Трубчатая вертикальная печь Советский патент 1989 года по МПК F27B5/00 C10G9/20 

I . - . - 1

; Изобретение относнтся к конструк- :циям печей-теплообменников и может ;быть использовано на заводах металлургической, газовой и нефтяной промышленности.

Цель изобретения - снижение расхода топлива.

На чертеже представлена схема конструкции трубчатой вертикальной печи.

Печь содержит цилиндрическую радиационную 1 и прямоугольную конвективную 2 камеры теплообмена, систему труб 3 с нагреваемой технологической жидкостью, горелочное устройство 4, закрепленное в днище радиационной камеры. Горелочное устройство представляет собой камерный завихритель с простым тангенциальным подводом воздуха 5 и газовым коллектором, выполненным в виде двух коаксиальных трубок 6. Полая керамическая вставка

7 установлена на днйщё в(гр тйкально вдоль оси печи, она состоит из верхней конической 8, средней цилиндрической 9, нижней конической 10 частей. Стальной корпус 11 печи футерован жаростойким бетоном 12 со стороны рабочего пространства. Печь закреплена на основании посредством

рамы 13,

Печь {работает следующим образом. Включают газогорелочное устройство 4 и циркуляцию технологической жидкости по трубам 3 конвективной и радиационной камер. Горелочное устройство выполнено в виде вихревой горелки по типу камерного завихрителя с простым тангенциальным подводом воздуха 5. Топливо в завихритель подают по коллектору 6, состоящему из двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых оканчивается одним аксиальным отверстием для истечения газообразного тошшва (газа), а внешняя - (6-8) отверстиями, расположенными по радиусу трубки для истечения газообразного топлива (газ R). Патрубок тангенциального ввода воздуха 5 выполнен прямоугольным. В нем установлен с возможностью поворота вокруг оси горелки круговой шибер с прорезью, В трубках 6 также уста- новлены поворотные шиберы, которые системами тяг соединены с круговым шибером и мапооборотным электродвигателем. При вращении электродвигателя система тяг приводит.в действие шкберы по следующему принципу. При положении прорези кругового шибера по центру патрубка степень крутки воздушного потока равна нулю (поток, а значит в целом факел прямоточный). В этом случае полностью все подаваемое топливо (100%) истекает в воздушный поток из аксиального отверстия. Круговой шибер медленно поворачивается в ту или иную сторону, прорезь отклоняется от центрального положения в патрубке и приближается к его стенке. Тем самым увеличивается степень тангенциальности ввода воздуха, а значит его степень крутки в камере завихрения. Одновременно и синхронно с перемещением кругового шибера поворачиваются шибера в трубках для газа А и для газа R, перераспределяя топливо по ним до тех пор, пока все топливо не будет вытекать из радиальных отверстий внешней трубки (газ R 100%). В положении прорези примерно посередине между осью и стенкой патлением подачи топлива в направлении аксиального отверстия. Факел при этом плавно удлиняется и сужается. В результате границы факела как бы скользят по внутренней поверхности вставки, т.е. форма факела в динамике его периодического изменения повторяет форму вставки. Форма вставки выбрана в соответствии с регулируемой формой факела.

Факел, сформированный внутри вставки, разогревает ее равномерно п длине. Керамическая вставка в основном за Счет конвекции раскаляется и излучает энергию на поверхность труб. Части продуктов сгорания топлива из верхней части радиационной камеры движутся вниз в зазоре между вставкой и трубами и подсасывается через перфорацию нижней части вставки к корню факела. Тем самым исключаются застойные зоны в нижней части камеры у днища печи и сглаживаются пики температур факела, что влечет за собой снижение образования окислов азота в продуктах сгорания топлива. Кроме того, исключается возможный перегрев нижней части вставки при прососе более холодных дымовых газов.

Размеры полой керамической вставки обусловлены формой регулируемого закрученного факела и условиями входа потока из радиационной в конвективную камеру. Высота вставки HOOT составляет 0,7-0,8 высоты радиационной камеры Нр,. Если ,7 Нр.к, то часть поверхности труб в верхней

Изобретение относится к конструкциям печей - теплообменников и может быть использовано на заводах металлургической, газовой и нефтяной промышленности. Цель изобретения - снижение расхода топлива. Печь содержит радиационную и расположенную над ней конвективную камеры теплообмена, систему труб с нагреваемой технологической жидкостью в каждой камере и горелочное устройство, закрепленное в днище радиационной камеры. Горелочное устройство выполнено в виде вихревой горелки, формирующей закрученный факел с изменяемой геометрией. Вихревая горелка вы- полнена по типу камерного завихрите- ля с тангенциальным подводом воздуха и газовым коллектором, состоящим из а S (Л с:

, рубка степень крутки воздушного пото- 40 части радиационной камеры не находитка равна половине от максимальной, при этом 50% топлива будет истекать из аксиального отверстия, а 50% - из радиальных отверстий. Описанным образом процесс повторяют непрерывно.

В результате управления горелкой внутри вставки формируют закрученный факел с изменяемой геометрией. Под изменением геометрии следует понимать одновременное изменение и угла раскрытия, и дальнобойности факела. - Наибольшая степень крутки воздушного потока в сочетании с радиальным истечением газа дает факел с минимальной дапьнобойкостью и максимальным углом раскрытия. Факел своими границами омывает нижнюю часть вставки. Далее крутку плавно уменьшают до нулевого значения в сочетании с перераспреде

ся под прямым воздействием излучения разогретой вставки и, следовательно, интенсивность теплообмена снижена. При ,8 Н р.; струя продуктов сгорания, вытекающая из вставки, обладая углом раскрытия, характерным для прямоточных турбулентных струй и рав- ным в среднем 20, не полностью заполнит поперечное сечение конвективной камеры. По этой причине снизится доля передачи тепла конвекцией от дыма к трубам конвективной камеры, что приведет к сжиганию лишнего количества топлива.

Оптимальный диаметр вставки D jj- лежит в пределах 0,65-0,75 диаметра радиационной камеры D р.к. При D ст 0,65 D р,к объемное теплонапряжение внутри вставки при сильно закрученMOM факеле может возрасти настолько, Ч:то она разрушится. ,75 D р.к кольцевой зазор между стенами камеры И наружной поверхностью вставки уменьшается настолько, что циркуляция дымовых газов в зазоре в направлении сверху вниз становится затрудненной. Снижение кратности циркуляции приведет к увеличению перепадов температур по высоте в зазоре, кро- jie того, слабое разбавление факела |5ает повышенный- выход окислов азота Ь продуктах сгорания.

Соотношения высот конических час- |гей и цилиндрической части вставки, |а также конусность торцов выбраны в соответствии с геометрией закручен- иого регулируемого факела. Геометрию 1)акела определяет степень крутки воз душного потока и интенсивность полного смешения топлива и воздуха. При отношении высоты верхней конической части к цилиндрической меньше 9, а нижней - меньше 1,8 факелу внутри вставки как бы тесно, что приводит |к неполному горению топлива и его ;перерасходу. Если соответствующие высоты больше 10 и 2, то закрученный факел своими эффективными границами :не будет касаться внутренней поверх- |ности вставки, происходит отрыв фа- кела от стенок. При этом может воз- 1 шкнуть слой продуктов сгорания более холодных, чем в факеле, который :перемещается по внутренней поверхности вставки встречно основному потоку и подстуживает ее.

При угле конусности верхней части вставки, меньшем Ш, и нижней части вставки, - меньшем 20°, также возможен отрыв факела от внутренней поверхности вставки. В нияоией части отрыв происходит в случае больших сте- пеней крутки, в верхней части - в случае прямоточного или слабоэакру- ченного факела. При угле конусности, большем 15, для верхней части и большем 30 для нижней части также возникает эффект стесненности факела внутри вставки, что вызывает неполное горение топлива и его перерасход Кроме того, могут возникнуть повышенные тепловые напряжения в объеме вставки, что снижает срок ее эксплуа тации. Повышенная конусность нижней части (угод -7 30°) снижает устойчивость вставки в вертикальном псложе

0 0 g

5

НИИ особенно в условиях высоких температур .

На поверхность труб радиационной камеры нанесено покрытие со степенью черноты 5 не менее 0,9, а на внутрен- нюю поверхность стен - со степенью черноты не более 0,2. Это необходимо для обеспечения наиболее высокого коэффициента теплоотдачи к поверхности труб с нагреваемой технологической жидкостью и возможно наименьшего коэффициента теплоотдачи (высокой отражательной способности) к стенам радиационной камеры.

Нижняя часть вставки перфорирована до высоты 0,2-0,25 высоты радиационной камеры. Степень перфорации Е составляет 0,05-0,07. Указанные диапазоны значений определяют оптимальную циркуляцию части дымовых газов по контуру: кольцевой зазор - внутренняя полость вставки. При H|,jp,0,25 Hp.k ,07 чрезмерно возрастает кратность циркуляции, что приводит к слишком большому подсосу дыма к корню факела и ухудшению горения топлива, при Hnepi 0,2 Н р.к , Е ,05 кратность циркуляции уменьшается настолько, что приводит к появлению застойных зон.

Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить интен-. сивный теплообмен в рабочем пространстве печи, что позволяет максимально снизить расход топлива.

Формула изобретения

1 1Д673478

степенью черноты не менее 0,9, внут-тш коническими соответственно с угренияя поверхность стен камеры имеетлом конусности 10-15 и 20-30, а от

покрытие со степенью черноты не бо-ношение высот верхней конической,

лее О, 12.средней цилиндрической и нижней ко2. Печь по П.1, отличаю-нической частей вставки составляет

щ а я с я тем, что вставка выполне-9-10:1,0:1,8-20.

на высотой Of7-0,8 высоты радиацион-3. Печь поп,1,отличаюной камеры, диаметр ее циливдричес-щ а я с я тем, что высота перфорикой части составляет 0,65-0,75 диа- Q рованной части вставки составляет

метра камеры, причем сужения в верх-0,2-0,25 высоты радиационной камеры,

ней и нижней частях вставки выполне-а степень перфорации - 0,05-0,07.