Способ отопления рекуперативной нагревательной печи Советский патент 1982 года по МПК C21D1/34 C21D9/70 

(54) СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

1 .

Изобретение отиосится к черной металлургии и может.быть использовано в рекуперативных нагревательных печах.

Недостатком р уперативмлх- нагревательных печей периодического действия, в частности рекуперативных нагревательных колодцев с центральной подовой горелкой является большая и нестабильная потеря горячего воздуха в рекуператоре на его дымовую сторону. Потеря эта обусловлена наличием неплотностей между воздушным и дымовым трактами рекуператора. При этом потери воздуха, состоящие 5-10% у нового рекуператора в процессе эксплуатации, быстро увеличиваются и во второй половине кампании колодцев могут достигать 50-60%. Настолько же уменьшается и тепловая мощность и -производительность колодца, увеличивается удельный расход топлива и угар металла, т.е. существенно снижается эффективность работы колодца.

Потери воздуха через неплотности рекуператора переменны не только в течение кампании колодца,, но и в течение одного цикла нагрева.

Это объясняется тем, что в процессе нагрева садки расход воздуха, регулируемый существующей системой автоматического регулирования (САР) соотношения топливо-воздух .до реку- . ператора, изменяется от максимального до расхода холостого хода, а при отсечках факела - до нуля.-При этом соответственно изменяется градиент давлен1|я между воздушным и дымовым трактс1ми рекуператора.

Поэтому с уменьшением абсолютного расхода воздуха на входе в рекуператор уменьшается относительная доля потери воздуха в дымовой тракт, а . следовательно увеличивается доля воздуха, поступающего в горелку.

При постоянстве коэффициента расхода воздуха (ote 1,3-1,4) на входе в рекуператор, поддерживаемого существующей САР соотношения топливовоздух, фактический коэффициент расхода в рабочем пространсгтве изменяется от 1,05 в период подъема температуры до 3-3,5 в период томления.

это дополни, увеличивает yi-ap металла и удельный расход топлива.

Таким образом, существующая САР соотношения топливо-воздух на такого рода печах не в состоянии поддер- , живать оптимальный коэффициент расхода воздуха в рабочем пространстве.

Переменньай расход воздуха через рекуператор способствует увеличению ги тлитуды колебаний средней температуры стенок рекуператора, а следоватльно и амплитуда его теплового расширения, т.е. степени и скорости раз уплотнения его стыков;

Управление расходом воздуха до рукеператора, изменяя градиент давления между воздушным и дымовым его трактами, дополнительно рааиатывает и разуплотняет стыки элементов рекуператора.

Основной причиной развития неплотностей в рекуператоре является разрушение верхней (выходной по воздуху и входной по дыму Я части рекуператора в результате тепловых ударов. Тепловые удары возникают при отсечках факела и открытиях крьлики колодца заслонки печи) .Отсечка факела, conровождающаяся и отсечкой воздуха, пркращает охлаждение рекуператора, что вызывает перегрев его верха.

Открытие крышки рабочего пространства, предшествует отсечка факела, приводит к поступлению холодного атмосферного воздуха на верх рекуператора, что вызывает растрескивание и разрзпление верха рекуператор

Таким образом, для предотвращения разуплотнения рекуператора следует стабилизировать градиент давления меду воздушным и дымовым его трактами, обеспечить охлаждение воздушного его тракта при отсечках факела, ликвидиЕювать или минимизировать поступление атмосферного воздуха через открытое рабочее пространство к верху рекуператора.

Известен способ отопления и регу|лирования давления в топках рекупе{ративной нагревательной печи, заклю чающийся в том, что, с целью предотвращения подсосов атмосферного воздуха в топку при уменьшении ее тепловой нагрузки, избыточную часть воздуха, нагнетаемого вентилятором, сбрасывают до горелки в дымоотводящий тракт топки, чем увеличивают его аэродинамическое сопротивление, а следовательно и давление в топке.

Сброс воздуха в дымовой тракт синхронно с уменьшением тепловой нагрузки предваряет уменьшение давления в топке и существенно повышает .качество регулирования давления Cl.

Однако известный способ не в соетоянии решить весь комплекс перечисленных выше задач по повышению газоплотности рекуператора, так как относится к топке без подогрева воздуха, и управление расходом сбрасыва емого воздуха осуществляется по условию постоянства давления в топке.

Вместе с тем этот способ можно использовать для защиты верха рекуператора от холодного атмосферного

воздуха при открытии крышки колодца (заслонки печи ),

Известен также способ отопления процессом Сжигания топлива в рекуперативной нагревательной печи ( колодце с верхней горелкой , включающий раздельную подачу топлива и воздуха, через рекуператор, сжигание топлива, отвод продуктов сгорания и нагрев им воздуха, подачу горячего воздуха в Печь и сброс его за рекуператором, где с целью уменьшения коэффициента расхода воздуха в рабочем пространстве в период томления после отключе ния эжектора, избыточный воздух. сбрасывают из сборного коллектора горячего воздуха после рекуператора в дымовой тракт колодца и регулируют расход сбрасываемого воздуха в этот период так, чтобы давление воздуха в сборном коллекторе оставалось постоянным на уровне 2 Па Г2.

Недостатком известного способа является то, что расход воздуха на входе в рекуператор в предыдущие периоды изменяется в заданном соотношении с расходом топлива и отсекается при отсечках факела.

Поэтому сохраняются такие разуплотнякхцие рекуператор факторы, как переменный градиент давления между воздушным -и дымовым трактами рекуператора, большая амплитуда тепловых расширений рекуператора и опасность тепловых ударов верха рекуператора при отсечках факела и открытиях крышки.

Кроме того, сброс воздуха в-дымоотводящий тракт производят только тогда, когда отключение побудителя расхода воздуха уже не в состоянии снизить Коэффициент расхода воздуха в рабочем пространстве до оптимального значения. А так как это имеет место лишь во второй половине период томления,, когда общий расход воздуха через рекуператор близок к расходу холостого хода, то сбрасываемого воздуха недостаточно для заметного аэродинамического подпирания дымоотводящего тракта колодца.

Поэтому известный способ не в состоянии предотвратить посупление холодного атмосферного вовхуда к верху рекуператора при открытиях крышки колодца.

Цель изобретения - повшиение эффективности и надежности работы печи

Цель достигается способом отопления рекуперативной нагревательной печи, включающем раздельную подачу топлива и воздуха через рекуператор, сжигание топлива, отвод продуктов сграния и нагрев ими воздуха, подачу горячего воздуха в печь и сброс его за рекуператом, расход воздуха, подаваемого -в- рекуператоу), поддерживают постоянным, а сброс горячего воздуха осуществляют обратно пропорционально расходу воздуха, поступающего в печь для сжигания топлива. Поддержание постоянного максималь ного .расхода воздуха через рекуператор при всех режимах работы печи, обеспечивая максимальную ее тепловую мощность, стабилизирует градиент меж ду воздушным и дымовым трактами реку ператора, т.е. ликвидирует его как разуплотняющий фактор. Одновременно при этом за счет пос тоянного интенсивного охлаждения минимизируется амплитуда колебаний сре ней температуры стенок рекуператора, а следовательно минимизируется степень разуплотнения рекуператора за счет его теплового расширения. Пропуск постоянного максимального расхода воздуха через рекуператор обеспечивает интенсивное охлаждение последнего и при отсечках факела, чё уменьшается опасность тепловых ударо и разрушение верха рекуператора при отсечках факела и открытиях крышки. Одновременно, сброс всего горючего воздуха в дымоотводящий тракт при отсечках обеспечивает достаточное его аэродинамическое подпирание и предотвращает поступление холодного атмосферного воздуха к верху рекуператора при открытиях крышки. Сов местное действие двух последних факторов ликвидирует тепловые удары, .а следовательно и разуплотнение верха рекуператора. Таким образом, предлагаемый спосо отопления позволяет решить все поставленные задачи по обеспечению и стабилизации максимальной газоплотно ти рекуператора. Естественно при этом минимизируют ся и стабилизируются потери воздуха в рекуператоре, что позволяет резко повысить тепловую мощность печи и точность регулирования горения, так как на постоянную величину потерь воздуха легко ввести постоянную поправку. Управление расходом сбрасываемого воздуха согласно предлагаемому способу как и известному) осуществляют перестановкой дросселя в сбросном борове, соединяющем сборный коллектор горячего воздуха с дымовым боровом печи. Однако если согласно известным сп собам перестановку этого дросселя осуществляют так, чтобы поддерживалось постоянное давление в топке или в сборном коллекторе гооячего воздуха в период томления, то в предлагаемом - чтобы поддерживалось заданное соотношение расходов топлива и воздуха, поступающего в рабочее пространство. Способ осуществляется следующим образом., После посада металла и закрытия крышки в печь подают максимальный расход топлива. . При этом непрерывно подаваемой в рекуператор воздух с максимальным расходом после рекуператора поступает на горелку с расходом, необходимым для оптимального сжигания топлива. Для этого дроссель в сбросном тракте полностью закрывается, а если есть . резерв по роряче.1у воздуху, то он прикрывается на необходимую величину для обеспечения полноты сжигания поступающего топлива. Так как весь первый период подъема температуры поверхности металла до заданной происходит при постоянном и максимальном расходе топлива, то и дроссель в сбросном тракте остается в постоянном прикрытом положении, а сброс горячего воздуха равен нулю или минимален, а тяга печи максимальна. С началом второго периода нагрева - периода томления - при неизменном максимальном расходе холодного воздуха на рекуператор по мере прогрева металла и уменьшения расхода топлива пропорционально ему приоткрывается дроссель в сбросном тракте, увеличивая расход горячего воздуха на сброс и таким образом, уменьшая расход горячего воздуха на горение по условию постоянства соотношения расходов топлива и воздуха, поступающего в горелку. При отсечках топлива, при выдаче и посаде металла в печь расход хо- . лодного воздуха на рекуператор попрежнему остается постоянным и максимальным, а дроссель в бросном тракте устанавливается в положение Открыто , обеспечивая сброс всего горячего воздуха мимо горелки в дымоотводящий тракт. При этом за счет сбрасываемого горячего воздуха соответственно увеличивается объем отходящих продуктов горения и уменьшается тяга- печи, что предотвращает подсос.холодного воздуха в рабочее пространство печи. Ввиду постоянства прихода воздуха из рекуператора в сборный коллектор перепад давлений на дросселе в сбросном борове прямо пропорционален расходу воздухана горение (при полностью закрытом дросселе максимгшен расход воздуха на горение и максимамален перепад давлений на дросселе, а при полностью открытом дросселе расход воздуха на горение минимален и /Iинимaлeн перепад давлений на дросселе) . Поэтому постоянство расхода воздуха через рекуператор и обусловленное этим постоянство потерь воздуха в нем обеспечивают постоянство связи между расходом топлива в печь и перепадом давлений на дросселе, управг ляющем расходом сбрасываемого воздуха, а следовательно и постоянство коэффициента расхода воздуха на горения при всех режимах рабооы печи.

Следовательно,перепад давления на дросселе с бросном тракте можно использовать как информацию о расходе горячего воздуха, поступающего в горелку.

Предлагаемый способ можно осуществлять с помощью следукией систe J автоматического упргирления. Система состоит из комплекта измерения расхода топлива, комплекта измерения перепада давлений на дросселе, управляющем расходом сбрасываемого горячего воздуха в дымовой боров, автоматического регулятора, на вход которого поданы выходы указанных комплеко ов измерения, задатчика 1соэффициента расхода воздуха с корректором величины потерь воздуха в рекуператоре, исполнительного механизма, на вход которого подан выход автоматического регулятора и выход системы отсечки, и указанного дросселя в Сбросном борове, сочлененного с исполнительным механизмом.

Таким образом, предлагаемой способ, обеспечивая защиту рекуператора от разуплотн эния, а следовательно, и необходимый резерв по воздуху и высокую стабильную тепловую мощность в течение капании печи, одновременно обеспечивает постоянство коэффициента расхода воздуха в течение цикла нагрева металла.

Это позволит не только повысить производительность печи и среднем за ее компаний на 15-20%, -но и уменьшить удельный расход топлива и угар металла на 10-15%, а также увеличить межремонтнйй период рекуператора.

Формула изобретения

Способ отопления рекуперативной нагревательной печи, включающий раздельную подачу топлива и воздуха через рекуператор, сжигание топлива, отвод продуктов сгорания и нагрев ими воздуха, подачу горячего воздуха в печь и сброс его за рекупера- . тором, отличающийся ;Тем, что, с целью повышения эффектив|нОсти и надежности в работе печи, расход воздуха, подаваемого в рекуператор, поддерживают постоянным, а сброс горячего воздуха осуществляют обратно пропорционально расходу воздуха, поступающего в печь для сжигания Топлива.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка Японии 52-2731, кл. F 23 N 3/00, опублик. 1977,

2.Чернецкий А.Н. и др. Усовершенствование процесса сжигания топлива

в рекуперативном нагревательном колодце. - Известия вузов. ЧМ, 1980, W 5, с. 133-136;