CS244803B2 - Industry burner - Google Patents

Description

Hořák na plynná nebo kapalná paliva rekuperačním předehříváním vzduchu, zejména k vytápění pecních prostorů průmyslových pecí, kde do keramické spalovací trubky 5'ústí souosá vzduchová přívodní trubka 6 tvořící Část rekuperátoru, v níž je umístěn vzduchový volicí válec 11, který se vzduchovou přívodní trubkou 6 omzuje, prstencový prostor 12 pro přívod spalovacího vzduchu.

* Aby při předehřřáí spalovacího vzduchu na vysokou teplotu u ústí hořáku nebyly rekujprátor 7, vzduchová přívodní trubka

6, spalovací . trubka 5 a * ostatní Části hořáku . příliš tepelně namáhány, navazuje na prsttmcový prostor 12 na konci vzduchové přívodní trubky 6 kruhová tryska 15 umístěná přímo u vnitřní stěny spalovací trubky 5, ze které proudí spalovací vzduch s vysokou rychlostí ve formě prstencového vzduchového paprsku polál viitřní stěny spalovací trubky 5. Mm to je konec vzduchové přívodní trubky 6 přídavně chlazen plyn^uv, který proudí mzi ní a spalovací trubkou 5 a je chladnější než plyny plamene.

2448O3

244803 2 vynález se týká průmyslového hořáku pro plynná nebo kapalná paliva s rekuperačním předehříváníe vzduchu, zejména k vytápění pecních prostorů průmyslových pecí, se vzduchovou přívodní trubkou, která je připojena k souosé keramické spalovací trubce, tvoří část rekuperátoru protékaného z jedné strany spalinami a z druhé strany v protiproudu spalovacím vzduchem a obklopuje přívodní palivovou trubku menšího průměru, sahající až do oblasti ústí hořáku, přičemž ve vzduchové přívodní trubce je umístěn vzduchový vodicí válec, omezující spolu se vzduchovou přívodní trubkou prstencový prostor pro přívod spalovacího vzduchu, jenž ústí v oblasti ústí hořáku do koaxiální kruhové trysky, z níž vychází spalovací vzduch se zvýšenou rychlostí ve tvaru prstencového vzduchového paprsku, přičemž u konce spalovací trubky je vytvořen průchod plynu, protékaný chladicí proudem plynu o nižší teplotě než je teplota plamene.

Takový průmyslový hořák, popsaný např. v německém spise DOS 21 65 172, slouží k vyhřívání sálaných žárových trubek, je však použitelný i k přmému vytápění pecních prostorů průmyslových pecí.

Vestavěný rekuperátor odebírá spalin«m část tepla, které se využívá k předehřátí spalovacího vzduchu, aby se zvýšila účinnoot. Se zvyšujícím se předehřátí však dochází zejména u ústí hořáku, tedy v pásmu paliva a vzduchu, i ve vlastním spalovací prostoru ke značnému tepelnou na^á^i^c^r^í, obzvváště spalovací trubky.

Aby se zabránilo jednostamééeu přehřátí spalovací trubky v oblasti trysky hořáku, je kovová spalovací trubka, nasazená na keramickou trysku hořáku, uspořádanou mezi vzduchovou přívodní trubkou a spalovací trubkou, opatřena průchody plynu ve tvaru zpětných kanálů, kterými se nasávají ochlazené spaliny do spalovací trubky.

K nasávání dochází působením plynů plamene, které vycházzjí s vysokou rychlootí z trychtýřovité trysky hořáku. Spaliny, nasávané zpětnými, kanály tvořenými věncem otvorů ve stěně spalovací trubky, se však mohou přimykat k vnitřní stěně spalovací trubky až ve směru proudění za tryskou, aby se teplota po délce spalovací trubky do jisté míry vyrovnala a aby se tedy dalo pouuít spalovací trubky z oceli. Ke chlazení přímo v místě spojení spalovací tnibky a trysky hořáku nedochází.

Při vzrůstajícm předehhátí spalovacího vzduchu, např. až na 50 % teploty pecního plynu, se meuí v důsledku tepelného zatížení vysokou teplotou plamene používat keramické spalovací trubky.

Její spojení s kovovou vzduchovou přívodní trubkou však způsobuje problémy, vyvolané m chemickou citlivostí keramického mateelálu a různou teplotní roztažností kovové . vzduchové přívodní trubky a keramické spalovací trubky.

V průmyslovém hořáku podle britského pat. spisu č. 1 099 232' je mezi keramickou spalovací trubkou a tryskou, která má tvar krátké spalovací komory s žárovzdornýe vnitřnm povlakem, vytvořena mmžera.

Spalovací tjubka má po^Ž^irně velký průřez, takže se přes prstencovou mezeru íízí ní a tryskou. mohou nasávat spaliny, které snižují teplotu plamene ve spalovací trubce. Mee^a mzi spalovací trubkou a tryskou i vzduchovou přívodní trubkou sice částečně odstraňuje potíže s připojování spalovací trubky, vyvolávané tepenném zatížení, ovšem je třeba počítat s tm, že · do spalovací trubky přichází poeírně velké mnoství spalin, což není vždycky žádoucí.

Účelem vynálezu je vytvooit průmyslový hořák s poměrně sHným předehřívání spalovacího vgduChu tak, aby u ústí hořáku nedocházelo k nepřípusnéíiu namáhání rekuperátoru případně vzduchové přívodní trubky ani keramické spalovací trubky, které by snižovalo jeho životnost a provozní spolehlivost.

. 244803

Podstata vynálezu spočívá v tom, že kruhová tryska je umístěna na wiitřní stěně kramické spalovací trubky a průchod plynu je vytvořen mezi So sebe zasunutými konci vzduchové přívodní trubky a spalovací trubky.

Spalovací vzduch, který vystupuje z kruhové trysky, proudí přímo po v^n^ltřní stěně keramické spalovací trubky a teprve potom se smíchá s palivem a tvoří plamen. Průchod plynu mjzi keramickou spalovací trubkou a vzduchovou přívodní trubkou brání . .tomu, aby v tomto kritickém mstě jéjich spojení nevznikla příliš vysoká teplota, která by mohla vést k porušení, zejména keramické spalovací trubky.

Současně tvoří průchod plynu imzi do sebe zasunutými konci vzduchové přívodní trubky a spalovací trubky uvoonitelný spoj imzi ústím hořáku a spalovací trubkou, aniž by horké plyny mohly proudit zpátky a poško^t ústí hořáku nebo keramickou spalovací trubku, i když ve spalovacím prostoru panuje jistý přetlak.

Jako chladicí plyn, přiváděný do průchodu pro plyn mezi konci vzduchové přívodní trubky a spalovací trubky, slouží bud ochlazené spaliny nebo předehřátý spalovací vzduch.

Vynález je dále vysvětlen v souviilooti s příklady provedení znázorněnými schematicky ve výkrese, kde značí obr. 1 v bokorysnO pohledu osový řez pxůmyslovým hořákem prvního provedení, obr. 2 část hořáku z obr. 1, znázo^n^ící v odlišném měěítku osový řez kruhovou tryskou a obr. 3 bokorysný pohled na osový řez částí hořáku podle druhého provedení.

Průmyslový hořák .4 slouží k vytápění pecního prostoru .1 průmyslové pece, jehož stěna 2 má válcový průchozí otvor

Hořák' 4. sestává z válcové keramické spalovací trubky .5, do které ústí souosá vzduchová . přívodní trubka .6, jež tvoří část rekuperátoru 2- tekuupertor 7. je vytvořen jako tzv. žebrový rekuiprátor.

Na čelní straně má vzájemně spojené trubkové úseky 8, které nesou teplosměnná žebra 2, 10 ’vyčniviaící ven a Sonaitř. Do vzduchové přívodní trubky £ je vsazen souosý vzduchový vodicí válec . 11, který spolu se vzduchovou přívodií trubkou £ omeuje prstencový prostor⁴ 12.

*

V prstaccovém prostoru 12 leží teplosměnná žebra £ rekuperátoru J-a ústí do něj . přívodní hrdlo' 13 pro spalovací vzduch. Na prstencový prostor 12 navazuje v oblasti ústí ' 14 hořáku 4 kruhová tryska 15, která je detailně zobrazena na obr. 2 a ze které vychází spalovací vzduch s vysokou rychlootí ve tvaru prstencového vzduchového proudu podél vnitřní stěny spalovací trubky £, 3ež obklopuje spalovací komoru 16.

Umntř vzduchového ' vodícího válce ' 11 je umístěna souosá palivová přívodní trubka⁴ 17 meiního průměru, která sahá až do blízkosti ústí '14. hořáku £.

Při provozu hořáku se palivovou přívodní trubkou 17 přivádí plynné nebo kapalné palivo, jak je naznačeno šipkou .18, které se v oblasti ústí 14 hořáku 4. a ve spalovací komoe-16 · promíchává s paprskem spalovacího vzduchu, vy^s^ť^;jl^cm ve tvaru prstence z kruhové trysky 15, a po zapálení hoří plamenem ve spalovací prostoru 16 uzavřeném штШ spalovací trubky 2, která je z karbidu křemíku.

Na obr. 1 je znázorněna otevřená spalovací trubka .5} spaliny vycházeeí ze spalovací komnry 16 do pecního prostoru .1 a proudí potom ve směru šipek . 19 prstencovou štěrbinou mezi spalovací tiubkou 2 a vnitřní stěnou otvoru 2 ve stěně . 2 pece do sběrné komory . 20, odkud se odváádjí .odváděcím hrdlem 21·

Přitom odevzddáají spaliny na dráze z pecního prostoru £ do sběrné komory 20 část svého tepla přes teplosměnná žebra 2> Ί0 rekuperátoru přiváděnOu spalovacOu vzduchu, který se tak předehř^á. ’

I

244803 4

Rekuperátor 1_ je dimenzován tak, aby spalovací vzduch se předehříval nejméně na 50 % a s výhodou na 65 % i víc teploty pecních plynů, která panuje v pecním prostoru £. Tím se dosáhne podstatného zvýšení účinnosti hořáku; naproti tomu jsou však součááti hořáku ležící v oblasti jeho ústí 14 vystaveny vysokému tepelnému namcáicáií. Při provozní teplotě v peci rovné kolem 1 200 °C má oblast ústí 14 hořáku 4. za těchto okolností teplotu přesahující 1 000 °C. · .

Aby se zabránilo nadměrnému opotřebení hořáku v místě jeho ústí 14, jsou podle vynálezu vytvořena tato speciální opatření: V provedení podle obr. 1 a 2 je keramická spalovací trubka £ volně nasunuta na zúžený konec vzduchové přívod! trubky £ tak, že vzduchová přívod! trubka' £ vyčnívá o předem stánovenou vzdálenost do spalovací trubky £.

Prstencový proud spalovacího vzduchu, který vychází z kruhové trysky ' 15 s rychlostí alespoň 50 m/s, vztaženo na jmennoité zatížení a na teplotu spalovacího vzduchu rovnou 500 °C v ústí 14 hořáku' 4_, obtéká, jak již bylo uvedeno, podél vnitřní plochy pláště spalovací trubky £.

Přitom tento vzduchový proud omezuje spolu s vnitřní plášťovou plochou spalovací trubky 5. prstencovou podtlakovou oblLas-t' 22, která je spojena prstencovou štěrbinou' · 23, ležící mezi tou Částí vzduchové přívodní trubky £, která vyčnívá do spalovací trubky £, a vnitřní plochou pláště spalovací trubky 5., s prsennoovým prostorem mezi spalovací trubkou' 5. a vn!třií stěnou otvoru 3. stěny 2. pecte, kterým proudí spaliny vycházzeící z pecního prostoru · K

Působením podtlaku pařícího v.podtlakové oblasti 22 jsou spaliny nasávány prstencovou štěrbinou 23, jak znázooňuuí šipky 24. Poněvadž spaliny jsou ve srovnání s plyny plamene poměrně chladné, dochází k ochlazování vzduchové přívodní trubky $_ a spalovící trubky⁴£ v obl-aatd ústí · 14 hořáku 4_, takže tyto souččáti hořáku jsou přes silné předehřívát! spalovacího vzduchu udržovány na provozní teplotě, která je přípustná z hlediska opotřebení materiálu.

Kruhová tryska 15 má menU průměr než v^třní plášťová plocha spalovací trubky· £, jak ukazuje obr. 2. Její vzdálenost od vnitřní plášťové plochy spalovací trubky'£ je vždy třeba z^c^ll^it podle daných poměrů. '

Prstencová štěrbina 23 mezi vzduchovou přívodní trubkou 6. a spalovací trubkou 5. se· dá jednoduše vytvooit tm, že se keramická spalovací trubka £ nasadí volně na vzduchovou přívodní trubku £, jak ukazuje obr. 1.

Zásadně je však možné vytvoořt vlast!, například s osou hořáku 4 rovnoběžné průtokové kanály v oblasti prstencové štěrbiny' · 23; k tomuto účelu může být například vnitřní plášťová plocha spalovací trubky £ opatřena osovým drážkami, nebo vzduchová přívodní trubka £ může být v části zasunuté do spalovací trubky 5. zvlněná.

Rovněž je možné vytvoořt ve spalovací tnubce 5. v obbasti prstencové štěrbiny 23 otvory směřující radiálně ven, kterými mohou proudit spaliny do podtlakové oblasti 22.

V hořáku £ podle obr. 1 a 2 je konstrukce provedena tak, že se tento hořák £ hodí pro takové podmínky, kde ve spalovací komoře ' 16 panuje pouze nepatrný protitlak. To platí například při pobití hořáku 4. v sálavých trubkách nebo při provozu s malou výstupní rychlootí spalin, to znamená s otevřenou spalovací trubkou £, jak ukazuje obr. 1 a 2.

Mááli být použito hořáku podle vynálezu, který zajišťuje vysoké předehřívání spalovacího vzduchu, v takových provozních podmínkách, kde se dá očekávat, ve spalovací komoře 16 poměrně velký protitlak, například tehdy, maaí-11 se plyny plamene urychlit na vysokou rychlost pomocí tryskově zúženého konce ' 25 spalovací trubky J, může dojít k tomu, že popsané nasávání spalin přes prstencovou štěrbinu 23 a podtlakovou oblast' 22 není dostatečné · účinné.

V tomto případě má hořák £ konstrukci podle obr. 3. V hořáku · £, znázorněném na obr. · 3 pouze ve výřezu, jsou stejné součáát! označeny stejnými vztahovým, značkami jako na obr. 1a 2.

Na rozdíl od předchozího provedení je keramická spalovací trubka' £ zasunuta volně do válcově zúžené vzduchové přívodní trubky £, aniž by mezi spalovací trubkou a vzduchovou přívodní trubkou £ bylo zvláštní těsnění.

Současně je tlak spalovacího vzduchu paiuuící v prseencovém prostoru 12 volen tak, aby byl vyšší než tlak spalin p^inuící ve válcovém průchozím otvoru⁴ 2 z vnější strany spalovací trubky 2· » Při provozu hořáku vznikne v důsledku odlišné tepelné roztažnosti kovové vzduchové přívodní trubky 2 a keramické spalovací trubky 2 mzi v^ěší plášťovou plochou spalovací trubky 2 a vnitřní plášťovou plochou té části vzduchové přívodní trubky ’· která obklopuje spalovací trubku £, prstencová štěrbina 26.

Touto prstencovou štěrbinou 26 proudí vlivem zmíněného přetlaku v · prstencovém prostoru 12 spalovací vzduch, který je ve srovnání s plyny plamene chladný, směrem ven a chladí tedy spalovací trubku 2 1 část vzduchové přívodní trubky která ji obklopuje. Tyto součásti hořáku se pak nemohou ohřát na nepřípustnou teplotu.

Ztráty, vznnkající v důsledku proudění vzduchu prstencovou štěrbinou 26, je nutno respektovat při dimanzovcání přívodu spalovacího vzduchu do hořáku £; vystupuuící vzduch je na obr. 3 znázorněn šipkami' 27.

Prstencová štěrbina 26 může být rovněž v tomto provedení nahrazena osovými drážkami v keramické spalovací trubce 2 neho žebry na konci vzduchové přívodní trubky 2* nebo jimi mlže být doplněna.

Rovněž· je možné, aby byly v oblasti prstencové štěrbiny 26 upraveny průchozí kanály ve spalovací trubče · 2 a/nebo v té části vzduchové přívodní trubky £, která ji obklopuůe. Tyto průchozí kanály směěuuí radiálně ven a jsou protékány chladicm spalovacm vzduchem.

Spalovací vzduch proudící z kruhové trysky · 15 obtéká ve formě prstencového vzduchového paprsku -viítřní plástovou plochu spassrvací trubky £ směrem dolů, takže spalovací trubka £ je chlazena i z vnitřní strany.

Při předehřívání spalovacího vzduchu na vysokou teplotu je nezbytné·uó±nit v oblasti ústí · 14· hořáku £ i pro kruhovou · trysku ' 15 speciální ·opatření. K tomuto účelu může být kruhová tryska · 15 podle obr. 3 oimzena zvnitřku keramickou trubkou’ 28, která navazuje na zužují• cí se vzduchový vodicí válec ’ 11. Keramickou trubku 28 lze samozřejmě pouužt i v provedení hořáku £ podle obr. 1 a 2.

Poněvadž spalovací vzduch v obou znázorněných provedeních proudí z kruhové· trysky 15 podél vnitřní plástové plochy spalovací trubky 2* zůstává vnitřní prostor vzduchového volicího válce' 11 i v oblasti ústí · 14 · hořáku v podstatě volný·.

Z tohoto důvodu mohou být v tomto prostoru mezi kruhovou tryskou · 15 a přívod! palivovou trubkou · 17 umístěny kontrolní přístroje · 29 ke sledování zapalování a hoření. Mimoto se mlže přes vzduchový vodicí válec · 11 dmychat bez · obtíží do pecního prostoru' 2 chladicí vzduch, . který ýe po celé dráze hořákem £ veden podél rekuperátoru ' 1__r takže nedochází k jeho nežádoucímu předehhřáí.

Přívodní hrdlo' 30 pro chladicí vzduch je naznačeno na obr. 1. V kruhové trysce 15 mohou být podle obr. 2 vsazeny vířivé plechy 31.

Claims (5)

1. Průmyslový hořák pro plýnná nebo kapalná paliva s rekuperačnm předehřívánm vzduchu, zejména k vytápění pecních prostorů. - průmyslových pecí, se vzduchovou přívodní trubkou, která je připojena k souosé keramické spalovací trubce, tvoří část rekuperátoru protékaného z jedné strany spalinami a z druhé strany v protiproudu spalovacm vzduchem a obklopuje přívodní palivovou trybku mmšího průmíru, sahající až do oblasti dští hořáku, přičemž ve vzduchové přívodní trubče je umístěn vzduchový vodicí válec, omeeujjcí spolu se vzduchovou přívodní trubkou prstencový prostor pro přívod spalovacího vzduchu, jenž ústí v oblasti ústí hořáku do koaxiální kruhové trysky, z níž vychází spalovací vzduch se zvýšenou rychlostí ve tvaru prstencového vzduchového paprsku, přičemž u konce spalovací trubky je vytvořen průchod plynu, protékaný chladicm proudem plynu o nižší teplotě než je teplota plamene, vyznačený tm, že kruhová tryska /15/ je umístěna přmo na vnitřní stěně keramické spalovací trubky /5/ a průchod plynu je vytvořen mzi do sebe zasunutými konci vzduchové přívolí trubky /6/ a spalovací trubky /5/.

2. Průmyslový hořák podle bodu 1, vyznačený tm, že průchod plynu je tvořen prstencovou štěrbinou /23/, protékanou spalinamL a uspořádanou mesi vnitřní stěnou spalovací trubky /5/ a vzduchovou přívodní bubkou /6/, vy&invaaící do předem stanovené vzdálenosti do spalovací trubky /5/.

3. Průmyslový hořák podle bodu 2, vyznačený tm, že spalovací trubka /5/ je volně nasazena na vzduchovou přívodní trubku /6/ při současnem vytvoření prstencové štěrbiny /23/.

4. Průmyslový hořák podle bodu 1, vyznačený tím, že průchod plynu je tvořen prstencovou štěrbinou /26/, protékanou předehřátém spalovacm vzduchem a uspořádanou irnzi winjší stěnou spalovací budky /5/ a vzduchovou přívodní budkou /6/.

5. Průmyslový hořák podle bodu 4, vyznačený tm, že spalovací trubka /5/ je volně vsazena do vzduchové přívodní trubky /6/ při současném vytvoření prstencové štěrbiny /26/.