RU70706U1

RU70706U1 - OPEN LOW OXIDIZING HEATING FURNACE

Info

Publication number: RU70706U1
Application number: RU2007131576/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Агафонов; Александр Борисович Борисов; Николай Васильевич Милавин
Original assignee: ОАО "Северсталь-метиз"
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2008-02-10

Abstract

Протяжная печь открытого малоокислительного нагрева. Полезная модель относится к области уничтожения отходов производства путем сжигания, в частности к устройствам для уничтожения газообразных отходов на протяжных печах, не сгоревших при первичном сжигании. Протяжная печь содержит последовательно расположенные зону предварительного нагрева с основными соплами дожигания и зону неполного сгорания, зонт-козырек над выходным сечением печи, снабженный отводным трубопроводом и вытяжным вентилятором. На выходной части трубопровода зонта-козырька установлены дополнительные сопла дожигания, которые расположены внутри основных сопел дожигания зоны предварительного нагрева печи. Технический результат: повышение КПД нагревательной печи за счет утилизации выбиваемых из окна выгрузки печных газов и дожигания этих газов в объеме печи. 2 ил.Open-hearth open oxidation broaching furnace. The utility model relates to the field of waste disposal by incineration, in particular to devices for the destruction of gaseous wastes in broaching furnaces that are not burnt during the primary combustion. The broaching furnace contains a pre-heating zone located in series with the main afterburning nozzles and an incomplete combustion zone, an umbrella visor above the outlet section of the furnace, equipped with an exhaust pipe and an exhaust fan. Additional afterburning nozzles are installed on the outlet part of the pipeline of the umbrella-visor, which are located inside the main nozzles of the afterburning of the furnace preheating zone. EFFECT: increased efficiency of a heating furnace due to utilization of furnace gases knocked out of the unloading window and afterburning of these gases in the furnace volume. 2 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области уничтожения отходов производства путем сжигания, в частности к устройствам для уничтожения газообразных отходов на протяжных печах, не сгоревших при первичном сжигании.The proposed utility model relates to the field of waste disposal by incineration, in particular to devices for the destruction of gaseous wastes in broaching furnaces that are not burnt during the primary combustion.

Известно устройство для дожигания сбросных газов, содержащее инжектор, патрубок для подвода сбросных газов, смеситель, горелочный туннель в виде диффузора и камеру дожигания (см. Патент RU №2052726, F23G 7/06, опуб. 20.01.1996).A device for the afterburning of waste gases containing an injector, a pipe for supplying waste gases, a mixer, a burner tunnel in the form of a diffuser and a afterburner (see Patent RU No. 2052726, F23G 7/06, publ. 01.20.1996).

Для работы данного устройства необходима отдельная камера дожигания, когда как сжигание сбросных газов можно проводить и в основном устройстве, в котором они образуются.For the operation of this device, a separate afterburner is required, when both the combustion of waste gases can be carried out in the main device in which they are formed.

Наиболее близким по назначению и достигаемому результату является проходная муфельная печь, содержащая последовательно соединенные камеры нагрева и выдержки с газогорелочными устройствами и дымоотводящими каналами, камеру охлаждения и торцевые эжекторы. Дополнительно печь содержит футерованную камеру смешения, снабженную встроенными инжекционными смесителями, соединенными с воздушным коллектором. Эта камера смешения является также дополнительной камерой нагрева, отделенной от металла решетчатым сводом. В ней производится дожигание отходящих печных газов, а инжекционные смесители по сути The closest to the purpose and the achieved result is a continuous muffle furnace containing series-connected heating and holding chambers with gas burner devices and smoke exhaust channels, a cooling chamber and end ejectors. Additionally, the furnace contains a lined mixing chamber equipped with built-in injection mixers connected to the air manifold. This mixing chamber is also an additional heating chamber, separated from the metal by a grating arch. It produces afterburning of the exhaust furnace gases, and injection mixers are essentially

дела являются цилиндрическими соплами дожигания (см. АС №1223000, F27В 5/04, опуб. 07.04.86, Бюл. №13).cases are cylindrical afterburning nozzles (see AC No. 1223000, F27В 5/04, publ. 07.04.86, Bull. No. 13).

В указанной печи для сохранения восстановительного потенциала печных газов горение как в отапливаемых камерах нагрева и выдержки, так и в дополнительной камере смешения организуется с недожогом, а завершающее дожигание производится в торцевых вытяжных эжекторах печи, причем входные диффузоры этих эжекторов равнозначны вытяжным зонтам.In this furnace, in order to maintain the recovery potential of the furnace gases, combustion both in heated heating and holding chambers and in an additional mixing chamber is unburned, and the final afterburning is performed in the end exhaust ejectors of the furnace, and the input diffusers of these ejectors are equivalent to exhaust umbrellas.

В этой нагревательной печи химический и физический потенциал сбросных газов не используется в процессе нагрева. В рамках данного устройства можно лишь улучшить температурные условия для более качественного дожигания (например, снабдить вытяжное устройство тепловой изоляцией).In this heating furnace, the chemical and physical potential of the waste gases is not used in the heating process. In the framework of this device, it is only possible to improve the temperature conditions for better afterburning (for example, provide the exhaust device with thermal insulation).

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение КПД нагревательной печи за счет утилизации выбиваемых из окна выгрузки печных газов и дожигания этих газов в объеме печи.The technical task of the proposed utility model is to increase the efficiency of a heating furnace by utilizing furnace gases knocked out of the window and unloading these gases in the furnace volume.

Данная задача решается за счет того, в протяжной печи открытого малоокислительного нагрева, содержащей последовательно расположенные по длине печи зону предварительного нагрева с основными соплами дожигания и зону неполного сгорания, а также зонт-козырек с отводным трубопроводом и вытяжным вентилятором над выходным сечением печи, на выходной части трубопровода зонта-козырька установлены дополнительные сопла дожигания, которые расположены внутри основных сопел дожигания зоны предварительного нагрева печи.This problem is solved due to the fact that in the broaching furnace there is an open low-oxidation heating containing a preheating zone sequentially located along the length of the furnace with the main afterburning nozzles and an incomplete combustion zone, as well as an umbrella visor with a bypass pipe and an exhaust fan above the outlet section of the furnace Part of the pipeline of the umbrella-visor has additional afterburning nozzles located inside the main afterburning nozzles of the furnace preheating zone.

Внешним показателем правильно организованного режима давления протяжных нагревательных печей открытого малоокислительного нагрева является наличие видимого выбивания горящего пламени или газовой завесы через окно выгрузки печи для исключения подсоса воздуха в рабочее пространство печи. Иногда при недостаточном разогреве печных каналов участка выдержки печи - особенно на печах отжига с меньшей температурой - эти выбивания не являются видимыми и их предварительно поджигают. Внешне выбивания имеют рыжеватый окрас и, как правило, не являются прозрачными из-за наличия в их составе частиц сажи. Минимальное выбивание соответствует нулевому или некоторому малому избыточному давлению в печи на уровне пода, при этом шлейф пламени под действием подъемных сил отрывается от подины еще до выходного сечения печи и не застилает надежно металл. В связи с этим для надежного исключения подсоса воздуха приходится несколько форсировать выбивания путем повышения давления в печи.An external indicator of a properly organized pressure regime of broaching heating furnaces of open low-oxidation heating is the presence of a visible knocking out of a burning flame or gas curtain through the furnace discharge window to prevent air inflow into the furnace working space. Sometimes, with insufficient heating of the furnace channels of the holding section of the furnace — especially on lower-temperature annealing furnaces — these knockouts are not visible and are preliminarily ignited. Outwardly, knockouts have a reddish color and, as a rule, are not transparent due to the presence of soot particles in their composition. The minimum knockout corresponds to zero or some small excess pressure in the furnace at the hearth level, while the flame cable under the action of lifting forces breaks off the hearth even before the outlet section of the furnace and does not reliably cover the metal. In this regard, in order to reliably eliminate air leaks, it is necessary to somewhat force the knockouts out by increasing the pressure in the furnace.

Следует отметить, что потери топлива на вынужденные выбивания пламени или так называемый газослив могут быть довольно ощутимыми (до 15-20 и более %). Так, при нагреве среднего сортамента было замечено, что путем дополнительного и еще большего форсирования выходного выбивания пламени, усиления его настильности к подине достигается выравнивание температуры между отдельными нитками металла («по садке»). Этот прием был освоен на практике, в результате чего удалось полностью исключить возвраты металла по механическим свойствам.It should be noted that fuel losses due to forced knockouts of the flame or the so-called gas discharge can be quite noticeable (up to 15-20% or more). So, when heating the middle assortment, it was noticed that by additional and even greater boosting of the output knocking out of the flame, by increasing its flatness to the bottom, the temperature is equalized between the individual metal threads (“by thread”). This technique was mastered in practice, as a result of which it was possible to completely eliminate metal returns by mechanical properties.

В связи с тем, что вблизи торцевой выходной стенки печи процесс горения не интенсифицирован, продукты сгорания по выходе из торцевого вытяжного зонта могут иметь и определенный химический потенциал. В связи с ощутимым порядком потерь топлива на газослив (от единиц до 10-20 и более %), хотя бы частичная утилизация этих потерь (или физического и химического потенциала сбросных газов) является актуальной задачей, на что и направлено предлагаемое решение.Due to the fact that the combustion process is not intensified near the end exit wall of the furnace, the combustion products at the exit from the end exhaust hood may also have a certain chemical potential. In connection with a perceptible order of fuel losses to a gas drain (from units up to 10-20 or more%), at least partial disposal of these losses (or the physical and chemical potential of waste gases) is an urgent task, which is what the proposed solution is aimed at.

На фиг.1 представлена упрощенная схема протяжной печи (вид сбоку), на фиг.2 показан узел вставного сопла.Figure 1 presents a simplified diagram of a broaching furnace (side view), figure 2 shows the site of the insert nozzle.

Устройство включает в себя зонт-козырек 1, расположенный над окном выгрузки 2 протяжной печи 3. Зонт 1 посредством трубопровода 4 подключен к вентилятору 5, который со стороны выхлопа через регулировочный клапан 6 соединен с дополнительным коллектором 7, установленным параллельно основному коллектору 8. С коллектором 7 сообщены сварные поворотные отводы 9, встроенные в отводы 10 основного коллектора 8. Отводы 9 завершаются цилиндрическими соплами 11, встроенными в основные сопла 12 (установленные в ряд по ширине печи, в примере конкретного выполнения в количестве 4 штук), завершающие основные отводы 10 коллектора 8. Встроенные сопла 11 расположены соосно основным соплам 12 с образованием кольцевого зазора 13. Облекающие основные сопла 12 своей боковой цилиндрической поверхностью примыкают к арочному кирпичному пережиму 14, разделяющему зону неполного сгорания 15 печи 3 и зону дожигания 16.The device includes an umbrella visor 1 located above the discharge window 2 of the broaching furnace 3. The umbrella 1 is connected via a pipe 4 to a fan 5, which is connected from the exhaust side through an adjustment valve 6 to an additional manifold 7 installed parallel to the main manifold 8. With a collector 7, welded rotary bends 9 are integrated in the bends 10 of the main manifold 8. The bends 9 end with cylindrical nozzles 11 integrated in the main nozzles 12 (installed in a row along the width of the furnace, in the example of a particular embodiment 4 pieces), completing the main bends 10 of the collector 8. The built-in nozzles 11 are aligned with the main nozzles 12 to form an annular gap 13. The enveloping main nozzles 12 with their lateral cylindrical surface are adjacent to the arched brick clamp 14, which separates the incomplete combustion zone 15 of furnace 3 and afterburning zone 16.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По включении вентилятора 5 постепенно открывают регулировочный клапан 6. В результате продукты сгорания, выбивающиеся из выходного сечения 2 печи 3 и собираемые зонтом 1, под действием развиваемой вентилятором 5 тяги проходят по трубопроводу 4 и далее, минуя вентилятор 5 и поворотный клапан 6, попадают в дополнительный коллектор дожигания 7. Из этого коллектора газовая среда распределяется по отводам 9 и цилиндрическим соплам 11, по выходе из которых смешивается с потоком воздуха, поступающего из основного коллектора 8 по отводам When the fan 5 is turned on, the control valve 6 is gradually opened. As a result, the combustion products knocked out of the outlet section 2 of the furnace 3 and collected by the umbrella 1, under the action of the draft developed by the fan 5, pass through the pipeline 4 and then, bypassing the fan 5 and the rotary valve 6, get into additional afterburning collector 7. From this manifold, the gaseous medium is distributed along the outlets 9 and cylindrical nozzles 11, at the outlet of which it is mixed with the flow of air coming from the main manifold 8 along the outlets

10 и кольцевым зазорам 13 между цилиндрическими поверхностями сопел 11 и 12. В результате каждая из таких струй дожигания состоит из центральной струи смеси продуктов полного и неполного сгорания с воздухом, который в определенной мере неизбежно увлекается под зонт 1, а также облекающей чисто воздушной струи. В область действия таких составных струй из зоны неполного сгорания 15, проходя под арочным пережимом 14, поступают продукты неполного сгорания, которые на этих струях и дожигаются.10 and annular gaps 13 between the cylindrical surfaces of the nozzles 11 and 12. As a result, each of these afterburning jets consists of a central jet of a mixture of products of complete and incomplete combustion with air, which, to some extent, is inevitably carried away under umbrella 1, as well as a sheath of purely air stream. In the area of action of such composite jets from the incomplete combustion zone 15, passing under the arched pinch 14, incomplete combustion products enter which are burned out on these jets.

Путем дальнейшего открытия регулировочного клапана 6 можно добиться, чтобы расход воздуха на дожигание от основного коллектора 8 снизился до минимума. Этот воздух по мере открытия клапана 6 от основного коллектора 8 по включении вентилятора 5 становится избыточным, и для поддержания теплового равновесия в рабочем пространстве печи регулятор температуры зоны 16 понижает расход воздуха.By further opening the control valve 6, it is possible to reduce the afterburning air flow from the main manifold 8 to a minimum. This air as the valve 6 opens from the main manifold 8 when the fan 5 is turned on, becomes redundant, and to maintain thermal equilibrium in the working space of the furnace, the zone 16 temperature regulator reduces air flow.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в следующем.The technical result of the proposed utility model is as follows.

Достигается утилизация химического и физического потенциала сбросных газов путем их направления непосредственно к фронту горения факельных струй дожигания. Разумеется, такая утилизация может быть только частичной. Так, если горючие компоненты, попадая в область факельной струи, практически наверняка сгорают, то «физическая утилизация», очевидно, не может быть полной. Кроме того, на участке соединительного трубопровода смесь утилизируемых газов должна охлаждаться до температуры, не превышающей эксплуатационные возможности вентилятора. Тем не менее, за счет вноса, хотя и низко потенциального, но все же дополнительного тепла возрастает теоретическая температура горения, а значит, появляется определенный резерв для повышения производительности, либо - что равнозначно, повышения КПД. Это подтвердил опыт (см. ниже).The utilization of the chemical and physical potential of the waste gases is achieved by directing them directly to the combustion front of the torch afterburning jets. Of course, such disposal can only be partial. So, if combustible components, falling into the region of the flare jet, almost certainly burn out, then the “physical disposal”, obviously, cannot be complete. In addition, in the section of the connecting pipeline, the mixture of utilized gases must be cooled to a temperature not exceeding the operational capabilities of the fan. Nevertheless, due to the introduction, albeit of a low potential, but still additional heat, the theoretical combustion temperature increases, which means that a certain reserve appears to increase productivity, or, equivalently, increase efficiency. This was confirmed by experience (see below).

Другой результат - в обеспечении стабильности регулирования температуры в первой по ходу металла зоне нагрева. Поясним суть дела. Вид неустойчивости, состоящий в падении расхода воздуха на дожигание до нуля с быстрым падением контролируемой температуры, встречается на протяжных печах довольно часто. Причина неустойчивости - главным образом во внутренних возмущениях, возникающих в самой печи. Так, в процессе регулирования температуры в соседней зоне неполного сжигания расход топлива в целом на печь может иногда снижаться. При каждой такой отработке падает температура и в зоне дожигания (это и есть внутреннее возмущение). В переходном процессе автоматического регулирования этот параметр зачастую попросту не успевает восстановиться, и расход воздуха на Another result is the stability of temperature control in the first heating zone along the metal. Let us explain the essence of the matter. The type of instability, which consists in a drop in air flow rate to afterburning to zero with a rapid drop in controlled temperature, is quite common in broaching furnaces. The cause of instability is mainly due to internal disturbances arising in the furnace itself. So, in the process of regulating the temperature in the adjacent zone of incomplete combustion, fuel consumption in general for the furnace can sometimes decrease. With each such mining, the temperature also drops in the afterburning zone (this is internal disturbance). In the transition process of automatic control, this parameter often simply does not have time to recover, and the air flow to

дожигание сокращается до недопустимо малых значений с переходом в непозволительную область недожога с дальнейшим и уже необратимым падением температуры. (Отметим, что при регулировании температуры в первой по ходу металла зоне дожигания, если надо повысить температуру, расход воздуха сокращается и наоборот).afterburning is reduced to unacceptably small values with a transition to an unacceptable area of underburning with a further and already irreversible drop in temperature. (Note that when regulating the temperature in the first afterburning zone, if the temperature is to be raised, air consumption is reduced and vice versa).

Так как улавливаемая локальным зонтом смесь газов имеет высокий окислительный потенциал и ее применение экономически более выгодно, то эту смесь и надо использовать главным образом для дожигания, а основной воздух - в существенно меньшем количестве - для регулирования температуры и качественного завершения процесса горения. В результате чрезмерное падение температуры при возникновении нежелательных возмущений будет предупреждаться постоянным расходом смеси, задаваемым подачей утилизационного вентилятора.Since the mixture of gases captured by the local umbrella has a high oxidizing potential and its use is economically more profitable, this mixture should be used mainly for afterburning, and the main air in a much smaller amount should be used to control the temperature and complete the combustion process. As a result, an excessive temperature drop in the event of undesirable disturbances will be prevented by a constant flow rate of the mixture specified by the supply of the recovery fan.

Кроме того, возможна оптимизация дутьевого оборудования. Так, в настоящее время каждый печной пролет, состоящий из четырех печей, обслуживает один вентилятор мощностью 45 кВт. Исходя из потребности в дутьевом воздухе каждой печи, не превышающем в среднем 1500 м³/ч, выгоднее установить по одному вентилятору 7,5 кВт на печь. Двигаясь по пути автономности, еще более выгодным решением было бы иметь по два вентилятора на печь - один на зону генерации и (частично) на зону дожигания, второй - утилизационный совокупной мощностью порядка 5-6 кВт.In addition, optimization of blowing equipment is possible. So, at present, each furnace span, consisting of four furnaces, serves one 45 kW fan. Based on the demand for blast air of each furnace, not exceeding an average of 1,500 m ³ / h, it is more profitable to install one 7.5 kW fan per furnace. Moving along the path of autonomy, an even more profitable solution would be to have two fans per furnace - one for the generation zone and (partially) for the afterburning zone, and the second - with a combined capacity of about 5-6 kW.

Пример использования.Usage example.

Предлагаемое устройство апробировали на протяжной печи нагрева проволоки термопатентировочного агрегата №10 сталепроволочного цеха №2 ОАО «Северсталь-метиз» (Череповецкий завод) после реконструкции печи (печь предназначена для нагрева канатной проволоки сталь 80 ⌀ 7,8 под патентирование). При этом изменили температурный график нагрева - I зона с 1000 до 1040°С, в результате при той же производительности расход природного газа на печь снизился на несколько процентов (примерно со 100 до 94 м³/ч). Путем подачи на дожигание дополнительного теплоносителя указанная более высокая технологическая температура стала легко достижимой (в сравнении с базовым вариантом) при высокой устойчивости процесса регулирования и при весьма умеренной нагрузке на вентилятор (установили обычный малогабаритный вентилятор ВР12-26-3,15; для надежности путем дополнительного разбавления температура входного потока не превышает 100°С). Расход основного воздуха на дожигание сократился примерно на 300 м³/ч.The proposed device was tested on a broaching furnace for heating the wire of the thermo-batching unit No. 10 of the steel wire workshop No. 2 of Severstal-metiz OJSC (Cherepovets Plant) after reconstruction of the furnace (the furnace is designed to heat steel wire 80 ⌀ 7.8 for patenting). In this changed temperature schedule heating - I zone from 1000 to 1040 ° C, resulting in the same performance when natural gas consumption for the furnace decreased by a few percent (about 94 to 100 m ³ / h). By supplying an additional coolant for the afterburning, the indicated higher process temperature became easily achievable (in comparison with the basic version) with high stability of the control process and with a very moderate load on the fan (a conventional small-sized fan VR12-26-3.15 was installed; for reliability, by means of an additional dilution, the temperature of the input stream does not exceed 100 ° C). The afterburning air consumption was reduced by approximately 300 m ³ / h.

Claims

A long open oxidizing heating furnace, comprising a preheating zone sequentially located along the length of the furnace with the main afterburning nozzles and an incomplete combustion zone, as well as an umbrella visor above the furnace outlet cross section, equipped with an exhaust pipe and an exhaust fan, characterized in that the umbrella -the visor has additional afterburning nozzles, which are located inside the main afterburning nozzles of the furnace preheating zone.