RU2104451C1

RU2104451C1 - Device for heating of hearths of sintering and roasting machines

Info

Publication number: RU2104451C1
Application number: RU95111676A
Authority: RU
Inventors: А.А. Винтовкин; В.В. Деньгуб; В.П. Жилкин; Р.Н. Низамов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уральский завод тяжелого машиностроения"
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1998-02-10
Also published as: RU95111676A

Abstract

FIELD: electrometallurgy. SUBSTANCE: the device uses a burner opening, air feeder casing with a vane swirler, central gas pipe and an annular air duct between the swirler and gas pipe. The annular duct outlets are located in the end face wall facing the burner opening, they converge in such a way that the axis of each of them is positioned at an angle of 30 to 60 deg. to the plane passing through the center of the outlet section of this outlet and the device axis, and at an angle of 30 to 60 deg. to the plane perpendicular to the device axis. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к металлургическому производству, а точнее к устройствам для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин при производстве окускованного сырья, в которых в качестве топлива используются запыленные газы с низкой теплотой сгорания и низким давлением. The invention relates to metallurgical production, and more specifically to devices for heating furnaces of sintering and roasting machines in the production of agglomerated raw materials, in which dusty gases with low heat of combustion and low pressure are used as fuel.

Известно устройство для сжигания газообразного топлива в горнах агломерационных машин, содержащее воздухоподводящий корпус с завихрителем, центральную воздушную трубу и расположенный между ними канал для подачи газа с тангенциальным входным патрубком, причем центральная труба выполнена площадью, равной 0,2-0,3 площади топливной трубы, и заглублена в нее на 0,06-0,1 ее диаметра [1]. A device is known for burning gaseous fuel in the furnaces of sinter machines, comprising an air supply body with a swirl, a central air pipe and a channel for gas supply between them with a tangential inlet pipe, the central pipe having an area equal to 0.2-0.3 of the area of the fuel pipe , and is buried in it by 0.06-0.1 of its diameter [1].

Известное устройство имеет следующие показатели: оно работает не эффективно при использовании низкокалорийного топлива низкого давления, так как не представляется возможным осуществить интенсивную крутку топлива, а создаваемая крутка успевает выродиться в длинном кольцевом канале. Величина заглубления центральной воздушной трубы в топливный канал для промышленных устройств находится в пределах 10-18 мм. Такая точность в соотношении выходных размеров трудно обеспечивается в условиях эксплуатации, когда возможно обгорание торцов труб, их взаимное удлинение при нагреве или деформации. Недостатком устройства является наличие двух каналов для подвода воздуха, так как это усложняет систему трубопроводов агрегата, увеличивает в два раза количество запорной и регулирующей арматуры. The known device has the following indicators: it does not work efficiently when using low-calorie low-pressure fuel, since it is not possible to carry out intensive fuel twisting, and the created twist manages to degenerate in a long annular channel. The depth of the central air pipe into the fuel channel for industrial devices is in the range of 10-18 mm. Such accuracy in the ratio of the output dimensions is difficult to ensure under operating conditions when it is possible to burn the ends of the pipes, their mutual elongation when heated or deformed. The disadvantage of this device is the presence of two channels for supplying air, as this complicates the piping system of the unit, doubles the number of valves and control valves.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному результату является устройство отопления горнов агломерационных и обжиговых машин, содержащее горелочную амбразуру, воздухоподводящий корпус с лопаточным завихрителем и кольцевой воздушный канал между завихрителем и газовой трубой [2]. The closest to the proposed technical essence and the achieved positive result is a device for heating the furnaces of sintering and roasting machines, containing a burner embrasure, an air supply housing with a scapular swirler and an annular air channel between the swirler and the gas pipe [2].

На выходном торце газовой трубы имеется полость с отверстиями на наружной стенке, при этом газовая труба выполнена с отверстиями, соединяющими внутреннюю ее поверхность с воздухоподводящим корпусом. At the outlet end of the gas pipe there is a cavity with holes on the outer wall, while the gas pipe is made with holes connecting its inner surface to the air supply housing.

Устройство обеспечивает подачу воздуха от одного входного патрубка в зону горения через завихритель через кольцевой канал и во внутреннюю полость газовой трубы. Однако оно не позволяет использовать в качестве топлива газ с низкой теплотой сгорания и низкого давления, например запыленный генераторный газ или сбросной газ фосфорных печей, при практическом равенстве объемов газа и воздуха, подаваемых в устройство, не обеспечивая требуемую полноту сгорания этого газа. Кроме того, устройство имеет довольно сложную конструкцию. The device provides air from one inlet to the combustion zone through the swirler through the annular channel and into the internal cavity of the gas pipe. However, it does not allow the use of gas with a low calorific value and low pressure, such as dusty generator gas or waste gas from phosphor furnaces, as the gas and air volumes supplied to the device are practically equal, without ensuring the required completeness of combustion of this gas. In addition, the device has a rather complicated design.

Целью изобретения является повышение полноты сгорания газообразного топлива и упрощение конструкции устройства. The aim of the invention is to increase the completeness of combustion of gaseous fuels and simplify the design of the device.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин, включающем горелочную амбразуру, воздухоподводящий корпус с лопаточным завихрителем, центральную газовую трубу и кольцевой воздушный канал между завихрителем и газовой трубой, выходные отверстия кольцевого канала выполнены сходящимися таким образом, что ось каждого из них расположена под углом φ₁ = 30-60^o к плоскости F, проходящей через центр выходного сечения этого отверстия и ось устройства, и под углом φ₂ = 30-60^o к плоскости S, перпендикулярной оси устройства, причем направление поворота осей отверстий относительно оси устройства совпадает с направлением поворота лопаток завихрителя.This goal is achieved by the fact that in the device for heating the furnaces of sintering and roasting machines, including a burner embrasure, an air supply housing with a scapular swirler, a central gas pipe and an annular air channel between the swirl and a gas pipe, the outlet openings of the annular channel are made converging so that the axis each of them is located at an angle φ ₁ = 30-60 ^o to the plane F, passing through the center of the output section of this hole and the axis of the device, and at an angle φ ₂ = 30-60 ^o to the plane S, per the axis of the device, and the direction of rotation of the axes of the holes relative to the axis of the device coincides with the direction of rotation of the blades of the swirler.

Повышение полноты сгорания достигается за счет улучшения качества смешивания топлива с воздушными струями, вытекающими из отверстий кольцевого канала. Оси отверстий являются скрещивающимися прямыми, сходящимися в горелочной амбразуре. Они являются образующими поверхности, представляющей собой однополостной гиперболоид. Улучшение качества перемешивания обеспечивается за счет выполнения отверстий в кольцевом канале под определенными углами наклона. Указанное соотношение углов обеспечивает проникновение струй воздуха в центральный газовый поток при минимальном взаимодействии струй друг с другом. Каждая воздушная струя, проходя через газовый поток, подсасывает в себя часть газа и затем выходит за пределы топливной струи уже в виде газовой смеси. Затем эта предварительно подготовленная смесь внедряется в вихревой воздушный поток периферийного воздуха, проходящего через завихритель. За счет уменьшения степени контакта воздушных струй друг с другом увеличивается время контакта их с газовым потоком, что улучшает перемешивание в центральной части горелочного туннеля. Вследствие наклона отверстий под углом φ₁, как и лопаток завихрителя воздуха, выходящие струи создают вихревое движение в самом газовом потоке, а затем на выходе из него эти струи усиливают крутку периферийного потока воздуха.Improving the completeness of combustion is achieved by improving the quality of mixing fuel with air jets flowing from the holes of the annular channel. The axis of the holes are intersecting straight lines converging in the burner embrasure. They are the generators of the surface, which is a single-cavity hyperboloid. Improving the quality of mixing is ensured by making holes in the annular channel at certain angles of inclination. The specified ratio of angles ensures the penetration of air jets into the central gas stream with minimal interaction of the jets with each other. Each air stream, passing through the gas stream, draws in a part of the gas and then leaves the fuel stream already in the form of a gas mixture. This pre-prepared mixture is then introduced into the vortex air stream of the peripheral air passing through the swirl. By reducing the degree of contact of the air jets with each other, their contact time with the gas stream increases, which improves mixing in the central part of the burner tunnel. Due to the inclination of the holes at an angle φ ₁ , like the blades of an air swirl, the outgoing jets create a vortex movement in the gas stream itself, and then at the exit from it these jets increase the twist of the peripheral air stream.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - схема движения воздушных струй, вытекающих из отверстий кольцевого канала; на фиг. 3 - ориентация отверстий для выхода воздуха относительно оси горелки. In FIG. 1 shows a General view of the device; in FIG. 2 is a diagram of the movement of air jets flowing from the holes of the annular channel; in FIG. 3 - orientation of the air outlet openings relative to the axis of the burner.

Устройство для отопления горнов агломерационных и обжиговых машин включает горелочную амбразуру 1, воздухоподводящий корпус 2 с лопаточным завихрителем 3, центральную газовую трубу 4 и кольцевой воздушный канал 5 между завихрителем 3 и центральной газовой трубой 4, соединенный отверстиями 6 с полостью корпуса 2. На торцевой стенке 7 канала 5 имеются сходящиеся отверстия 8, выполненные под углом φ₁ = 30-60^o к плоскости F, проходящей через ось О₁О₂ устройства и центр отверстия 8, и под углом φ₂ = 30-60^o к вертикальной плоскости проведенной через центры отверстий 8 (плоскости, перпендикулярной оси горелки) (фиг. 3). На фиг. 1 штриховыми линиями показаны струи 9, выходящие из отверстий кольцевого канала, на фиг. 2 эти струи обозначены осями 10. На фиг. 3 одна ось отверстий 8 обозначена линией АВ, отрезками АД и АС обозначены ее проекции на плоскости F и S. Стрелкой W₁ обозначено направление истечения газа из канала 4, а стрелка W₂ показывает направление крутки периферийного потока воздуха, создаваемой завихрителем 3 (направление поворота лопаток завихрителя). Направление поворота осей АВ отверстий 8 относительно оси О₁О₂ устройства совпадает с направлением поворота лопаток завихрителя W₂.A device for heating the furnaces of sintering and roasting machines includes a burner embrasure 1, an air supply housing 2 with a blade vortex 3, a central gas pipe 4 and an annular air channel 5 between the swirl 3 and the central gas pipe 4, connected by openings 6 to the cavity of the housing 2. On the end wall 7 of the channel 5 there are converging holes 8 made at an angle φ ₁ = 30-60 ^o to the plane F passing through the axis О ₁ О _{2 of the} device and the center of the hole 8, and at an angle φ ₂ = 30-60 ^o to the vertical plane drawn through centers tversty 8 (a plane perpendicular to the burner axis direction) (FIG. 3). In FIG. 1 dashed lines show the jets 9 emerging from the holes of the annular channel, in FIG. 2, these jets are indicated by axes 10. In FIG. 3, one axis of the holes 8 is indicated by the line AB, segments AD and AC indicate its projections on the plane F and S. Arrow W ₁ denotes the direction of gas outflow from channel 4, and arrow W ₂ indicates the direction of twist of the peripheral air flow created by swirler 3 (direction of rotation swirl blades). The direction of rotation of the axes AB of the holes 8 relative to the axis O ₁ O _{2 of the} device coincides with the direction of rotation of the blades of the swirl W ₂ .

Устройство работает следующим образом. Газообразное запыленное низкокалорийное топливо по трубе 4 подается в зону горения в виде аксиальной струи. Воздух подводится в устройство в корпус 2 и разделяется в нем на два потока. Один поток проходит через завихритель и приобретает вихревое движение в горелочной амбразуре 1. Другой поток входит через отверстия 6 в кольцевой канал 5 и вытекает из него через отверстия 8, выполненные в торцевой стенке 7, в виде системы струй 10. Эти струи пронизывают газовый аксиальный поток при минимальном взаимодействии друг с другом, подсасывают в себя часть газа и выходят за пределы центральной зоны уже в виде струи газововоздушной смеси. Эти струи внедряются в вихревой воздушный поток, вытекающий из завихрителя 3, поддерживая его крутку. Тем самым топливная струя как бы разрывается воздушными струями и распределяется по всему объему амбразуры 1. The device operates as follows. Gaseous dusty low-calorific fuel through the pipe 4 is fed into the combustion zone in the form of an axial jet. Air is supplied to the device in the housing 2 and is divided into two streams in it. One stream passes through the swirl and acquires a swirling motion in the burner embrasure 1. Another stream enters through the openings 6 into the annular channel 5 and flows out of it through the openings 8 made in the end wall 7 in the form of a system of jets 10. These jets penetrate the axial gas flow with minimal interaction with each other, they suck in a part of the gas and go beyond the limits of the central zone already in the form of a jet of gas-air mixture. These jets are introduced into the vortex air flow flowing from the swirl 3, maintaining its twist. Thus, the fuel jet is, as it were, torn by air jets and distributed throughout the entire embrasure 1.

При такой организации подачи потоков энергоносителей в горелочной амбразуре 1 на начальном участке происходит интенсивное перемешивание газа с внедряемыми в него струями воздуха. Затем предварительно подготовленная смесь воспламеняется при встрече с циркулирующими в амбразуре продуктами сгорания и полное перемешивание происходит при дальнейшем взаимодействии с вихревым потоком воздуха у стенок амбразуры, при этом обеспечивается полное сжигание и утилизация тепла низкокалорийного топлива. With such an organization of the supply of energy carrier flows in the burner embrasure 1, in the initial section, gas is intensively mixed with air streams introduced into it. Then, the pre-prepared mixture is ignited when it encounters combustion products circulating in the embrasure and complete mixing occurs upon further interaction with the vortex air flow at the embrasure walls, while the complete combustion and utilization of heat of low-calorific fuel is ensured.

Эффективная работа предлагаемого устройства обеспечивается лишь при выполнении отверстий 6 с углами наклона φ₁ и φ₂ в пределах 30-60^o, обеспечивается высокое качество смешения. При выполнении отверстий с углами наклона 30^o струи воздуха, внедренные в газовый поток, не создают в нем вихревое движение и не выходят за его пределы. Кроме того, возможно слияние всех воздушных струй в один поток, что ухудшает перемешивание и чрезмерно загромождает выходное сечение топливного сопла, что увеличивает его сопротивление. При выполнении отверстий с углами наклона более 60^o уменьшается время пребывания струи воздуха в потоке газа и часть газа проходит аксиально в пространстве горения в неперемешанном виде, что увеличивает недожог. Кроме того, воздушные струи могут истекать параллельно оси газового потока не покидая его.The effective operation of the proposed device is ensured only when making holes 6 with tilt angles φ ₁ and φ ₂ within 30-60 ^o , high quality mixing is ensured. When making holes with angles of inclination of 30 ^o, air jets embedded in the gas stream do not create a vortex movement in it and do not go beyond it. In addition, it is possible to merge all air jets into one stream, which impairs mixing and excessively clutters the output section of the fuel nozzle, which increases its resistance. When making holes with angles of inclination of more than 60 ^° , the residence time of the air stream in the gas stream decreases and part of the gas passes axially in the combustion space in an unmixed state, which increases the underburning. In addition, air jets can flow parallel to the axis of the gas stream without leaving it.

Предлагаемая конструкция устройства для отопления горнов отличается от известных простотой конструкции изготовления и обслуживания устройства и обеспечивает высокую эффективность сжигания низкокалорийного топлива низкого давления. The proposed design of a device for heating horns differs from the known simplicity of the design of manufacture and maintenance of the device and provides high efficiency of burning low-calorie low-pressure fuel.

Claims

A device for heating the furnaces of sintering and roasting machines, including a burner embrasure, an air-conducting casing with a scapular swirl, a gas pipe and an annular air channel between the swirl and a gas pipe, characterized in that the outlet openings of the annular channel are located in its end wall facing the burner embrasure , and are made convergent so that the axis of each of them is located at an angle of 30
60 ^o to the plane passing through the center of the exit section of this hole and the axis of the device, and to the plane perpendicular to the axis of the device, and the direction of rotation of the axes of the holes relative to the axis of the device coincides with the direction of rotation of the blades of the swirler.