 10, а

ШОО Вт именно юмхТоОВт

При этом продукты горения па выходе из горелки не располагают необходимой энергией для движения по всей длине камеры. Траектория их движения с (фиг.1) укороченная, в ре- зультате чего максимальная температура газов развивается у горелочного торца 9. В ршЧоне стены 11 будет образовываться застойная зона с замедленным обменом дымовых газов. Темпе- ратура их в этой зоне понижается,При частичном открытии дросселя 5 траектория продуктов горения занимает промежуточное положение Ъ, а максимальная температура развивается в сред- ней части 1 ;амеры,

Таким образом, в течение полуцик- ла (1 мин) траектория движения газов в камере непрерывно укорачивается, изменяя свое положение от а до с, а в течение следующего полуцикла петлевая траектория непрерывно удлиняется перемещаясь по всей длине камеры от с до а. Нестационарное по длине камеры темперааурное поле усредняет условия нагрева всех слитков садки, независимо от места их расположения

по отношению к горелке, в результате чего достигается стандартный нагрев слитков и сокращается продолжительность нагрева садки в целом.

5 0 5

Технико-эконоьшческие преимущества данного изобретения по сравнению с способами отопления нагревательной печи заключаются в повьшении равномерности температурного поля по д:ш- не рабочего пространства и, следовательно, в уменьще1ши времени нагрева слитков на 5-10% с улучшением каче- Q стча нагрева.

Фор Мула изобретения

Способ отоплеш1я нагревательной печи, преимущественно нагревательно™ го колодца, включающий спутную подачу в рабочую камеру одного потока газового топлива и двух - внутреннего и внешнего относительно друг друга - воздушных потоков, их смешивание, факельное сжигание газообразного топлива, циркуляцию продуктов горения в камере по петлеобразной траектории и удаление их из камеры, о т- л и чающийся тем, что, с целью улучшения качества нагрева и увеличения производительности печи путем повьш1ения равномерности температурного поля по длине камеры,соотношение скоростей воздушных потоков при заданном расходе воздуха регулируют путем одновременного изменения скоростей потоков с периодом 5 - 120 с, при этом кинетическую энергию тошшвовоздуш1а х струй на входе в камеру изменяют циклически, а соотношение кинетической энергии топлива воздушных струй на входе в камеру к кинетической энергии потока продук- 0 тов горения на выходе из камеры выбирают равным от 0,8-1,0 до 1,8-2,0 на каждый метр длины рабочей камеры.

0

А,

С .. N

L4

/

.

h-7