Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Injekční hořák pro částicové materiály
CZ294341B6
Czechia
- Other languages
English - Inventor
Christian Juan Feldermann
Description
translated from
Injekční hořák pro částicové materiály
Oblast techniky
Vynález se týká hořáku pro injektování materiálů, jako například částicových materiálů, podrobněji použití takového hořáku v elektrické obloukové peci.
Dosavadní stav techniky
Je dobře známo, že elektrickou obloukovou pec lze opatřit přívodními trubkami pro dodatečné injektování kyslíku. Provoz takové pece zahrnuje vytvoření oblouku mezi elektrodami, který vytvoří vyhřívací proud procházející taveným kovem, a injektování dodatečného kyslíku pomocí přívodních trubek pro injekci kyslíku, které lze podle potřeby posunovat blíže či vzdáleněji od kovu. Po vzniku oblouku, oblouk způsobuje zahřívání kovu na koncovou teplotu přibližně 1620 až 1700 °C, zatímco kyslík způsobuje oxidaci nežádoucích prvků v kovu a způsobuje, že se vylučují z kovu a vytvářejí izolační vrstvu strusky, která plave na povrchu roztaveného kovu. Izolační vrstva strusky chrání elektrody a stěny pece proti potřísnění roztavených kovem. Často jsou ve stěnách pece osazeny dodatečné kyslíko-palivové hořáky, které pomáhají ve vyhřívání elektrického oblouku. Patentová přihláška EP 0 764 815 popisuje kyslíko-palivový hořák navržený pro zmírnění problému v situaci, kdy tyto hořáky nejsou schopny adekvátně proniknout vrstvou strusky během posledního kritického vyhřívacího kroku v běžných elektrických obloukových pecích.
Další problém při použití obvyklých elektrických obloukových pecí nastává v situaci, je-li třeba do pece zavést částicový materiál, který má napomáhat při probíhajících tepelných nebo chemických procentech. Je těžké zajistit správnou distribuci tohoto částicového materiálu, popřípadě jej dostat do vhodné oblasti pece.
Podstata vynálezu
Předmětem tohoto vynálezu je tedy zmírnění a případně odstranění výše uvedených problémů, spojených se zaváděním částicového materiálu do pecí, jako jsou například elektrické obloukové pece.
Tento vynález tudíž poskytuje injekční hořák pro částicové materiály, pro použití v elektrické obloukové peci, obsahující hlavní část, mající podélnou osu X, a na ní umístěný hlavní vývod, průchody paliva a primárního oxidačního prostředku, umístěné proti proudu vůči hlavnímu vývodu a umístěné soustředně kolem podélné osy X, komoru v hlavní části pro příjem a míšení paliva a oxidačního prostředku umístěnou tam, kde se smíchává primární oxidant a plyn paliva, a urychlovací prostředky umístěné po proudu vůči komoře, pro způsobení urychlení pohybu směsi paliva a oxidačního prostředku směrem k hlavnímu vývodu pro spalování a ven z hlavního vývodu pro spalování, přičemž vypouštěcí prostředky jsou uzpůsobeny pro vypouštění částicového materiálu unášeného v sekundárním oxidačním prostředku do toku urychlovaného paliva a primárního oxidačního prostředku bezprostředně vedle a ve směru po proudu vůči urychlovacím prostředkům.
V tomto uspořádání je oxidačním prostředkem unášený částicový materiál vztažen do urychlovaného toku paliva a primárního oxidačního prostředku, který je důkladně distribuován a/nebo se dostane na potřebné místo uvnitř pece. Pokud je částicovým materiálem uhlí, lze docílit v plameni částečné nebo i celkové přeměny na těkavé složky, přičemž ty pak představují další palivo pro spalování, což má za následek úsporu paliva.
-1 CZ 294341 B6
Urychlovací prostředky pro urychlování toku paliva a primárního oxidačního prostředku obsahují výhodně průtokovou cestu pro směs, která se postupně zužuje a pak rozšiřuje ve směru toku.
Urychlovací prostředky mohou obsahovat Lavalovu trysku koaxiální s podélnou osou X, přičemž vypouštěcí prostředky jsou umístěny koncentricky kolem podélné osy X. Vypouštěcí prostředky jsou výhodně uspořádány tak, aby vypouštěly oxidačním prostředkem unášenou částicovou látku rovnoběžně s podélnou osou X.
Vypouštěcí prostředky mohou být výhodně ve formě prstence, kteiý obklopuje urychlovací prostředky, přičemž jsou uzpůsobeny ktomu, aby vypouštěly částicový materiál unášený oxidačním prostředkem do dutého, válcovitého nebo kuželovitého zkrápěného prostoru. S tímto uspořádáním mohou být vypouštěcí prostředky upraveny tak, aby zajišťovaly lineární průtokovou cestu částicového materiálu, tj. průtokovou cestu, která je rovnoběžná podél podstatné části její délky, což je obzvláště výhodné, jedná-li se o částicový materiál s významnými oděrovými vlastnostmi, jako je karbid železa.
Vypouštěcí prostředky mohou být eventuálně koaxiální s podélnou osou X, přičemž urychlovací prostředky jsou uspořádány koncentricky kolem vypouštěcích prostředků. Urychlovací prostředky mohou mít podle potřeby vývod ve formě prstence, který obklopuje vypouštěcí prostředky.
V tomto uspořádání způsobuje urychlování paliva a primárního oxidačního prostředku z kruhového vývodu podstatný pokles tlaku poblíž vypouštěcích prostředků a tím je zajištěno zlepšené promíchávání a pronikání částicového materiálu. Vypouštěcí prostředky mohou být rovněž tvarovány a uspořádány tak, aby urychlovaly z nich vypouštěný částicový materiál unášený oxidačním prostředkem, a tím ještě více urychlovaly částicový materiál.
Tento vynález rovněž poskytuje způsob provozování hořáku pro elektrickou obloukovou pec, přičemž způsob obsahuje urychlení směsi paliva a primárního oxidačního prostředku směrem k hlavnímu vývodu a ven z hlavního vývodu hořákového prostoru spalování, a vypouštění částicového materiálu unášeného v sekundárním oxidačním prostředku poblíž urychleného toku paliva a primárního oxidačního prostředku, čímž je částicový materiál unášený oxidačním prostředkem vtahován do toku paliva a primárního oxidačního prostředku.
Ve většině aplikací elektrických obloukových pecí je palivem zemní plyn. Primárním oxidačním prostředkem může být kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch a sekundárním oxidačním prostředkem pro unášení částicového materiálu je výhodně vzduch, ačkoliv v některých aplikacích může být tento oxidační prostředek totožný s primárním. Dále, přestože je tento vynález výše popsán ve vztahu k injektování částicového materiálu, zjistili jsme, že jistá provedení hořáků podle tohoto vynálezu jsou zvláště vhodná pro injektování kapalin (jako jsou přidávána kapalná paliva nebo kryogenické kapaliny, například kapalný kyslík, jak to může být žádoucí v některých aplikacích), nebo pro injektování suspenzí (tj. částicového materiálu unášeného v kapalině), jako je tomu při sušení a/nebo spalování odpadních kalů, například z odpadních vod. V obou případech je kapalný materiál unášen ve vzduchu, jako je tomu u injektování částicového materiálu, ale ve formě kapiček nebo ve velejemné formě. Takže kdekoli je zde použit výraz „částicový materiál“, zejména v nárocích, zahrnuje tento pojem jak jednotlivé kapičky kapaliny, tak částicový materiál unášený v kapalině.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 průřez částicí vývodového konce hořáku podle prvního provedení tohoto vynálezu,
-2CZ 294341 B6 obr. 2 průřez částí vývodového konce hořáku podle druhého provedení tohoto vynálezu, obr. 3 průřez třetího provedení hořáku podle tohoto vynálezu, obr. 4a až 4d průřezy různých prvků hořáku z obr. 3.
Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 je schéma průřezu vývodového konce hořáku 1 (pro jednoduchost je na obr. 1 pouze část hořáku 1; je samozřejmé, že hořák z obr. 1 je v podstatě symetrický kolem podélné osy X)·
Hořák 1 obsahuje průchod pro palivo a oxidační prostředek, tj. „raketovou“ hořákovou trysku 3 typu, který je v oboru dobře znám. Tryska 3 emituje zemní plyn a kyslík, za molámího poměru oxidačního prostředku k palivu menšího nebo rovného 2:1, do základní části, resp. do pláště 5. Ve směru toku, podle obr. 1 směrem vpravo, směsi palivového plynu a kyslíku je za komorou 10 průtoková cesta směsi vychýlena v místech 7, 9 a 11, která tak tvoří urychlovací prostředky, neboli „Lavalovu trysku“, která se postupně zužuje a rozšiřuje, což slouží k urychlení toku směsi paliva a primárního oxidačního prostředku, a také zlepšuje jejich promíchávání. Kolem pláště 5 je další, vnější plášť 13, který vymezuje kruhovou průtokovou cestu 15 nebo průchod mezi pláštěm 5 a vnitřní částí vnějšího pláště 13. Průtoková cesta 15 je zde pro zavedení částicového materiálu do toku směsi paliva a primárního oxidačního prostředku. Částicový materiál, který je unášen ve vzduchu, prochází průtokovou cestou 15, na obrázku zleva doprava, dokud v oblasti poblíž vzdáleného konce 19 s hlavním vývodem 17 pláště 5 pokles tlaku způsobený urychlením proudu toku směsi paliva a oxidačního prostředku nevztáhne dovnitř tok vzduchem unášeného částicového materiálu, přičemž dojde kjeho smísení s proudem směsi paliva a oxidačního prostředku a tudíž jeho pohánění plamenem hořáku 1 směrem od vzdáleného konce 19 hořáku 1, čímž se zajistí, že částicový materiál je dokonale distribuován vypouštěcími prostředky 20 v plameni, vytvářeném hořákem 1, a je vržen co nejdále do elektrické obloukové pece, není znázorněno.
Významným znakem hořáku 1 z obr. 1 je to, že průtoková cesta 15 je přímočará, nemá tedy v sobě žádná zakřivení, ani překážky. To je důležité pro zamezení erozím částí hořáku 1 částicovým materiálem, pokud je tento materiál povahy zvláště oděmé, jako je tomu v případě karbidu železa.
Vnitřní plášť 5 je výhodně chlazen vodou na povrchu svého vzdáleného konce, obecně naznačeno vztahovou značkou 21, a vnější plášť 13 je vybaven průtokovou cestou 23 pro účely chlazení, pro průtok chladicí vody nebo vzduchu.
Odborníkům je jasné, že vzduch unášející částicový materiál, tekoucí z průtokové cesty 15, poskytuje cenný zdroj sekundárního oxidačního prostředku pro proces spalování, čímž zajišťuje postupný plamen, jak je v obou známo, nepomáhá snížit podíl škodlivých emisí oxidů dusíku NOX.
Hořák 51 podle obr. 2 obsahuje základní část, resp. vnější plášť 53, a vnitřní plášť 55, které spolu zajišťují postupně zužující a rozšiřující se průtokovou cestu 57 ve formě prstence pro směs palivo, např. zemní plyn, a kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch, které jsou přiváděny průchody, resp. kruhovými kanály 59, resp. 61, do komory 60. Zužující/rozšiřující průtoková cesta 57 slouží k urychlování toku směsi paliva a oxidačního prostředku vypouštěného z hlavního vývodu 63 na vzdáleném konci hořáku 51 pro další následné spalování. Pláště 53 a 55, které jsou chlazené vodou, jsou zakřiveny v místech 65a, 65b a 65c, 65d tak, aby vytvořily postupně zužující se a rozšiřující se průtokovou cestu 57, na obr. 2 zleva doprava, která společně se zakřiveními tvoří urychlovací prostředky.
-3CZ 294341 B6
Vnitřní plášť 55 také vymezuje zužující se průtokovou cestu 67 pro přísun částicového materiálu, jako je uhlí, unášené vzduchem, přičemž tento proud částicového materiálu je vtahován poklesem tlaku vytvořeným v mezikruhovém prostoru průtokem urychlované směsi a oxidačního prostředku, vycházející z průtokové cesty 57, pro jejich dokonalé smísení, když se sloučený proud pohybuje vypouštěcími prostředky 70 pryč od vzdáleného konce hořáku 51. Mezikruží urychlující tok směsi paliva a kyslíku, vytvořené v hořáku 51 obr. 2 vytváří podstatný efekt vtahování částicového materiálu přiváděného podél průtokové cesty 67, což podporuje pečlivě promíchávání a vyvrhování částicového materiálu. To je zvláště výhodné pro zavádění částicového palivového materiálu do plamene.
V hořáku 51 podle obr. 2, pokud je provozován jako hořák 51 v kombinaci uhlí/vzduch a zemní plyn/kyslík za přívodu kyslíku kanály 61, za tlaku přibližně 0,24 MPa a více a za přívodu zemního plynu nad 4MW a tlaku přibližně 0,17 MPa a více, je možná maximální průtoková rychlost částicového uhlí vyšší než 50 kg za minutu.
Odborníci zhodnotí, že hořák 51 podle obr. 2 je zvláště výhodný pro zavádění plamene do elektrické obloukové pece rychlostí zvuku nebo nadzvukovou rychlostí, ale rovněž to, že proud toku částicového materiálu průtokovou cestou 67 může vést k nepřijatelnému oděru vnitřního pláště 55, zvláště v místech, označených vztahovými značkami 65c a 65d, zejména pokud má použitý částicový materiál oděmý charakter. Takže, ačkoliv je hořák 51 podle obr. 2 vhodný pro použití práškového či částicového uhlí, může utrpět nepřijatelné oděrové poškození při použití tvrdších oděmých materiálů, jako je například práškový koks nebo práškové spodium, tj. částečně oxidované uhlí, nebo karbid železa. Pro použití takových typů částicových materiálů je výhodnější hořák podle obr. 1.
Hořák 101 podle obr. 3 se velmi podobá provedení podle obr. 2 s tou změnou, že střední průtoková cesta 103 částicového materiálu nemá v sobě žádná zakřivení ani zábrany, což je zvláště žádoucí, injektují-li se velké objemy částicového materiálu nebo zvláště oděmého materiálu, nebo injektují—li se kapičky kapaliny nebo suspenze částicového materiálu v kapalině.
Primární oxidační prostředek, jako je kyslík, a plynné palivo, jako je zemní plyn, se směrují prostřednictvím přívodů 105, resp. 107. přes komoru 110 tak, aby se vmísily do zužující se/rozšiřující se průtokové cesty 104. která je ve formě prstence se středem na podélné ose X- Unášený částicový materiál v sekundárním oxidačním prostředku, procházející průtokovou cestou 103, je unášen v urychlovaném toku, vycházejícím z průtokové cesty 103, přičemž částicový materiál je dokonale distribuován vypouštěcími prostředky 120 v celé spalovací oblasti.
Distribuování částicového materiálu do plamene a v něm je výhodné, protože se tím částečky částicového materiálu předehřejí dříve, než se dostanou do pece. Je-li částicový materiál uhlí, pak předehřátí může vést k částečnému nebo i celkovému zplynění částeček uhlí, přičemž uvolněné těkavé látky slouží jako palivo pro spalování stím, že zbytek je tvořen hlavně uhlíkem.
Hořák 101 z obr. 3 je opatřen přívody 111 a 113 vody, a odpovídajícími vývody 117, 115 vody pro chlazení používaného hořáku 101 proudem vody.
Na obr. 4a a 4b je částečně rozebraný hořák 101 z obr. 3 a na obr. 4c a 4d jsou některé rozebrané části zařízení podle obr. 4b. Jak je naznačeno, značně axiálně-symetrická konstrukce podle obr. 3 umožňuje rychlou a snadnou montáž a demontáž hořáku 101, jak při údržbě, opravě nebo nějaké výměně, pro přizpůsobení různým typům paliva nebo jeho průtokových rychlostí, popř. oxidačního prostředku a/nebo částicového materiálu.
Ačkoliv popis je zaměřen hlavně na injektování částicového uhlí do elektrické obloukové pece, hořáky podle tohoto vynálezu lze použít v mnoha dalších aplikacích (injektování nereaktivního pevného materiálu, jako je předehřívání odpadního prachu pro znovuzavádění do elektrické obloukové pece), a s kapalinami a suspenzemi v kapičkové nebo jemně rozptýlené formě. Hořáky
-4CZ 294341 B6
1, 51. 101 podle tohoto vynálezu nejsou nijak omezeny na použití v elektrických obloukových pecích, ale lze je použít i při spalování, sušení a při různých postupech výroby železa a oceli, v kuplovnách a při výrobě DRI a karbidu železa.
Pomocí nadzvukových injekcí horkého kyslíku (nadstechiometrický plamen) lze využít hořák 1, 51, 101 pro oduhličení kovů a také pro případné následné spalování (oxidu uhelnatého). Hořák 1, 51. 101 může být umístěn v prostoru chlazeném vodou. Tento prostor může být vybaven vstupem pro kyslík pro zavádění dalšího kyslíku pro následné spalování, zatímco hořák 1, 51, 101 injektuje horký kyslík a uhlík pro zpěnění pevné vrstvy.
Jak je odborníkům známo, jsou různé části hořáků 1, 51, 101 ukázané na obr. 1, 2 a 3, uspořádány a dimenzovány tak, aby vyhovovaly takovým proměnným veličinám, jako jsou možné zpětné tlaky, velikost částeček a potřebná průtoková rychlost, průtočná rychlost/rychlost, která se má dosáhnout a tepelný výstup, vyžadovaný po hořáku 1, 51, 101. Je rovněž samozřejmé, že hořák 1, 51, 101 podle tohoto vynálezu není nijak omezen poměrem částicové palivo/oxidační prostředek; v některých aplikacích je žádoucí zajistit směs kyslíkem obohaceného paliva/kyslíku („superstechiometrický průběh“), jako je tomu při spalování „ex post“, nebo při pěnění strusky, zatímco v jiných aplikacích je žádoucí pracovat se směsí chudou na oxidační prostředek („substechiometrická směs“).
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (7)
Hide Dependent
translated from
Claims (7)
Hide Dependent
translated from
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Injekční hořák pro částicové materiály, pro použití v elektrické obloukové peci, obsahující základní část mající podélnou osu (X) a hlavní vývod (17, 63) na ní umístěný, průchody pro palivo a primární oxidační prostředek umístěné proti směru proudu vzhledem k hlavnímu vývodu (17, 63) a umístěné soustředně kolem podélné osy (X), a urychlovací prostředky pro dosažení toho, aby směs paliva a oxidačního prostředku byla urychlována směrem k hlavnímu vývodu (17,63) a z tohoto vývodu (17, 63) pro její slučování, přičemž jsou opatřeny vypouštěcími prostředky (20, 70, 120) pro vypouštění urychleného paliva a primárního oxidačního prostředku v bezprostřední blízkosti a po směru proudu vůči urychlovacím prostředkům, vyznačující se t í m , že hořák (1,51, 101) dále obsahuje komoru (10, 60, 110) umístěnou v základní části proti směru proudu vůči urychlovacím prostředkům pro příjem a míšení paliva a oxidačního prostředku.
- 2. Injekční hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že urychlovací prostředky obsahují průtokovou cestu (57, 104) pro směs paliva a primárního oxidačního prostředku, přičemž tato průtoková cesta (57, 104) se ve směru průtoku postupně zužuje a rozšiřuje.
- 3. Injekční hořák podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že urychlovací prostředky obsahují Lavalovu trysku soustřednou s podélnou osou (X) a kde vypouštěcí prostředky (20) jsou umístěny soustředně okolo podélné osy (X).
- 4. Injekční hořák podle nároku 3, vyznačující se tím, že vypouštěcí prostředky (20) jsou ve formě prstence obklopujícího urychlovací prostředky a jsou uspořádány k vypouštění částicového materiálu unášeného oxidačním prostředkem do dutého, válcovitého nebo kuželovitého zkrápěného prostoru.
- 5. Injekční hořák podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vypouštěcí prostředky (70) jsou umístěny koaxiálně s podélnou osou (X) a urychlovací prostředky jsou uspořádány soustředně kolem vypouštěcích prostředků.-5CZ 294341 B6
- 6. Injekční hořák podle nároku 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že uiychlovací prostředky mají vývod ve formě prstence, obklopujícího vypouštěcí prostředky (70).
- 7. Injekční hořák podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že 5 obsahuje prostředky pro nezávislé ovládání průtoku paliva, oxidačního prostředku a částicového materiálu do hořáku (1,51, 101) a tímto hořákem (1,51, 101).