Радиационная труба Советский патент 1974 года по МПК C21D9/00 F27B3/00 

1

Изобретение относится к технике нагрева металла радиационными трубами, устанавливаемыми в печах для химико-термической обработки.

Известны радиационные трубы, которые обогреваются путем сжигания газа или топливовоздушной смеси непосредственно в трубе.

Для обеспечения равномерного нагрева по всей длине трубы один из компонентов горения (газ или воздух) подводится в начале трубы, а другой отдельными частями вдоль трубы, или газ и воздух подводятся к началу трубы с различными скоростями с тем, чтобы обеспечить догорание топлива в конце трубы. И, наконец, газовоздушная смесь подводится к началу трубы и с помощью специального устройства равномерно распределяется вдоль длины трубы, а сгорание происходит на поверхности пористых насадок, от которых тепло излучением передается нагревателю.

Предлагаемая труба отличается тем, что она выполнена в виде замкнутого многозонного контура с изменяющимся по длине трубы сечением и с последовательным расположением зон изотермического сжатия, адиабатического сжатия, зоны смешения и сужающегося сопла.

Это позволяет повысить топливную экономичность радиационной трубы за счет многократного использования продуктов горения, а также ее теплостойкость вследствие возможности поддержания постоянства температуры газов по практически любой длине трубы за

счет работы изотермического сжатия. Кроме того, такая конструкция трубы позволяет использовать продукты горения с высокой начальной температурой (до 2000°С и выше), полученные при сжигании как газообразного,

так и жидкого топлива.

На чертеже изображена предлагаемая радиационная труба.

Она состоит из диффузоров 1 и 2 изотермического сжатия, колена 3, опорной пяты 4,

устанавливаемой в задней стенке нечи 5. Труба крепится к кожуху 6, нсестко укрепленному в передней стенке печи 7. Внутренняя полость кожуха облицована огнеупором 8 так, что на входе отработавших в диффузоре 2

продуктов сгорания (их движение организуется против часовой стрелки) образуется диффузор 9 адиабатического сжатия (т. е. без теплообмена), сопряженный со смесительной камерой 10, заканчивающейся сужающимся соплом 11.

В начале смесительной камеры выполнен патрубок 12 для отбора части отработанных газов, выше которого тангенциально к оси камеры смешения выполнена камера сгорания 13 с жаростойкой футеровкой 14. С внешней стороны расположен слой тепловой изоляции 15.

Радиационная труба работает следующим образом.

Продукты сгорания жидких газообразных тонлив движутся но трубчатому контуру радиационной трубы нротив часовой стрелки за счет ноддержания постоянных давлений, температуры и скорости на входе в сопло 11 (участок I), например Т 1510°К, Р - 1,4 кг/см, С 60 м/сек. Причем в каждом сечении контура параметры продуктов сгорания имеют вполне определенное значение, обусловленное в основном те.м, что площади проходных сечений трубы различны. Поэтому на суживающихся участках контура скорость течения ускоряется, а на расщиряющихся замедляется. Это в свою очередь ведет к изменению в нужнь1х пределах остальных параметров продуктов сгорания - температуры, давления, удельного объема.

В сопле II происходит адиабатическое (без внешнего тенлообмена) расшнрение продуктов сгорания с падением температуры и давления. Скорость нотока резко возрастает. На входе в диффузор 1 устанавливаются, например, следующие значения параметров газа: Т 1373°К, давление Р 1,0 кг/см, скорость С 526 м/сек.

В диффузоре 1 (нагревательная часть радиационной трубы) производится изотермическое сжатие продуктов сгорания с повыщением давления и надением скорости. Это обеспечивается расщиряющейся формой диффузора 1. На выходе из диффузора 1. (участок П) устанавливаются, например, следующие параметры продуктов сгорания: Т 1375°К, ,15 КГ/СМ2, С 400 м/сек. При этом за счет уменьщения кинетической энергии нотока соверщается работа сжатия (растет давление), а эквивалентное ей количество тепла передается излучением нагреваемому изделию.

Проходя по колену 3, которое может выполняться как расширяющимся, так и постоянного сечения, продукты сгорания изменяют направление движения. Соверщаемая при этом работа частично превращается в тепло и передается излучением нагреваемому изделию, а в остальном идет на изменение кинетической энергии потока. На участке П1 радиационной трубы устанавливаются, например, следующие параметры газа: Т 1373°К, ,12 КГ/СМ2, С 410 м/сек.

В диффузоре 2 (нагревательная часть радиационной трубы) производится дальнейщее изотермическое сжатие продуктов сгорания. Работа диффузора 2 аналогична работе диффузора 1. На выходе (участок IV) устанавливаются, например, следующие параметры газа: Т 1373°К, ,3 кг/см, С 150 м/сек.

Диффузор 9 служит для дальнейшего адиабатического (без внещнего теплообмена) гащения скорости потока отработавщих газов до нужных пределов. Температура и давление газов при этом увеличиваются, и на входе (участок V) в смесительную камеру устанавливаются, например, следующие параметры газов: Т 1390°К, Р 1,35 кг/см, С 50 м/сек.

В конце диффузора 9 через патрубок 12 часть отработавших газов отводится в атмосферу или в рекуператор для подогрева поступающего на сгорание воздуха. Количество

отводимых продуктов сгорания строго увязывается с количеством поступающих через камеру сгорания 13 высокотемпературных газов (до 2000°С и выше), нолучаемых от сжигания жидких или газообразных топлив. Давление в камере сгорания поддерживается несколько выше, чем в смесительной камере (например, Р 1,5 кг/см) с тем, чтобы получить на выходе из нее скорость газов большую (например, 100 м/сек), чем у отработавщих газов.

В смесительной камере (участок VI) происходит выравнивание скоростей, давлений и темнератур газов до исходных (нанример, Т 1510°К, ,4 КГ/СМ2, С 60 м/сек). Направление же струи высокотемпературных газов под углом к оси смесительной камеры обеспечивает более равномерное перемешивание газов и их подачу к соплу 11 с равномерным температурным полем по сечению.

После этого цикл новторяется, а параметры газа по длине контура радиационной трубы меняются в вышеописанном порядке.

Регулирование теплового режима радиационной трубы в любом диапазоне осуществляется изменением на входе в сопло 11 параметров продуктов сгорания (температуры, давления, скорости) при неизменной темнературе (меняется только расход) газов в камере сгорания 13. Поэтому при понижении темнературы нагреваемой среды тонливная экономичность будет расти.

Как показали расчеты по тепловому балансу тонливная экономичность радиационной трубы лежит в пределах 0,45-0,5. При осуществлении утилизации тепла отводимых по патрубку 12 газов, например, на подогрев поступающего на сгорание воздуха топливную экономичность можно довести до 0,85- 0,95.

Предмет изобретения

Радиационная труба для нагрева металла в печах, включающая патрубки подвода газа и воздуха к вынесенной камере сгорания и патрубок отвода отработавших нродуктов сгорания, отличающаяся тем, что, с целью повышения топливной экономичности и теплостойкости трубы, она выполнена в виде замкнутого многозонного контура с изменяющимся по длине трубы сечением и с последовательным расположением зон изотермического сжатия, адиабатического сжатия, зоны смешения и сужающегося сопла.