RU2430320C2 - Tuyere for supply of acoustically excited gas jets to working space of power technological units - Google Patents
Tuyere for supply of acoustically excited gas jets to working space of power technological units Download PDFInfo
- Publication number
- RU2430320C2 RU2430320C2 RU2009108859/02A RU2009108859A RU2430320C2 RU 2430320 C2 RU2430320 C2 RU 2430320C2 RU 2009108859/02 A RU2009108859/02 A RU 2009108859/02A RU 2009108859 A RU2009108859 A RU 2009108859A RU 2430320 C2 RU2430320 C2 RU 2430320C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- tuyere
- resonator
- axis
- lance
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области энерготехнологий и может быть использовано для осаждения пыли из газовых потоков и интенсификации тепломассообменных процессов и процессов горения в энерготехнологических агрегатах.The invention relates to the field of energy technology and can be used for the deposition of dust from gas streams and the intensification of heat and mass transfer processes and combustion processes in energy technology units.
Известна конструкция фурмы для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство плавильных печей [1]. В этой фурме установлен газоструйный излучатель, имеющий сопло для выхода газа, резонатор и рефлектор, что обеспечивает создание звуковых акустических колебаний в исходящем в рабочее пространство газовом озвученном потоке. Однако недостатком конструкции является расположение оси, связывающей сопло и резонатор, перпендикулярно исходящему озвученному потоку газовой среды. Это приводит к усложнению конструкции излучателя, увеличению его габаритов, а главное к невозможности размещения резонатора вблизи выходного сечения сопел исходящего озвученного газа. При этом излучатель вынуждены выносить за пределы конструкции фурмы, создавать дополнительный газопроводящий тракт на пути от излучателя до выхода озвученного газа из сопла фурмы, что приводит к значительным потерям энергии звуковых колебаний в этих подводящих газопроводах.A known lance design for feeding acoustically excited gas jets into the working space of smelting furnaces [1]. A gas-jet emitter is installed in this lance having a gas outlet nozzle, a resonator and a reflector, which ensures the creation of sound acoustic vibrations in the gas-voiced stream outgoing to the working space. However, the design drawback is the location of the axis connecting the nozzle and resonator perpendicular to the outgoing sound flow of the gaseous medium. This leads to a complication of the design of the emitter, an increase in its dimensions, and most importantly, the impossibility of placing the resonator near the exit section of the nozzles of the outgoing sonicated gas. At the same time, the emitter is forced to move beyond the lance structure, create an additional gas path on the way from the emitter to the sound gas exiting the lance nozzle, which leads to significant energy loss of sound vibrations in these supply pipelines.
Технической задачей настоящего изобретения является снижение потерь энергии звуковых колебаний при вводе в рабочее пространство, уменьшение габаритов и стоимости фурмы и снижение требуемых расходов газовой среды на создание звуковых колебаний.The technical task of the present invention is to reduce the energy loss of sound vibrations when entering into the workspace, reducing the dimensions and cost of the lance and reducing the required costs of the gas medium to create sound vibrations.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что фурма для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство энерготехнологических агрегатов, включающая корпус с водяным охлаждением, газовый струйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора, подводящий трубопровод и сопло фурмы для выхода озвученного газа, отличается тем, что газовый струйный акустический излучатель расположен внутри фурмы на одной оси с ней, а расстояние от торца резонатора до выходного сечения сопла фурмы составляет 4-5 диаметров резонатора, при этом выходное сечение сопла фурмы имеет различную ориентировку относительно ее продольной оси в диапазоне угла 0÷45° между осью фурмы и осью ее сопла.The technical result of the invention is achieved by the fact that a lance for supplying acoustically excited gas jets to the working space of energy-technological units, including a water-cooled housing, a gas jet acoustic emitter consisting of a nozzle, a resonator and a reflector, a supply pipe and a lance nozzle for outputting the voiced gas, characterized in that the gas jet acoustic emitter is located inside the lance on the same axis with it, and the distance from the end of the resonator to the output section of the a lance is 4-5 resonator diameters, the output section of the nozzle lance has a different orientation relative to its longitudinal axis in the range of 0 ÷ angle of 45 ° between the axis of the lance and the axis of the nozzles.
Таким образом, основной особенностью предлагаемого устройства является максимальная приближенность газового струйного акустического излучателя (в дальнейшем акустического излучателя) к выходному соплу фурмы. Как известно, при движении в газопроводе потери акустической энергии вдоль газового тракта пропорциональны длине этого участка газопровода. При расположении акустического излучателя на входе в фурму, как это имеет место в аналоге [1], происходят значительные потери акустической энергии. Это снижает эффект воздействия акустических волн на процессы пылеосаждения, интенсификацию процессов тепломассообмена, приводит к необходимости увеличивать расходы рабочих газовых сред (компрессорного воздуха, кислорода и т.д.) для достижения соответствующего эффекта.Thus, the main feature of the proposed device is the maximum proximity of the gas jet acoustic emitter (hereinafter acoustic emitter) to the output nozzle of the lance. As you know, when moving in a gas pipeline, the loss of acoustic energy along the gas path is proportional to the length of this section of the gas pipeline. When the acoustic emitter is located at the entrance to the lance, as is the case in the analogue [1], significant losses of acoustic energy occur. This reduces the effect of acoustic waves on the processes of dust deposition, the intensification of heat and mass transfer processes, leads to the need to increase the flow rate of working gas media (compressor air, oxygen, etc.) to achieve the corresponding effect.
Расположение же оси акустического излучателя на одной оси с осью фурмы позволяет, с одной стороны, максимально приблизить излучатель к выходному сечению сопла фурмы, а с другой, обеспечивает лишь небольшое увеличение габаритов излучателя и соответственно фурмы. Конструктивно предлагаемое расположение излучателя обеспечивает возможность расположения торца резонатора на расстоянии Lв=4-5 диаметров резонатора dp от выходного сечения сопла фурмы, т.е. Lв=(4-5)dp (см. фиг.1, 2). При таком взаимном расположении излучателя и выходного сечения сопла фурмы потери акустической энергии практически сводятся к нулю.The location of the axis of the acoustic emitter on the same axis with the axis of the lance allows, on the one hand, to bring the emitter as close as possible to the output section of the lance nozzle, and on the other hand, provides only a slight increase in the dimensions of the emitter and, accordingly, the lance. Structurally, the proposed arrangement of the emitter makes it possible to arrange the end of the resonator at a distance L in = 4-5 diameters of the resonator d p from the output section of the tuyere nozzle, i.e. L in = (4-5) d p (see figure 1, 2). With such a mutual arrangement of the emitter and the output section of the tuyere nozzle, the loss of acoustic energy is practically reduced to zero.
Выходное сечение сопла фурмы имеет различную ориентировку относительно продольной оси фурмы. Это зависит от расположения самой фурмы относительно поверхности, с которой взаимодействует струя, выходящая из сопла фурмы. Так, например, при расположении оси фурмы перпендикулярно поверхности (на своде печи) и задаче взаимодействия с потоком пыленесущего газа для осаждения пыли на поверхность ванны металла наилучший угол между осью фурмы и осью выходного сопла составляет α=45° [2, 3]. При этом поток озвученного газа, истекающего из сопла фурмы, взаимодействует с потоком пыленесущего газа и одновременно обеспечивает осаждение коагулированных частиц пыли на поверхность ванны. При торцевом расположении фурмы ее лучшее взаимодействие с потоком газа обеспечивается при совпадении оси фурмы и сопла фурмы, т.е. при α=0. Может быть обеспечено и промежуточное расположение оси выходного сопла - в пределах α=0-45° между осью фурмы и осью ее сопла (см. фиг.1 и 2).The output section of the lance nozzle has a different orientation relative to the longitudinal axis of the lance. This depends on the location of the lance itself relative to the surface with which the jet exiting the nozzle of the lance interacts. So, for example, if the tuyere axis is perpendicular to the surface (on the roof of the furnace) and the task is to interact with the dusty gas flow to deposit dust on the surface of the metal bath, the best angle between the tuyere axis and the axis of the outlet nozzle is α = 45 ° [2, 3]. In this case, the flow of sonicated gas flowing out of the nozzle of the lance interacts with the flow of dusty gas and at the same time ensures the deposition of coagulated dust particles on the surface of the bath. With the end position of the lance, its best interaction with the gas flow is ensured when the axis of the lance and the nozzle of the lance coincide, i.e. for α = 0. An intermediate arrangement of the axis of the outlet nozzle can be ensured - within α = 0-45 ° between the axis of the tuyere and the axis of its nozzle (see Figs. 1 and 2).
На фиг.1 и 2 представлено устройство фурмы для подачи акустически возбужденных газовых струй в рабочее пространство энерготехнологических агрегатов.Figures 1 and 2 show a lance device for supplying acoustically excited gas jets into the working space of energy-technological units.
Оно включает водоохлаждаемый корпус 1, трубопровод для подачи рабочего газа (компрессорный воздух, кислород и др.), сопло 3, резонатор 4 и рефлектор 5 акустического излучателя, выходное сопло фурмы 6, корпус акустического излучателя 7, центровое устройство резонатора относительно корпуса акустического излучателя 8, подачу рабочего газа 9 и воды 10, отвод воды 11, патрубки для подачи воды 12 и отвода воды 13.It includes a water-cooled housing 1, a pipeline for supplying working gas (compressor air, oxygen, etc.), a
Устройство работает следующим образом. По трубопроводу 2 подается рабочий газ 9. Рабочий газ, истекая через сопло акустического излучателя 3, взаимодействует с резонатором 4, в результате чего формируется акустическое поле. Рефлектор 5 служит для обеспечения направленности звуковых волн вдоль оси акустического излучателя между внешним диаметром резонатора 4 и внутренним диаметром корпуса акустического излучателя 7. Далее акустически возбужденный газовый поток движется в направлении выходного сопла фурмы 6 и истекает из его выходного отверстия в рабочее пространство. Через трубопровод 12 и 13 осуществляется подвод 10 и отвод 11 воды, охлаждающей корпус 11 фурмы. Угол α между осью выходного сопла и сопла резонатора изменяется в пределах от 0° (фиг.1) до 45° (фиг.2).The device operates as follows. The working gas 9 is supplied through the
В соответствии с рекомендациями [2] основные размеры устройства рассчитываются следующим образом.In accordance with the recommendations [2], the main dimensions of the device are calculated as follows.
Диаметр сопла акустического излучателя dc определяется исходя из формулы [2-4]The diameter of the nozzle of the acoustic emitter d c is determined based on the formula [2-4]
где Gг - расход рабочего газа; Kг - коэффициент пропорциональности; Рг и Тг - давление и температура торможения газа; ωс - площадь выходного сечения сопла резонатора.where G g is the flow rate of the working gas; K g - coefficient of proportionality; R g and T g - pressure and gas braking temperature; ω with the area of the output section of the nozzle of the resonator.
Из формулы (1) получимFrom formula (1) we obtain
Площадь критического сечения выходного сопла 6 Лаваля принимается равной площади выходного сечения сопла резонатора. Диаметр выходного сечения сопла Лаваля принимается равнымThe critical section area of the output Laval
где dкр=dc - диаметр критического сечения сопла Лаваля.where d cr = d c is the diameter of the critical section of the Laval nozzle.
Диаметр резонатора принимается равнымThe diameter of the resonator is taken equal to
Длина резонатора lр определяется требуемой частотой акустических колебаний и вычисляется по формуле (6)The cavity length l r is determined by the required frequency of acoustic vibrations and is calculated by the formula (6)
Так как акустический газовый излучатель работает в основном в диапазоне частот 100-2000 Гц, то длина резонатора по формуле (6) может быть определена при средней частоте ν ≅ 1000 Гц.Since the acoustic gas emitter operates mainly in the frequency range 100-2000 Hz, the length of the resonator according to formula (6) can be determined at an average frequency of ν ≅ 1000 Hz.
Расстояние от выходного сечения сопла излучателя до входа в резонатор lc определяется соотношениемThe distance from the output section of the nozzle of the emitter to the entrance to the resonator l c is determined by the ratio
Диаметр корпуса излучателя dп определяется из условия равенства площади проходного сечения между внешней поверхностью резонатора диаметром резонатора dп и внутренней поверхностью корпуса излучателя ωп площади выходного сечения сопла излучателя ωс, т.е. условиемThe diameter of the emitter casing d p is determined from the condition that the area of the passageway between the outer surface of the resonator is equal to the diameter of the resonator d p and the inner surface of the emitter casing ω p the area of the output section of the radiator nozzle ω s , i.e. condition
Расход рабочего газа Gг в соответствии с рекомендациями [3] принимается равнымThe working gas flow rate G g in accordance with the recommendations [3] is taken equal
Gг = 0,1÷0,12 Gпог,G g = 0.1 ÷ 0.12 G pog ,
где Gпог - расход основного (несущего) газового потока в рабочем пространстве энерготехнологического агрегата.where G pog is the flow rate of the main (carrier) gas stream in the working space of the energy technology unit.
Пример расчета конструкции фурмы с акустическим излучателем.An example of calculating the design of a lance with an acoustic emitter.
Расход несущего потока газовой среды Gпог = 5000 м3/ч.The flow rate of the carrier gas stream G pog = 5000 m 3 / h.
Тогда расход рабочего газа - компрессорного воздуха Gг = 0,1Then the flow rate of the working gas - compressor air G g = 0.1
Gпог = 0,1·5000 = 500 м3/4 (при н.у.) = 0,139 м/с. Rm G = 0.1 · 5000 = 500 m 3/4 (STP) = 0.139 m / s.
Давление рабочего газа Рг = 0,4 МПа (4 атм), температура Тг=243 K.Working gas pressure P g = 0.4 MPa (4 atm), temperature T g = 243 K.
Для компрессорного воздуха величина Kг=0,0404 K0,5 с/м [4].For compressor air, the value of K g = 0,0404 K 0,5 s / m [4].
Тогда по формуле (2)Then by the formula (2)
иand
Эта величина dc равна диаметру критического сечения сопла Лаваля на выходе фурмы dc = dкр = 13,7 мм.This value d c is equal to the diameter of the critical section of the Laval nozzle at the outlet of the lance d c = d cr = 13.7 mm.
Выходное сечение сопла Лаваля по формуле (4)The output section of the Laval nozzle according to the formula (4)
dт = 1,3dкр = 1,3·13,7 = 17,8 ммd t = 1.3d cr = 1.3 · 13.7 = 17.8 mm
Диаметр резонатора по формуле (5)The diameter of the resonator according to the formula (5)
dp = 1,5dc = 1,5·13,7 = 20,6 ммd p = 1,5d c = 1,5 · 13,7 = 20,6 mm
При частоте акустических колебаний ν = 2000 Гц по формуле (6) длина резонатораWhen the frequency of acoustic vibrations ν = 2000 Hz according to formula (6), the cavity length
Расстояние от выходного сечения сопла излучателя до входа в резонатор по формуле (7) при радиусе отражателя R=20 ммThe distance from the output section of the nozzle of the emitter to the entrance to the resonator according to the formula (7) with the radius of the reflector R = 20 mm
По формуле (8) площадь проходного сечения между внешней поверхностью резонатора и внутренней поверхностью корпуса излучателяAccording to the formula (8), the cross-sectional area between the outer surface of the resonator and the inner surface of the emitter housing
ωп = ωс = 147,2 мм2 ω p = ω s = 147.2 mm 2
Тогда при внешнем диаметре резонатораThen, with the outer diameter of the resonator
dвн.р = dp+4 = 20,6+4 = 24,6 ммd int.p = d p +4 = 20.6 + 4 = 24.6 mm
получаем диаметр внутренней поверхности корпуса излучателяwe get the diameter of the inner surface of the emitter housing
Расстояние от торца резонатора до выходного сечения сопла Lв принимаем из конструктивных соображенийThe distance from the end of the resonator to the output section of the nozzle L in accept for structural reasons
Lв=5 dвн.p=5·24,6=123 ммL in = 5 d ext.p = 5.24.6 = 123 mm
Тогда расстояние L от выходного сечения сопла акустического излучателя до выходного сечения фурмыThen the distance L from the output section of the nozzle of the acoustic emitter to the output section of the lance
L = lc+lp+Lв = 11,7+85,4+123 = 220,1 ммL = l c + l p + L in = 11.7 + 85.4 + 123 = 220.1 mm
При вертикальном расположении фурмы (перпендикулярно поверхности ванны) принимаем угол α = 45°.With a vertical arrangement of the tuyeres (perpendicular to the surface of the bathtub), we take an angle α = 45 °.
При горизонтальном расположении фурмы (параллельно поверхности ванны) принимаем угол α = 0°.With the horizontal arrangement of the tuyeres (parallel to the surface of the bath), we take the angle α = 0 °.
При произвольном расположении фурмы, например, под углом 20° к поверхности ванны, угол α может быть принят также α = 20°.With an arbitrary arrangement of the tuyeres, for example, at an angle of 20 ° to the surface of the bath, the angle α can also be taken as α = 20 °.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Лисиенко В.Г., Воронов Г.В., Засухин А.Л. и др. Способ комбинированной струйно-акустической интенсификации тепломассообмена в рабочем пространстве промышленных печей. Патент на изобретение РФ №2203327. Бюл. №12, 22.04.2003.1. Lisienko V.G., Voronov G.V., Zasukhin A.L. etc. A method of combined jet-acoustic intensification of heat and mass transfer in the working space of industrial furnaces. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2203327. Bull. No. 12, 04/22/2003.
2. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Плавильные агрегаты: теплотехника, управление и экология. Справочное издание в 4-х книгах. Кн. 2 / Под ред. В.Г.Лисиенко. - М.: Теплотехник, 2005. - 912 с.2. Lisienko V.G., Schelokov Y.M., Ladygichev M.G. Melting units: heat engineering, management and ecology. Reference edition in 4 books.
3. Гущин С.Н., Лисиенко В.Г., Кутьин В.Б. Моделирование и управление тепловой работой стекловаренных печей. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. - 398 с.3. Gushchin S. N., Lisienko V. G., Kutin V. B. Modeling and control of the thermal operation of glass melting furnaces. - Yekaterinburg: USTU-UPI, 1997 .-- 398 p.
4. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Учебное пособие / Б.И.Китаев, Б.Ф. Зобнин, В.Ф.Ратников и др. / Под ред. А.С.Телегина. - М.: Металлургия, 1970. - 528 с.4. Thermotechnical calculations of metallurgical furnaces. Textbook / B.I.Kitaev, B.F. Zobnin, V.F. Ratnikov et al. / Ed. A.S. Telegin. - M.: Metallurgy, 1970 .-- 528 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009108859/02A RU2430320C2 (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Tuyere for supply of acoustically excited gas jets to working space of power technological units |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009108859/02A RU2430320C2 (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Tuyere for supply of acoustically excited gas jets to working space of power technological units |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009108859A RU2009108859A (en) | 2010-09-20 |
RU2430320C2 true RU2430320C2 (en) | 2011-09-27 |
Family
ID=42938772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009108859/02A RU2430320C2 (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Tuyere for supply of acoustically excited gas jets to working space of power technological units |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2430320C2 (en) |
-
2009
- 2009-03-10 RU RU2009108859/02A patent/RU2430320C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009108859A (en) | 2010-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2795002C (en) | Ultrasonic nozzle for use in metallurgical installations and method for dimensioning an ultrasonic nozzle | |
CN102884207B (en) | Vice for injecting gas into a metallurgical vessel | |
EP1404881A4 (en) | A gas injection lance | |
RU2004124835A (en) | METHOD FOR PYROMETALLURGICAL PROCESSING OF METALS, METAL MELTS AND / OR SLAGS, AND ALSO INJECTOR DEVICE | |
RU2430320C2 (en) | Tuyere for supply of acoustically excited gas jets to working space of power technological units | |
CN106065426B (en) | A kind of bottom blowing element that oxygen spray powder is supplied for converter bottom | |
JP2008231529A (en) | Apparatus for injecting gaseous reducing material into blast furnace and method for operating blast furnace using the same | |
US8992656B2 (en) | Controllable solids injection | |
CN204608072U (en) | A kind of ring slot supersonic jet shower nozzle | |
RU2414512C2 (en) | Improved tuyere for ld process of steel production | |
Odenthal et al. | Advanced blowing and stirring conditions in the BOF process | |
KR20050075020A (en) | Gas supply system for a metallurgical furnace and operating method for said system | |
TW202221143A (en) | Reducing gas injection system | |
RU2294968C1 (en) | Apparatus for cleaning blast tuyeres in steel casting ladles | |
CN203238299U (en) | Simple AOD (Argon Oxygen Decarburization) furnace top gun system | |
RU2469802C1 (en) | Acoustic straight-flow gas burner | |
Zuev et al. | Acoustic and pulsating methods and devices in steel production | |
RU28120U1 (en) | BLAST FURNACE BLOWER | |
SU894000A1 (en) | Device for blasting molten metal in hearth steel smelting set | |
SU556178A1 (en) | The blast furnace nozzle | |
RU123008U1 (en) | DEVICE FOR BLOWING METAL IN A DUCK | |
UA66738A (en) | An ultrasonic oxygen tuyere nozzle for the melt blowing | |
SU943293A1 (en) | Tuyere for bottom blasting of metal | |
RU99857U1 (en) | DEVICE FOR FLOWING GASES AND SIMULTANEOUS GENERATION OF ULTRASONIC OSCILLATIONS IN A LIQUID METAL | |
UA108953C2 (en) | OXYGEN TYPE OF WELDED CONSTRUCTION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130311 |