Радиационная труба Советский патент 1981 года по МПК C21D9/00 

1

Изобретение относится к газовьвл трубчатым нагревателям (радиацион-. ным трубам) и может быть использовано для косвенного нагрева изделий в прО№Н11ленных печах в металлургической , машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известна радиационная U-образная труба, содержащая излучающий кожух, в подводящей ветви которого размещено горелочное устройство, а в отводящей - рекуператор l .

Горелочное устройство предназначено для подачи неббходимого количества топлива и вoздyxaJ их взаимного перемешивания и сжигания топлива с необходимой скорость

Рекуператор установлен в отводящей ветви радиационной трубы и представляет собой ребристый радиатор, отлитый из жароупорного чугу или стали, внутри которого расположена стальная, трубка. Воздух поспает через центральную трубкУ, а затем по кольцевой щели между центральной трубкой и внутренней повеностью рекуператора попадает в соединительный патрубок, а оттуда - в горелку. Продукты сгорания омывают радиатор снаружи.

Недостатки такой радиационной трубы - интенсивное засаживание внутренних поверхностей ветвей радиационных труб при сжиганий высококалорийного газового топлива, которое приводит к снижению производительности и срока службы трубы. Кроме того, вследствие локального характера отложений сажи внутри радиационных

труб, процесс выжигания приводит к местным перегревам рабочих участков ветвей, неравномерному температурному удлинению корпуса трубы, деформации поворотного колена и разрыву

сварных соединений.

В настоящее время радиационные трубы конструируются с учетом диффузионного способа сжигания природного газа. Низкие выходные скорости газа и

воздуха в диффузионных горелках позволяют растянуть факел по рабочей длине трубы и получить равномерное распределение температур на рабочей поверхности трубы. Однако при диффузионном сжигании газа создаются

благоприятные условия Для образования сажистого углерода в зоне расположения головной части рекуп1ератора. Известна также радиационная jj-образная труба, содержащая излучаюсций

кожух, в подводящей ветви которого размещено горелочное устройство, а в отводящей ветви - рекуператор, выполненный в виде воздухоподводящей -трубы, и вставку, жестко скрепленную с трубой 2 .

Воздух после рекуператора одним потоком поступает в перфорированную вставку, другим - в гррелочную ветв где, в свою очередь, разделяется на первичный, идущий на подготовку газовоздушной смеси, и втрричный кольцевой. Горение всего газа при недостатке воздуха заканчивается у поворотного колена. Продукты неполного горения дожигаются в отводящей ветви на воздушных струях, вытекающих из перфорированной вставки.

Недостатком такой конструкции является невысокая стойкость, связанная с прогаром вставки. Причина прогара - размещение вставки в зоне дожигания продуктов горения. В процессе работы такой радиационной трубы дожигание газов в отводящей ветви осуществляется непосредственно вокруг поверхности вставки при недстаточном теплоотводе части воздуха, идущего по трубе на дожигание, расход которого непрерывно падает по мере продвижения по длине вставки. Несмотря на выполнение вставки из дорогих марок жаропрочных сталей, стойкость их неудовлетворительная и лимитирует длительность службы радиационной трубы в целом.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости радиационной трубы и. ее экономичности.

Поставленная цель достигается тьм, что вставка размещена в полости воздухоподводящей трубы на ее выходе, причем отношение площади сечения вставки к площади сечения трубы составляет 0,07-0,5. Кроме того, вставка снабжена установленным внутри завихрителем.

Такое конструктивное выполнение радиационной трубы позволяет увеличить ее эксплуатационную стойкость за счет устранения прогара вставки снижения перегрева головной части рекуператора, улучшения организации дожигания газов в отводящей ветви.

На фиг, 1 показан разрез Ь-образной радиационной трубы; на. фиг. 2 - рекуператор со вставкой, продольный разрез..

Радиационнс1Я труба имеет излучающий кожух, представленный трубой 1 подводящей ветви, поворотным коленом 2 и трубой 3 отводящей ветви, в которой расположен рекуператор 4, а в трубе подводящей ветви установлено газогорелочное устройство 5. К вспомогательным элементам относятся монтажный короб б, установочная плита 7, Опора 8 и соединителная труба 9 для подогретого воздуха корпус 10 рекуператора, воздухоподводящую трубку 11, вставку 12, голоную часть (головку) рекуператора с центральным отверстием 13, завихритель 14.

Ветви излучающего кожуха выполн,яют из жаростойкой стали Х23Н18, либо из других хромоникелевых .сталей, например Х18Н9Т или Х25Н20С2. Поворотное колено выполняется из тех же марок жаростойкой стали литым или сварным.

Рекуператор 4 выполняется из чугуна ЖЧХ-1,5 (ЖЧС-2), или из стали Х18Н10, литой или сварной конструкции .

Вставка выполняется прямоточной цилиндрической или цилиндроконической формы, жестко закрепленной в центральном отверстии головной части рекуператора, либо установленной свободно и коаксиально в воздухоподводящей трубке на ее выходе. Форма вставки зависит от диаметра отводящей трубы. Величина выходного сечения F вставки выбирается в завсимости от живого сечения Fj воздухоподводящей трубки, а их оптимальные соотношения находятся в пределах , 07-0,5. Величина выходного сечения вставки выбирается в зависимости от расхода .вторичного воздуха и скорости истечения, необходимой для проникновения воздушного потока на всю длину отводящей ветви.

Устройство работает следуювщм образом.

Вентиляторный воздух в количестве, необходимом для обеспечения полного сжигания газа при заданной тепловой мощности радиационной трубы, подается в воздухоподводящую трубку,которая снаружи омывается уже-частично подогретым воздухом. В выходной части воздухоподводящей трубки происходит разделение воздуха на два потока: первичный совершакиций поворот в головной части рекуператора, отбирающий тепло от корпуса рекуператора, нагревающий воэдухоподводящую трубку, поступает в газогорелочное устройство, и вторичный - поступает в полость вставки, откуда подается центральным потоком в отводящую ветвь трубы. Пережим вставкой сечения трубки на выходе рекуператора в его головной части способствует увеличению скорости потока и динамического напора первичного воздуха и улучшает охлаждение омываемой головной части.

Первичный воздух из рекуператора подается через соединительную трубу .в горелку в подводящую ветвь трубы на диффузионное сжигание газа с коэфициентом избытка воздуха об 0,5-1,

при этом газовый и воздушный потоки идут параллельно с движением газа по центральной части и воздуха по периферии трубы. Смешение газа с воздухом происходит медленно, в результате чего внутри радиационной трубы образуется длинный светящийся факел Горение газа при недостатке воздуха заканчивается у поворотного колена. Расчетная длина-факела горения достигается выбором необходимого диаметра газового сопла и регулировкой соот ношения скоростей газа и воздуха в зависимости от принятой степени недожега. Тепло факела передается стенкам излучающего кожуха, который является экраном, излучающим тепло в печь. Одновременно в полость отводящей ветви трубы навстречу продуктам неполного гврения подается вторичный воздух из рекуператора через вставку. В связи с тем, что концентрация продуктов неполного горения максимальная в центральном потоке газов, воздух подводится именно туда, с организацией процесса горения во встречном центральном потоке окислителя в количестве, обеспечивающем равную температуру нагрева подводящей и отводящей ветвей.

При осесимметричном истечении из вставки струя вторичного воздуха захватывает часть уходящих продуктов горения и обеспечивает рециркуляцию дымового потока, что способствует снижению калориметрической температуры в отводящей ветви и увеличивает степень подогрева вторичного воздуха до 500-бОО°С.

Размещение вставки в полости воздухоподводящей трубки на ее выходе позволяет исключить возможность прогара вставки; увеличить выходные скорости и скоростной напор вторичного воздуха в головной части рекуператора} увеличить поверхность теплосъема и головной части рекуператора, повысить дальнобойность струи вторичного воздуха; подать полный расход вторичного воздуха в зону максимального тепловыделения отводящей ветви , организо.вать стабильную рециркуляционную зону на выходе из рекуператора , увеличить степень подогрева вторичного воздуха, упростить изготовление радиационных труб использовать для вставк.и недорогие и недефицитные марки металла.

Вьтолнение живого сечения -вставки 12 F. размещенной в полости воздухоподводящей трубки сечения равным 0,07-0,5 живого сечения воздухоподводящей трубки обеспечивает пол ное и постепенное дожигание газа в отводящей ветви при минимальном коэффициенте расхода воздуха, не увеличивая аэродинамического-сопротивления трубы в целом.

Снижение указанного отношения менее 0,07 приближает (сдвигает) процесс горения к рекуператору и ухудшает охлаждение его головной части за счет уменьшения активности струи вторичного воздуха, Превышение указанного отношения более 0,5 повышает гидравлическое сопротивление отводящей ветви и радиационной трубы в целом, а также приводит к дожиганию горючих компонентов в зоне noBOpOTHo.ro колена.

Снабжение вставки установленным внутри завихрителем обеспечивает вращательное движение вторичного воздуха в полости отводящего колена, что способствует энергичному перемешиванию кислорода вторичного воздуха и продуктов неполного горения с горючими компонентами, исключая тем самым возможность сажеобразования в трубе. Благодаря интенсивному перемешиванию встречающихся потоков процесс дожигания в отводящей ветви приобретает устойчивость в широком диапазоне регулирования производительности трубы.

Таким образом, предлагаемая конструкция и-образной радиационной трубы позволяет увеличить эксплуатационную стойкость и улучшить ряд технико-экономических показателей.

35

Формула изобретения

1.Радиационная труба и-образной формы, содержащая излучающий кожух,

в подводящей ветви которого размещено горелочное устройство, а в отводящей ветви - рекуператор, выполненный -в виде воздухоподводящей трубы, и вставку, жестко скрепленную с трубой, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости и экономичности, вставка размещена в полости воздухоподводящей трубы на ее выходе,

причем отношение площади сечения вставки к площади сечения трубы составляет 0,07-0,5.

2.Труба по п. 1, отличающаяся тем, что вставка снабжена установленным внутри нее завихрителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Справочник конструктора печей прокатного производства. Под

ред. В,М.Тымчана, М., Металлургия, 1970, т. 1, с. 411-413.

2.Авторское свидетельство СССР 580233, кл. С 21 Ь 9/00, 1975. Sofdyxa 3 t Bofdyx на горелку (,10 (j. / 3 11 2 lit 1} УЛ n oStjum горения Ыдк