Радиационный нагреватель Советский патент 1992 года по МПК F23D14/12 

Bozdyx

Фиг. 2

Изобретение относится к устройствам радиационного нагрева и может быть использовано в печах химико-термической обработки металла с контролируемой атмосферой.

Известна многоветвевая (W-образная) радиационная труба, работающая по принципу двухстадийного сжигания (Крейнин Е. В., Кафырин Ю. П. Сжигание газа в радиационных трубах. - Л.: Недра, 1986-183 с.; стр. 102), содержащая излучающий кожух, в подводящей ветви которого размещено го- релочное устройство, и снабженная перфорированной вставкой в отводящей ветви.

Недостатком этой трубы является то, что периферийный (настильный) подвод газа на горение вдоль внутренней поверхности кожуха вызывает повышенное сажевыделение, быстрый рост температуры факела в первой половине подводящей ветви, что способствует повышению образование окислов азота (NOx).

Наиболее близкой к предлагаемой является многоветвевая OJ-образная) радиационная труба (а.с. СССР № 580233 М.5С 21 D 9/00, 1975 г.). Радиационная U-образ- ная труба (В. П. Михеев, В. Г. Гоман, Л. Г. Шульц, В. Е. Кривошеее, С. Е. Барк и Е. В. Крейнин - опубл. 15.11.77, Бюл. № 42), содержащая излучающих кожух с горелочным устройством в подводящей ветви, состоящим из центральной трубы с аксиальным соплом с подводом в нее газа и через боковые отверстия трубы первичного воздуха, и установленной концентрично центральной трубе с кольцевым зазором для ввода вторичного воздуха внутренней обечайкой, а также снабженная перфорированной вставкой в отводящей ветви, служащей для подачи воздуха дожигания. Подвод всего вторичного воздуха концентрично центральному потоку первичной газовоздушной смеси вызывает быстрый рост температур в первой половине подающей ветви и обуславливает наличие зон активного образования окислов азота NOx.

Цель изобретения - снижение содержания окислов азота NOx в продуктах сгорания.

Для этого радиационный нагреватель, содержащий излучающий кожух с подводящей и отводящей ветвями, установленное в подводящей ветви горелочное устройство, выполненное в виде центральной трубы с аксиальным газовым соплом и концентрической обечайки, размещенной в зазоре между кожухом и центральной трубой, и перфорированную вставку, сообщенную соединительным патрубком с источником воздуха и размещенную в отводящей ветви,

дополнительно снабжен цилиндрическим стаканом с отверстием в днище, установленным на выходе концентрической обечайки горелочного устройства с образованием

кольцевого зазора со стенкой кожуха, и радиальными соплами, выполненными в стенке центральной трубы в полости указанного стакана и имеющими суммарную площадь проходных сечений, составляющую 0,420 0,45 от площади проходного сечения аксиального сопла.

На фиг. 1 изображен радиационный нагреватель; на фигуре 2 - горелочное устройство.

5 Радиационный нагреватель содержит излучающий кожух 1 с подводящей и отводящими ветвями, горелочное устройство 2, установленнное в подводящей ветви, перфорированную вставку 3 размещенную в

0 отводящей ветви нагревателя и сообщенную по воздуху с горелочным устройством 2 соединительным патрубком 4.

Горелочное устройство 2 имеет центральную трубу 5, присоединяемую к источ5 нику газа и сообщенную с воздушной частью через отверстия 6.

Выходной конец центральной трубы заканчивается аксиальным соплом 7, а в стенке выходного конца выполнены радиальные

0 сопла 8. Для присоединения к источнику воздуха имеется патрубок 9. Между излучающим кожухом 1 и корпусом горелочного устройства 2 установлена шайба 10 для регулирования количества воздуха, подавае5 мого на горение, в подводящую ветвь. Для ограничения воздуха, подаваемого в перфорированную вставку, на соединительном патрубке 4 также установлена шайба.

В зазоре 11 между излучающим кожу0 хом 1 и центральной трубой 5 установлена концентрическая обечайка 12, снабженная на выходном конце цилиндрическим стаканом 13 с отверстием в днище, образующим кольцевой зазор 14 со стенкой кожуха 1,

5 причем аксиальное сопло 7 и радиальные сопла 8 в стенке центральной трубы 5 располагаются в полости 15 цилиндрического стакана 13.

Радиационный нагреватель работает

0 следующим образом.

Часть подводимого посредством патрубка 9 к горелочному устройству 2 воздуха через соединительный патрубок 4 поступает в перфорированную вставку 3, что обес5 печивает горение в подводящей ветви с некоторым общим недостатком воздуха и окончательное дожигание продуктов неполного горения в отводящей предпоследней или последней ветви на воздушных струях, вытекающих из перфорированной вставки

3. В результате этого происходит выравнивание температур подводящей и отводящей ветвей и высокая экономичность трубы.

Газ подается в центральную трубу 5, куда через отверстия 6 поступает также пер- вичный воздух на образование первичной газовоздушной смеси, которая направляется затем через аксиальное сопло 7 и через радиальные сопла 8 в полость 15 цилиндрического стакана 13.

Через кольцевое пространство между центральной трубой 5 и концентрической обечайкой 12 подается вторичный воздух, который на выходе вступает в процесс горения с частью первичной газовоздушной смеси, вытекающей через радиальные сопла 8, образуя факел первой стадии горения.

Отношение суммарной площади проходных сечений радиальных сопл 8 и площа- ди проходного сечения аксиального сопла 7 выбрано в пределах 0,42-0,45. Это обеспечивает в первой стадии горения соотношение газа и воздуха, достаточное для устойчивого зажигания и стабилизации го- рения, но не достаточное для стехиометри- ческого полного сгорания, что исключает наличие максимума температуры, уменьшает количество свободного азота и образования окислов азота NOX.

Из полученных экспериментальных данных следует, что при уменьшении величины отношения площади проходных сечений радиальных 8 и аксиальных 7 сопл ниже нижнего заявляемого предела (0,42) происходит резкое возрастание содержания окислов азота почти в 2 раза. При увеличении величины этого отношения выше 0,45 происходит нарушение условий стабилизации и горения в факеле первичной ста- дни, приводящее к полной неработоспособности.

К факелу первой стадии подмешивается выходящая из аксиального сопла 7 первичная газовоздушная смесь, благодаря чему соотношение газа и воздуха в этой стадии еще более уменьшается, обеспечивая понижение температуры факела второй стадии.

что соответственно тормозит процессы образования окислов азота.

Дожигание факела второй стадии начинается после подмешивания к нему третичного воздуха, выходящего из кольцевого зазора 14. Поскольку подмешивание настил ьн о подаваемого вдоль внутренней поверхности излучающего кожуха 1 воздуха происходит постепенно по длине, а процесс горения в объеме трубы сочетается с теплоотдачей от излучающего кожуха 1, в этой части вдоль подающей ветви также отсутствует резкое повышение температуры и значительно сокращается выход окислов азота. Благодаря настильному подводу третичного воздуха обеспечивается охлаждение начальной части подводящей ветви, а также растягивание зоны горения за пределы подающей ветви, что обеспечивает повышение равномерности нагрева ветвей.

Формула изобретения

Радиационный нагреватель, содержащий излучающий кожух с подводящей и отводящей ветвями, установленное в подводящей ветви горелочное устройство, выполненное в виде центральной трубы с аксиальным газовым соплом и концентричной обечайки, размещенной в зазоре между кожухом и центральной трубой, и перфорированную вставку, сообщенную соединительным патрубком с источником воздуха и размещенную в отводящей ветви, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, он дополнительно снабжен цилиндрическим стаканом с отверстием в днище, установленным на выходе концентричной обечайки горелочного устройства с образованием кольцевого зазора со стенкой кожуха, и радиальными соплами, выполненными в стенке центральной трубы в полости указанного стакана и имеющими суммарную площадь проходных сечений, составляющую 0,42- 0,45 от площади проходного сечения аксиального сопла.

Использование: в печах химико-термической обработки металла с контролируемой атмосферой. Сущность изобретения: радиационный нагреватель, содержащий излучающий кожух 1 с подводящей и отводящей ветвями, установленное в подводящей ветви горелочное устройство 2, и перфорированную вставку, сообщенную соединительным патрубком 4 с источником воздуха и размещенную в отводящей ветви нагревателя, Нагреватель снабжен цилиндрическим стаканом 13с отверстием в днище, установленным на выходе концентрической обечайки 12 горелочного устройства 2 с образованием кольцевого зазора 11 со стен кой кожуха 1, и радиальными соплами 8, выполненными в стенке центральной трубы 5 в полости стакана 13 и имеющими суммарную площадь проходных сечений, составляющую 0,42-0,45 от площади проходного сечения аксиального сопла 7. 2 ил. w Ё 10 12 14 15 VI СА Ю сь (

и

ill6

§ э §

СЗ tvj

G