CS263408B1 - Kelímková pec s ohřevem bezplamenným spalováním - Google Patents

Abstract

Řešení 3e týká^kelímkové pece u které mezi kelímkem a pláštěm je uložena radiační hmota tvořena keramickými kuličkami, propustná pro plyny. Podstata spočívá v tom, že kelímek je uložen na rozváděcím keramickém tělese napojeném na soustavu keramických trysek, u jejichž horního konce je vyústěna zapalovací elektroda a dolní konce keramických trysek jsou napojeny na kuželový nástavec se směšovačem plynu se vzduchem. Spalovací prostor v rozváděcím keramickém tělese vymezený dnem kelímku a ústím keramických trysek činí s výhodou nejvíce 1/3 prostoru potřebného ke spálení celého objemu spalitelné směsi.

Description

Vynález ae týká kelímkové pece g ohřevem bezplamenným apa lováním aměsi plynu ae vzduchem·

Pece pro udržování nebo natavování taveniny využívají ve značné míře elektrický ohřev. V místech, kde je dostatek plynu a nedostatek elektrické energie^ jsou využívány kelímkové pece, které jsou ohřívány plynovými hořáky. Ohřev je však velmi nerovnoměrný. Kelímek ohřívaný dvěma až třemi hořáky je lokálně tepelně namáhán, účinnost zařízení je nízká a zplodiny hoření odcházejí nekontrolované do pracovního prostoru. Regulace výkonu hořáků se provádí většinou systémem zapni - vypni, neboť škrcení výkonu hořáku je závislé na udržování vhodného směšovaného poměru vzduchu a plynu. Regulační rozsah musí být značný/ neboť teploty tavení se pohybují od 400 do 1650 °C. Snaha zvyšovat podíl energie přenášené zářením na úkor jiných užívaných způsobů sdílení tepla je známá. Realizace však narážela dosud na potíže mezi omezeným množstvím tepla, které bylo dosud možno v objemové jednotce uvolňovat známými způsoby vedení spalovacích pochodů, a mezi vysokým odběrem tepla, které se dá zářením odvádět. Dokladem toho jsou například sálavé panely, u nichž spalování probíhá v celém průřezu průlinčité keramické desky, na jejíž čelní straně není vidět plamen. Odvod tepla z těchto zářičů je velmi intenzívní, přitom omezený výkon spalování v infrazářiči limituje maximální teploty infrazářič^ které jsou do 1000 °0, takže se hodí především pro sušící pochody. Použití sálavých panelů pro ohřev taveniny v kelímku je proto omezeno limitovanou teplotou do 1000 °G a dále tím, že průlinčitá keramická deska musí být přizpůsobena tvaru kelímku, který se různí podle obsahu a použitého materiálu. Povrch sálavého panelu a jeho tepelný výkon nelze zvyšovat, neboť je dán vnější plochou typového kelímku, přitom nezbytný tepelný výkon zařízení je určen obsahem a tavící teplotou taveniny.

263 -103

Uvedené nevýhody odstraňuje kelímková pec 3 ohřevem bezplamenným spalováním, u které je v prostoru mezi kelímkem a pláštěm pece uložena průlinčitá radiační keramická hmota, propustná pro plyny, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že kelímek je uložen na rozváděcím keramickém tělese, přičemž spalovací prostor rozváděcího keramického tělesa je vymezen dnem kelímku a ústím soustavy keramických trysek, u jejichž horního konce je vyústěna zapalovací elektroda a spodní část soustavy keramických trysek je napojena na kuželový nástavec se směšovačem plynu se vzduchem.

Výhodou uvedené kelímkové pece podle vynálezu je, že umožňuje řízení spalovacího pochodu, a to kontaktně-kinetického bezplamenného spalování, při němž chemicky vázané teplo plynného paliva se uvolňuje a radiačním zářením předává v místech, kde intenzívní přestup tepla lze považovat za nejvýhodnější, zatímco přestup tepla konvekcí, který převládá v dosavadních zařízeních, je v tomto případě zanedbatelný. Ve spalovacím prostoru se spaluje do 30 % objemových spalitelné směsi a zbytek této postupně vzněcované směsi se vede rychlostí 30 až 70 m/s do prostoru radiační hmoty prostupné pro plyny za účelem dokončení bezplamenného spalování a k předání takto uvolněné energie převážně zářením kelímku. Ohřev kelímku omezeným přívodem tepla jeho dnem a intenzivním přestupem tepla na spodním obvodu pláště kelímku rovnoměrně po celém jeho obvodu vytváří nejlepší podmínky pro ideální proudění taveniny v kelímku, nebot středem osy kelímku jde proud směrem ke dnu a ohřátý kov stoupá po celém obvodu vzhůru. Další výhodou navrženého uspořádání je to, že při dobré izolaci pláště kelímku jsou ztráty tepla povrchem nízké, možnost použití otočného víka zabraňuje nejen ochlazování lázně taveniny, ale současně umožňuje řízený odtah zplodin hoření. Tato opatření vedou ke snížení pracovní teploty v okolí pece a ke zlepšení čistoty ovzduší.

Na připojeném v/kresy je znázorněn příklad provedení plynové kelímkové pece podle vynálezu ve svislém osovém řezu.

Kelímek 2 pece je umístěn v plášti 2 ³ vyzdívkou a izolací ze skelných vláken a je postaven na rozváděči keramické těleso 15. které stojí na dnu £ plynové pece, přičemž prostor mezi vyzdívkou pláště 3, kelímkem J.» rozváděcím keramickým tělesem Jg. a dnem £ pece je vyplněn keramickými kuličkami 2. Kelímek J. je uzavřen otočným víkem 2 plynové pece s těsněním, aby nebyl ochlazován povrch tekuté lázně v kelímku J a zplodiny hoření

403 odcházel^' místo do pracovního prostoru do odtahu 13 upraveného v horní části boční stěny pece* Ve dnu 2 P^ece s keramickou vyzdívkou je uložena soustava keramických trysek £, které jsou horním koncem vyústěny do zapalovacího prostoru v rpzváděcím keramickém tělese 15. ,kam ústí zapalovací elektroda 14 procházející kuželovým nástavcem 2 směsi, který je napojen na směšovač 12 opatřený přívodem χ vzduchu a druhým přívodem 1Q plynu s regulačním ventilem 11. Ke sledování postupu hoření je rozváděči keramické těleso 12 opatřeno náhlížecím okénkem 8. Spalovací prostor v rozváděcím keramickém tělese 15 vymezený dnem kelímku χ a ústím keramických trysek 2 činí méně než 1/3 prostoru potřebného ke spálení celého objemu spalovací směsi.

Do přívodu 2 vzduchu je dávkován plyn z přívodu 10 plynu regulačním ventilem 11 plynu. Ze směšovače 12 plynu a vzduchu prochází tato směs kuželovým nástavcem J do keramických trysek 6, odkud proudí směs plynu a vzduchu po zapálení zapalovací elektrodou 14 do omezeného spalovacího prostoru, tvořeného dnem kelímku 2 a rozváděcím keramickým tělesem 15. oa uejnižšího bezpečného tepelného výkonu 10 % do plného výkonu 100 %. Při startu dochází po zapálení směsi zapalovací elektrodou 14 k zapálení této směsi v prostoru mezi ústím keramických trysek jó a dnem kelímku 2» kde omezený spalovací prostor dovolí, aby vyhořelo do 30 % směsi, a tím se omezí spalovací teploty pod dnem kelímku 2 ae hodnotu kolem 900 °C. S touto teplotou proudí částečně zapálená směs radiálními zářezy k okraji dna kelímku 2 vstupuje rychlostí 50 m/s do radiační vrstvy keramických kuliček 2. Změnou velikosti spalovacího prostoru a rychlosti proudění směsi plynu dojde v první třetině výšky keramických kuliček 2 od dna kelímku 2 k intenzivnímu hoření směsi podle tepelného zatížení mezi 1300 až 1600 °C za současného vyzařování uvolněného tepla do kelímku 2· Ve druhé třetině výšky zásypu se keramické kuličky 2 svým velkým povrchem ohřívají konvekčně i radiací dvojatomových plynů a přijaté teplo účinně vyzařuje za teploty mezi 1000 až 1200 °G na střední část vyzdívky pláště χ kelímku 2» ^v obou případech podle zákona pohybu fotonů v zrnité vrstvě, kde místo a úhel dopadu fotonu není totožný s místem a úhlem zrodu nového fotonu.

A to je výhoda radiační vrstvy, jejíž šířka není limitujícím faktorem. Nejvyšší vrstva radiační hmoty mění svoji funkci v závislosti na teplotním zatížení systému a chová se buá jako vrstva střední úměrně teplotě plynů a kelímku 2 předává menší část tepla, nebo jen chrání horní část kelímku 2 od vychladnu- 4 263 tí. Spaliny odcházejí výhradně zabudovaným odtahem 13. protože kelímek J je těsněním v otočném víku 2 plynotěsně oddělen, od pracovního prostředí. Kromě toho je kelímek J. tímto otočným víkem 2 chráněn od vyzařování tepla do pracovního prostoru.

Intenzívní přestup tepla, zvláště v počátcích ohřevu, umož ňuje zkrácení natavovacího cyklu, což přispívá ke zvyšování výkonu sléváren. Regulační ventil 11 plynu ve spojení se směšovačem 12 plynu a vzduchu může být ovládán buď ručně, nebo automaticky, například ve vazbě na kontrolu tepla taveniny. Široký regulační rozsah od 10 do 100 % výkonu umožňuje maximální zkrácení doby natavení lázně využitím nejvyššího tepelného výkonu zařízení, přičemž udržování teploty při dobré izolaci pláště plynové pece a ochrany lázně víkem je možno dosáhnout při nepatrných ztrátách a nízké spotřebě energie. Všechna tato opatření vedou k podstatnému snížení energetické náročnosti a ke zlepšení pracovních podmínek jak co do snížení teplot v okolí pece, tak co do čistoty ovzduší.

Kelímková pec, vytápěná sálavým zářením, umožňuje regulovatelný ohřev nebo tavení tavenin kovových nebo nekovových materiálů v metalurgických, slévárenských a jiných provozech, podle požadavků návazné licí nebo jiné zpracovací technologie.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Kelímková pec s ohřevem bezplamenným spalováním, u které je v prostoru mezi kelímkem a pláštěm pece uložena průlinčitá radiační keramická hmota, propustná pro plyny, vyznačující se tím, že kelímek (1) je uložen na rozváděcím keramickém tělese (15), přičemž spalovací prostor rozváděcího keramického tělesa (15) je vymezen dnem kelímku (1) a ústím soustavy keramických trysek (6), u jejichž horního konce je vyústěna zapalovací elektroda (14^ a spodní část soustavy keramických trysek (6) je napojena na kuželový nástavec (7) se směšovačem (12) plynu se vzduchem.