Способ отопления нагревательного колодца с горелкой в центре пода Советский патент 1988 года по МПК C21D9/70 

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в эффективных схемах отопления нагревательных колод- цев метгишургических заводов.

Цель изобретения - повышение равномерности нагрева слитков, удлинение срока службы футеровки свода. Повьшение равномерности нагрева слит ков обеспечит улучшение качества тепловой обработки, снизит расход потребляемого топлива. Увеличение срока службы футеровки приведет к экономии огнеупорных материалов и повыше- нию производительности из-за более продолжительной межремонтной компании колодца. Снижение окислов азота в продуктах -орёния служит решению проблемы соблюдения чистоты воздуш- ного бассейна промышленных районов.

На фиг,1 представлена схема нагревательного колодца, иллюстрирующая .способ отопленияi продольный разрез| на фиг.2 - разрез А-А на фиг.Т,

Нагревательный колодец состоит из рабочей камеры 1, каналов 2 дымо- удалекия с размещенными в них рекуператорами 3. В центре пода установлена вертикально горелка А, которая представляет собой камерный завих- ритель с двумя тангенциальными вводами воздуха 5. В корпус по оси размещен газовый коллектор, выполненный из двух коаксиальных трубок 6. Внутренняя имеет одно осевое отверстие, наружная - 6-8 радиальных отверстий дпя истечения газообразного топлива в закрученный поток воздуха.

На боковых-стенаххдод сводом примерно на равном расстоянии от оси факела и продольной стены установлены сопла 7, выполненные с возможностью наклона в вертикальной плос- кости на угол 40-50, формирующие струи сжатого воздзгха 8.На фиг.2 схематично показаны эпю.- ры скоростей и внешняя граница сво- бодного закрученного факела в произ вольный момент времени. Естественные границы закрученного факела изменяют свое положение по высоте колодца с изменением длины факела. Кая дому сечению в произвольный момент времени соответствует своя эпюра скоростей .

Способ осуществляют следумщим пбразомо

Факел с изменяемой длиной и углом раскрытия формируют в рабочей камере колодца, на поду которого размещены слитки, подвергаемые нагреву перед обработкой давлением. Образующиеся продукты горения топлива отводят в дымоотводящие каналы. В рекуператорах за счет тепла дыма подогревают воздух и направляют его в горелку через два тангенциальных ввода. Факел с изменяемой геометрией формируют воздействуя на смешение воздуха и топлива следующим образом Изменяютплавно степень крутки воздушного потока с помощью шиберов, установленных в воздушшлх тангенциальных вводах 5 горелки. Крутку изменяют от наибольшей до наименьшей и обратно, например, от ,3 до 0,5 и обратно за выбранный интервал времени.

Крутка характеризует степень зак- рученности потока (струи, факела) и представляет собой отношение тангенциальной составлянзщей полной скорости к аксиальной (продольной) составляющей в какой-либо точке на окружности, образованной в поперечном сечении струи. Крутку потока изменяют варьируя параметр крутки на срезе сопла горелки

п

d,

п -

где п - конструктивный параметр крутки, который равен (dv.-a)/a b; d - диаметр цилиндрической

камеры завихрителя горелки (он неизменный); а, b - размеры воздушного прямоугольного тангенциального патрубка горелки.

Ширину патрубка (поперек оси горелки) а изменяют поворотным шибером

Одновременно, с изменением крутки перераспределяют газообразное топливо по трубкам коллектора по следующему закону. При увеличении степени крутки плавно уменьшают количество газа А (фиг.1) и увеличивают количество газа R и наоборот при уменьшении степени крутки плавно увеличивают количество газа А и уменьшают количество газа R. В предельньк положениях регулирования смешения наибольшей крутке воздушного потока

соответствует подача газа только радиально (газ R - 100%). Наименьшей- только .аксиально (газ А - 100%), В середине интервала варьирования крутки (п 1) имеет место подача газа в количестве 50% радиально и 50% аксиально. Такое регулирование обеспечивает изменение формы факела от узкого длинного (малый угол раскрытия и большая дальнобойность) до широкого короткого (большой угол раскрытия и малая дальнобойность).

С боковых стен из-под свода подают струи сжатого воздуха так, что они постоянно плавно отклоняются вниз и вверх на угол и-Ь( от горизонта. Отклонение организуют синхронно с изменением длины факела. В том случае, когда факел организован с наибольшей длиной, струи направлены горизонтально. Затем факел постепенно укорачивается и струи вслед за ним отклоняются на угол 40-50. Далее факел и струи движутся в противоположном направлении (вверх) и процесс повторяется. Пределы диапазона углов обусловлены тем, что при угле меньшем 40° происходит дальнейшее укорачивание факела,а струя остается и не касается самого факела. При угле большем 50° происходит касание струями поверхности слитков с одной стороны и снижение величины крутящего момента При расположении струй горизонтально у свода возникает положительньш эффект, связанный с защитой свода от пережога факелом, что удлиняет срок службы футеровки.

Пара струй сжатого воздуха, пода ваемых по касательной к образующей факела, образует крутящий момент, совпадающий по направлению с круткой факела. Тем самым происходит как бы передача дополнительной энергии вращения от струй факелу, что повышает турбулизацию н общее перемешивание дымовых газов в рабочей камере и вы- , равнивает, как следствие, поле температур в объеме вокруг слитков. Через горелку подают первичный воздух в количестве(О,85-0j9)от теоретически необходимого для горения топлива количества. Вторичный воздух подают струями сжатого воздуха в количестве (0,2-0,15JoT теоретически необходимого. Такая система подачи предопределяет двухстадийное сжи1:ание топлива:

447900

собственно 1 факеле с изменяемой геометрией и дожигание на подмешиваемых к факелу струях сжатого воздуха.

Одновременно с увеличением степени крутки факела (т.е. факел становится коротким и широким) расход воздуха через горелку уменьшают от 0,9 до 0,85, а струями увеличивают

10 от 0,15 до 0,2. С уменьшением степени крутки наоборот расход воздуха через горелку увеличивают от 0,85 до 0,9, а струями снижают от 0,2 до 0,15. Двухстадийное сжигание при

15 указанном соотношении расходов пер- вичнОго и вторичного воздуха и закономерностях их изменения приводит к снижению образования окислов азота в факеле, так как снижается темг

20 пература в зоне горения, сглаживают- |СЯ пики температур.

Указанная закономерность (при уве- личении крутки снижают количество первичного воздуха и наоборот) от25 ражает то явление, при котором увеличивается температура горения топлива с увеличением интенсивности смешения топлива с воздухом. Чтобы это- ро не происходило, снижают количество

30 окислителя и, как следствие, подавляют образование окислов азота в факеле. Выбранные интервалы варьирования объясняются следующими причинами.

При подаче первичного воздуха менее 0,85 и вторичного более 0,2 возможно образование значительного количества ядовитой окиси углерода, которую трудно дожечь на струях. Кро40 ме того, при избытке вторичного воздуха может быть снижен общий температурный уровень в пени, что. нежелательно. Если первичный воздух подать более 0,9 от теоретически необходи45 мрго количества и вторичный менее 0,15, то значительного сглаживания пиков температур в факеле не наблкщается и вследствие этого обра- зовьюаются в продуктах горения нежеgQ лательные окислы азота. Сумма количеств первичного и вторичного воздуха остается при регулировании постоянной и равной 0,9+0,,,2 1,05, т.е. это число является

gg оптимальным для вихревых горелок, .которые формируют закрученные факелы.

Способ отопления исследован на неизотермической воздушной модели колодца. В качестве движущейся ере-

35

ды был использован воздух, подавае Mbrit 4ерез модель горелки.Геометрию факела изменяли по описанному зако ну. Модели заготовок (слитки) были выполнены полыми и подогревались нихромовыми спиралями, размещенными внутри слитков. О равномерности наг- ,рева слитков судили по перепадам температур их поверхности которую измеряли зачеканенными термопарами. С равномерностью нагрева отождеств- ляли равномерность охлаждения поверхности слитков холодным воздухом. С боковых стен подавали струйки сжато

го воздуха, которые синхронно с фа- :калом отклонялись и внедрялись в него по касательной к его поверхности. Отклонение производили от горизонтальной линии до угла 45 и обрат ,но. Одновременно количество воздуха через горелку меняют от 0,85 до 0,9 .от общего количества и обратно, и вторичного от 0,2 до 0,15 и обратно. Опыты показали, что при организации способа отопления регулируемым факелом во взаимодействии со струя- ми сжатого воздуха перепады температур по поверхности слитков не пре- вышают погрешности эксперимента Из сравнения- полученных показателей по равномерности распределения температур с базовым техническим решением следует, что данный способ /обеспечивает высокую равномерность нагрева слитков, следовательно, улуч шенное качество продукции. Базовым. способом более высокие показатели не достигаются, поскольку имеет мес- то-нагрев одних слитков и недогрев других за одинаковое время нагрева и возможен пережог футеровки свода при ударе о него факела.

Экономическая эффективность по .сравнению с базовьм объектом от реализации предлагаемого способа заключается в улучшении качества нагре- ва слитков, что дает либо экономию

5

79006

топлива при заданной неизменной производительности, либо повышение производительности при постоянном расходе топлива. Кроме того, повышение стойкости футеровки свода продлевает межремонтную кампанию и позвол leT сэкономить огнеупорные материалы. Снижение окислов азота н дымовых газах, уходящих из колодца, улучшает экологическое состояние- воздушного басс.ейна промьшшенного предприятия.

10

Формула изобретения

5

30

Способ отопления нагревательного колодца с горелкой в центре пода, включающий формирование свободного факела с периодически изменяемой длиной, подачу газа в горелку двумя потоками - радиальным и аксиальным, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева слитков и удлинения срока службы 25 футеровки свода, на факел воздействуют воздушньм потоком и изменяют степень крутки факела и пропорционально изменяют расход газа, подаваемого радиально в горелку, и факел дополнительно закручивают путем подачи с двух боковых сторон его из- под свода колодца дополнительных струй сжатого воздуха по касательной и образующей факела с возможностью плавного их отклонения синхронно с изменением длины факела, причем струи при максимальной длине факела отклоняют на 40-50 от горизонтали в сторону пода колодца, а воздух, идущий на горение через горелку и дополнительными струями, подают соответственно в количестве 0,85-0,9 и 0,2-0,15 от теоретически необходимого, расход воздуха через горелки изменяют обратно пропорционально степени крутки факела, а суммарньш расход газа и воздуха на горение сохраняют постоянным.

35

40

45

50 JL

Изобретение относится к метал лургической теплотехнике и может быть использовано в эффективных схе мах отопления нагревательных колодцев металлургических заводов. Цель изобретения - повьппение равномерное ти нагрева слитков, удлинение срока службы футеровки свода. Способ вклкг чает формирование свободного факела с периодически изменяемой длиной, который дополнительно закручивают, меняя степень крутки, и подакгт с каждой боковой стены из-под свода по одной струе сжатого воздуха по касательной к образукядей факела с возможностью плавного отклонения синхронно с изменением длины факела в сторону пода на угол 40-50 и обратно, устанавливая наибольший угол отклонения струй при минимальной длине факела и наименьший - при максимальной длине факела, при этом крутящий момент пары встречных струй организуют в направлении закрутки факела. Воздух, идущий на горение через горелку и струями, подают соответственно в количестве 0,85-0,9 и 0,2-0,15 от теоретически необходимого количества, при этом с увеличением степени крутки факела расход воздуха через горелку уменьшают, а струями увеличивают, с уменьшением степени крутки расход воздуха через горелку наоборот увеличивают, а стру ями - снижают, 2 ил. СО с 4 41) «

Редактор М.Недолуженко

Фиг.2

Составитель Г.Наумова Техред М.Ходанич

Заказ 6812/31

Тираж 545

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

фиг.1

Корректор Г.Решетник

Подписное