Рекуперативный нагревательный колодец Советский патент 1982 года по МПК C21D9/70 

(5t) РЕКУПЕРАТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КОЛОДЕЦ

1

Изобретение относится к колодцам, применяемым для нагрева слитков перед прокаткой в черной и цветной металлургии.

Известны рекуперативные нагревательные колодцы с одной верхней горелкой, содержащие рабочую камеру, инжекционную горелку и керамический рекуператор Л.

Недостатком этих колодцев является значительная неравномерность температурного поля в объеме рабочей камеры. Наиболее низкие температуры и большое разрежение наблюдается в нижней части камеры в районе горелочной стенки. Это объясняется конструкцией горелочного устройства и расположением дымоубирающего канала.

Наиболее близким к изобретению является рекуперативный нагревательный колодец с отоплением при помощи одной верхней горелки, в котором для повышения уровня температур вблизи

горелочной стенки амбразура горелки расширена и выполнена полуциркульной со скосом в ее нижней части и установлены отражательные стенки в дымоотводящем канале на выходе из

5 рабочей камеры, примыкающие к боковым стенкам канала и расположенные под углом 30 к плоскости горелочной стены. При этом срез газового сопла расположен на расстоянии 6АО мм от среза амбразуры (О,615 диаметра воздушного канала горелки), а отверстия для выхода газа расположены, под углом 15-20° к оси горелки }.

Однако расширение амбразуры горел15ки в верхней части и наклон газовых отверстий сопла способствуют при высокой температуре воздуха быстрому загоранию топлива и повышению температуры факела непосредственно под крышкой колодца, что значительно снижает ее стойкость, а иногда приводит к прогару футеровки. Расширение амбразуры в нижней части горелки с до мм не приводит к значительному увеличению объема сгораемого на выходе из амбразуры газа и интенсификации падающего теплового потока на первые слитки, так как аэродинамика факела (его нижней части) не обеспечивает подачу топлива и воз духа непосредственно к основанию горелочной стенки. Газовые струи, выходящие под углом (как показали экспериментальные исследования) , сносятся воздушным потоком и не интенсифицируют в должной мере горение и теплообмен в районе горелочной стенки. Установка отражательных элементов в виде центрального столбика, примыкающего к рекуператору, и стенрк, примыкающих к боковым стенам ды моотводящего канала и расположенных под углом ЗП к плоскости горелочной стены, повышает аэродинамическое со- противление колодца, так как стенки являются плохо обтекаемыми выступами, создающими застойные зьны с обеих сторон. Кроме того, их расположение таково, что одна из сторон сли ка, обращенная к боковой стенке колодца, слабо омывается потоком греющих газов, так как отражательная стенка, направленная против потока, создает значительное гидравлическое сопротивление для прохода газов и поток преимущественно движется по центру рабочей камеры. Расположение центрального столбика непосредственно у входных каналов рекуператора создает неравномерность их заполнения дымовыми газами. Целью изобретения является улучшение качества нагрева металла за счет повышения и выравнивания температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотводящего канала и предотрращения потерь тепла в надрекуперативное пространство, и ув личение стойкости крышки. Указанная цель достигается тем, что в рекуперативном нагревательном колодце, содержащем рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, возду хоподводящий канал, газоподводящий канал в виде ряда сопел, керамический рекуператор, дымоотводящий канал и отражательные элементы, последние выполнены в виде пережимов на боковы стенках входа в дымоотводящий канал расположенный под углом AO-SO к продольной оси колодца и выступающих 3 на поперечного сечения канала, и центрального столбика в виде треугольной призмы, одно регбро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составляет 1/2-1/3 поперечного сечения дымоотводящего канала, нижнее сопло газопрдводящего канала установлено под углом АО-БП к горизонтали и снабжено воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом-и ширина которого составляет 3 диаметра наклонного газового сопла. Кроме того, амбразура горелки составляет 2,,0 диаметра воздухоподводящего канала, газовые сопла заглублены на расстояние диаметров газовых сопел, а воздухоподводящий канал выполнен заглушенным в верхней части на верхней центральный угол 90-120. Выбранные соотношения размеров и конструктивные параметры объясняются следующим образом. Отражательные стенки и центральный отражательный столбик предлагаемой формы и размеров обеспечивают экранирование первого ряда слитков от относительно холодной поверхности рекуператора, обеспечивает наименьшие потери напора по сравнению с прототипом в связи с отсутствием многочисленных застойных зон и острых обтекаемых углов и интенсивный обогрев слитков, стоящих у горелочной стены за счет перераспределения потока греюи их газов из центра рабочей камеры к стенкам Если угол между внутренней поверхностью отражательной стенки и боковой стенкой дымоубираюи его канала менее , то при этом значительно уменьшается входное сечение рекуператора, если угол больше 50°, то уменьшается сечение для прохода газов между центральным отражательным элементом и боковой стенкой, что приводит к повышению гидравлического сопротивления колодца. Угол наклона нижнего газового отверстия, доля топлива, подаваемого через него, и необходимость установки воздушного рассекателя и его размеры определены экспериментальным путем .на холодной модели. Для того. чтобы газовую струю, направленную к подине колодца, не сносило воздушным потоком, угол ее наклона и расход газа должны находиться в пре5делах 10-20% соответственно для различных видов газообразного топлива. В этом случае газовая струя вытекающая из нижнего наклонного отверстия, развивается самостоятельно вплоть до первого ряда слитков, отстоящих от горелочной стенки на 1000 1200 мм. Рассекатель, установленный под га зовым соплом, обеспечивает наличие аэродинамической тени и необходимое перемешивание топлива с окислителем при ширине, равной 3- диаметрам сопла. При ширине рассекателя, мень шей чем 3 диаметра, происходит ранний снос газовой струи воздушным потоком и сгорание топлива в прямоструйном факеле При ширине рассекателя, большей чем k диаметра, создаваемая им аэродинамическая тень такова, что газ не успевает перемешиваться с воздухом и в продуктах сгорания в районе дымоубирающего канала появляются горючие (со и Hji). Расширение амбразуры в 1, раза по отношению к диаметру воздушного канала объясняется тем, что, как показывают экспериментальные исследова ния, в этом случае наблюдается значительное увеличение теплоотдачи от начального участка факела и повышение уровня температур газов в районе горелочного факела. Выполнение амбразуры более двух диаметров воздушного канала ограничено по .конструктивным параметрам. Расположение газового сопла на расстоянии, равном 5-9 диаметрам газовых отверстий, объясняется тем, что при приближении сопла ближе, чем на 5 диаметров газовых отверстий, торцовая поверхность сопла сильно нагревается излучением из объема рабочей камеры и происходит его оплавление. При удалении сопла более, чем на 9 диаметров, газовые струи в спутном потоке практически полностью перемешиваются (на молярном уровне) с воздухом и, учитывая высокую температуру окислителя (УСО-ЗОО С), горел ка работает как устройство полного предварительного перемешивания, т.е практически все тепловыделение сосре доточено в районе амбразуры и горелочной стенки. Это приводит к тому, что дальние от горелки слитки нагре ваются более медленно, чем остальные. 3 Раскрытие амбразуры на длине окружности, ограниченной дугой в 2kO 270° (исключая верхнюю часть), т,е. . заглушенной на 90-120, связано с тем, что при раскрытии амбразуры по длине дуги, ограниченной большим центральным углом, чем 270, начинается перегрев крышки колодца в части , примыкающей к горелочной стенке колодца в связи с интенсификацией процессов смешения и горения. При раскрытии амбразуры на угол, меньший 2tO, ухудшается перемешивание струй газа с воздухом в периферийных (боковых) слоях факела и не достигается необходимый уровень температур в нижней части корня факела, что приводит к недогреву ближайших к горелочной стенке слитков (заглушка не показана). На фиг. 1 изображен предлагаемый колодец, продольный разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2, Нагревательный колодец имеет рабочую камеру 1, верхнюю двухпроводную горелку 2 с воздушным 3 и газоподводящим k каналами, который выполнен в виде ряда сопел 5 и 6, амбразуру 7, воздушный рассекатель 8, керамический рекуператор 9. Между рабочей камерой 1 и керамическим рекуператором 9 имеется дымоотводящий канал 10, в котором установлены два отражательных элемента в виде пережимов 11 на боковых стенках входадымоотводящего канала под углом S к плоскости входной поверхности рекуператора и перекрывающих по }/Ц поперечного сечения канала с каждой стороны. На выходе рабочей камеры расположен центральный отражательный столбик 12 переменного сечения в виде треугольной призмы, перекрывающей 1/2 площади поперечного сечения дымоотводящеГо канала, при этом столбик расположен так, что одно ребро призмы входит в канал между пережимами. Нагревательный колодец работает следующим образом. Слитки в рабочей камере устанавливаются вдоль боковых стен в два ряда. Нагрев осуществляется за счет тепла, выделяемого при сжигании газа в потоке воздуха, подаваемых через горелку. При этом воздух подогревается до 700-800°С в керамическом рекуператоре и подается в амбразуру 79 горелки через воздушный канал горел ки. Газ поступает туда же через газовое сопло, в котором разделяется на несколько дтруй, одна из которых нижняя, имеет угол наклона к оси горелки (). Чтобы эту струю не сдуло воздушным потоком, под газовым соплом установлен воздушный рассекатель, обеспечивающий с одной стороны, необходимую дальнобойность газовой струи и распространение ее к основанию амбразуры, а с другой - частичное перемешивание с воздухом и догорание в пределах ам бразуры. 3to приводит к повышению температуры греющих газов в районе горелки и дымоубиреющего канала, Большая часть газа выходит из газового сопла параллельными воздушному потоку струями. Такая схема движения обеспечивает необходимое для ин тенсивного горения перемешивание только после 10 калибров газовых струй, т.е. непосредственно в рабочей камере. Наличие aмбpaayJэы позволяет несколько ускорить загорание и интенсифицировать теплообмен в ее расшире,нной части. Поэтому предлагаемая конструкция горелки обеспечивает как бы трехслойный (по высоте) факел (верхняя часть, где воздушный к нал не расширяется, средняя - где газ выдается параллельными воздушно му потоку струями, но имеется амбра зура и нижняя - со скошенными участ ком амбразуры и наклонной газовой струей), Это позволяет обеспечить наиболее равномерный (с учетом теплоотвода) уровень температур по высоте рабочей камеры в районе горелки и избежать перегрева крышки коло ца. Из амбразуры факел выходит в сво бодное пространство над слитками, достигает противоположной стенки и затем разворачивается на 180 , Дале продукты сгорания движутся в пространстве между слитками, а также меж ду слитками и стенкой и поступают в дымоубирагощий канал и рекуператор. При этом на выходе из рабочей камер поток газов разделяется центральным столбиком на два потока и интенсивно омывает крайний к горелке ряд сл ков со стороны, обращенной к факелу При этом увеличивается количество тепла, передаваемое слиткам конвекцией. 8 Обращенная к боковой стене камеры, сторона слитка также интенсивно омывается газами в связи с отклонением периферийных потоков продуктов сгорания от боковых стенок за смет наличия в дымоубирающем канале боковых отражательных элементов в виде пережимов, Потери найора при этом сведены к минимуму, так как практически отсутствуют застойные зоны, входное сечение рекуператора полностью свободно, а перемещение центрального отражательного столбика позволяет регулировать гидравлическое сопротивление колодца без изменения размеров пережимов. Кроме тогф, наличие пережимов позволяет резко снизить потери тепла излучением в надрекуперативное пространство, так как оно защищено от прямого (под углом 90) излучения слитков. Использование изобретения в промышленности позволяет улучшить тепловую работу нагревательных колодцев с одной верхней горелкой, повьюить качество нагрева слитков, расположенных вблизи горелочной стены, а за счет этого сократить время нагрева всей садки на 0,25-1 ч и удельные расходы топлива на 0,5-1 кг условного топлива на тонну нагреваемого металла. Формула изобретения 1. Рекуперативный нагревательный колодец, содержащий рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, воздухоподводящий канал, газоподводящий канал в ви,де ряда сопел, керамический рекуператор, дымоотводящий канал и отражательные элементы, установленные в нем, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества нагрева металла за счет повышения и выравнивания температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотводящего канала и предотвращения потерь тепла в надрекуперативное пространство, отражательные элементы выполнены в виде пережимов на боковых стенках у входа в дымоотводящий канал, расположенных под углом к продольной оси колодца и выступающих на 1/4-1/3 пог перечного сечения канала, и центрального столбика в виде треугольной призмы, одно ребро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составляет 1/2-1/3 поперечного сечения дымоотводящего канала. 2. Колодец по п. 1, отличающийся тем, что нижнее сопло газоподводящего канала установлено под углом kO-SO° к горизонтали и снабжено воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом и ширина которого .составляет 3 Диаметра наклонного газового сопла. 3. Колодец по п. 1, отлича ющийся тем, что амбразура го..л . . ;./ . д- ..д--л-- - -А-А-Ул -. . -.-д;;. А: . д .. ;-. / . v.: А-.- .

/777.

У/7///////Л 9

7т.4

т

Фul релки составляет 1,,0 диаметра воздухоподводящего канала, а газовые сопла заглублены на расстояние 5-9 диаметров газовых сопел. k. Колодец по п 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения стойкости крышки колодца, воздухоподводящий канал выполнен заглушенным в верхней части на центральный угол 90-120. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Аксельруд Л.Г., Сухов Н.И., Тымчак В.М. Нагревательные колодцы, М., Металлургия, 1962, с. 61-6. 2. Сталь, 1978, №6, с. 5б6-5б8. V/ } ///////y// ФЧ1. //.