SE524604C2 - Förfarande vid gasbrännare, jämte en kombinerad gasbrännare och kylare - Google Patents

Description

30 35 524 604 När väl den i ugnen uppvärmda produkten är klar att tas ut ur ugnen tar det naturligtvis en väsentlig tid för ugnen, dess uppvärmda volym och den uppvärmda produkten att svalna till en temperatur där de går att hantera utan specialverktyg. För att få avkylningsprocessen av ugnen att gå snabbare pumpas kalluft ofta in i innerröret, för aktiv nedkylning av ugnens uppvärmda volym genom överföring av det i ugnens uppvärmda volym lagrade värmet till den kalla luften via ytterröret.

Gasbrännarens ytterrör kallas under denna typ av drift för Kylluften leds således genom samma rörsystem som bränsleflödet ”kylfinger”. ingår i gasbrännaren, under det att gas- och och ett lufttillflöde istället öppnas, Kylluftflödet är ofta stängs, ifrån vilket kylluften strömmar genom rörsystemet. stort. en typisk genomströmning av mycket Ett exempel på kylluft vid kylning av ugnen är lOOnÛ/h.

Det förekommer även att anordningen endast används som kyl- finger.

Eftersom kylluftens temperatur naturligtvis är mycket lägre än atmosfärens inuti ugnens uppvärmda volym, och eftersom kylluften inte kommunicerar direkt med denna atmosfär, upp- står kraftiga nmterialspänningar j. de delar av rörsystemet vilka utgör barriären mellan kylluften och ugnens uppvärmda volym. Dessa spänningar är så kraftiga att de medför väsent- liga mekaniska spänningar i fogarna mellan de av rörsystemets olika delar som utgör nämnda barriär.

Enligt känd teknik leds kylluften genom det inre röret, vil~ ket mynnar i det med ugnens inneslutna volym i direkt kontakt stående yttre röret, genom vilket kylluften strömmar vidare och ut ur rörsystemet. I det område där kylluften strömmar ut ur det inre röret, vänder och återströmmar genom den del av det yttre rörets volym som inte upptas av det inre rörets p:\patranor\docsklocworkßlutfóreläggande.inLdoc , 2004-06-11 10 75 20 25 30 35 524 604 volym, är kyleffekten relativt stark. Därför är påfrestning- arna på materialet till följd av de kraftiga temperaturgradi- enterna som förekommer i det yttre rörets material väsentliga i detta och det yttre rörets bottenkonstruktion är område, speciellt utsatt. Ofta består denna bottenkonstruktion av en i det yttre röret mekaniskt fast infäst bottenplatta. Oavsett infästningstyp, såsom svetsning, gängning, etc., blir materi- alslitaget påtagligt i skarven mellan denna bottenplatta och det yttre rörets mantelyta samt av cykliskt varierande last som leder till termisk utmattning.

Det har presenterats andra förslag till lösningar på dessa sådant lösningsförslag' är att för att problem. Ett exempel på ett konstruera den yttre bottenplatten med en välvd form, på så sätt mer effektivt uppta de materialspänningar som på- läggs konstruktionen genom temperaturgradienterna som före- kommer vid kylfingerdrift.

Emellertid har inget av de presenterade förslagen lett till en effektiv lösning av problemet. Fortfarande måste det yttre röret och/eller bottenplattan utbytas relativt ofta, med onö- digt höga underhållskostnader som följd.

Det skulle därför vara önskvärt att finna en bottenkonstruk- tion för det yttre röret som minimerade materialslitaget till följd av temperaturgradienterna som förekommer i denna kon- som därigenom minskade underhållskraven på struktion, och gasbrännaren och ökade dess livslängd.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller en sådan förbättrad bottenkonstruktion för ett yttre rör på en sådan gasbrännare, vilken placeras på ett genom att införa en inre bottenyta, avstånd från den yttre rörytan, och. mot vilken den genom- strömmande kylluften tvingas att vända tillbaka och strömma ut genom det yttre röret, och sålunda aldrig strömmar direkt p:\patranor\docskiocworldslutföreläggande.inl.doc , 2004-06-11 10 75 20 25 30 524 604 an mot fogen mellan den yttre rörytan och det yttre rörets mantelyta.

Förutom att öka livslängden på gasbrännare, löser uppfinning- en samtidigt ett problem med materialvalet till själva gas- brännarens rörsystem. I många tillämpningar önskar man använ- da ett ferritiskt material, såsom till exempel FeCrAl, istäl- let för ett austenitiskt material, såsom till exempel NiCr.

FeCrAl är etrt bättre material ur oxidations- och korrosions- synpunkt.

Anledningen till detta är att exempelvis FeCrAl bättre hante- rar den uppkolning av materialet som uppkommer till följd av kolpotential mellan materialet och skillnaderna i ugnens inneslutna volym. Så är exempelvis fallet vid drift av brän- nare av så kallad SER-typ. Däremot är det inte möjligt att konstruera en gasbrännare enligt nuvarande teknik i ett fer- ritiskt material, på grund av de till följd av de närvarande temperaturgradienterna uppkomna materialspänningarna. Genom föreliggande uppfinnings minskade temperaturgradientinducera- de materiallaster kan ferritiska material användas istället för austenitiska vid tillverkning av gasbrännare.

Föreliggande uppfinning hänför sig sålunda till ett förfaran- de vid drift av en brännare och/eller kylare, där gaser bringas att strömma genom ett inre rör, ut i ett yttre rör, som har en sluten botten, vilket yttre rör omsluter det inre röret, och tillbaka genom den del av det yttre rörets volym som inte upptas av det inre rörets volym, och utmärks av att en inre bottenplatta, placerad inuti det yttre röret, bringas att placeras på avstånd ifrån det yttre rörets slutna botten och av att bottenplattan helt utfyller det yttre rörets tvär- snitt och är belägen vinkelrätt mot det yttre rörets längdax- el, varigenon1 de genonx det inre röret och ut i det yttre p:\patra.nor\docsklocworldslutföreläggande.inl.doc , 2004-06-11 70 75 20 25 30 524 604 röret strömmande gaserna bringas att vända tillbaka ut mellan det yttre röret och det inre röret mot nämnda bottenplatta, varigenom. en gasficka bringas att uppstå. mellan det yttre rörets botten och nämnda bottenplatta.

Vidare hänför sig föreliggande uppfinning till en kombinerad gasbrännare och kylare av det slag och med de särdrag som anges i patentkravet 8.

Nedan beskrivs uppfinningen närmare, delvis i samband med på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - fig. 1 är en översiktsvy av en ugn med gasbrännare; - fig. 2 är en sidovy av gasbrännarens brännarrör/kylfinger; - fig. 3 är en sidovy av gasbrännarens nedre del jämte en projicerad vy från undersidan av gasbrännaren - fig. 4 är en sidovy av den nedre delen av en annan gasbrän- nare, jämte en projicerad vy från undersidan av gasbrännaren.

I Fig. 1 visas en översikt över en ugn l, uppvärmd av en kombinerad gasbrännare och kylare 3 enligt uppfinningen. Fig. 2 visar en sidovy av nämnda kombinerade gasbrännare och kyla- re. Ugnens inneslutna volym 2 tillförs värmeenergi från gas- brännaren 3, och värms på så vis upp. Värmeenergin från gas- brännaren 3 överförs till ugnens inneslutna volym 2 främst genonl värmestràlning, även. om konvektion och ledning också bidrar till uppvärmningen av ugnens uppvärmda volym.

Gas från en extern gaskälla antänds i ett brännarhuvud 4, och de heta, gasformiga restprodukterna från förbränningen ström- mar in i gasbrännarens inre rör 7 och tillbaka ut genom den volym 6 som bildas mellan gasbrännarens inre rörs 7 ytteryta och det yttre rörets 5 inneryta. p:\patranor\docs\docworldslutförelåggandeinl.doc , 2004-06-11 70 75 20 25 30 35 524 604 Således kommer aldrig gasens förbränningsprodukter att komma i kontakt med ugnens inneslutna volym 2.

Såsom antyds ovan är det även brukligt att använda kalluft i I detta fall kallas gasbrän- i det fall brän- samma rörsystem i kylningssyfte. naren 3 istället kylfinger. Således kommer, inte heller den kalla luften kontakt med naren 3 används som kylfinger, som strömmar genom konstruktionen att komma i ugnens inneslutna volym 2.

Fig. 3 visar gasbrännarens 3 nedre del. Som kan ses i figuren är en cirkulär inre bottenyta 8 placerad på avstånd ovanför det yttre rörets 5 bottenplatta 9. En insatsanordning 10 de- finierar avståndet mellan den inre bottenytan 8 och det yttre rörets 5 bottenplatta 9. Insatsanordningen 10 kan vara rör- formad eller ha vilken annan lämplig geometrisk form som helst. Det är fördelaktigt om insatsanordningen har låg vär- meledningsförmåga och minsta möjliga tvärsnitt.

Genom att den inre bottenplattan 8 har en diameter som inte fullt motsvarar det yttre rörets 5 innerdiameter bildas en öppen spalt ll mellan den inre bottenplattan 8 och det yttre rörets 5 inneryta. Denna spalt säkerställer att de material- rörelser som kommer till stånd på grund av de temperaturgra- dienter som förekommer vid drift inte orsakar mekanisk skada på materialet, och särskilt infästningen av bottenplattan 9 i rörsystemet.

På grund av avståndet mellan den inre bottenplattan 8 och det yttre rörets 5 bottenplatta 9 uppkommer en isolerande luft- spalt 12 dem emellan. Gaserna som strömmar ut ur det inre rö- ret 7 och tillbaka i volymen mellan det inre 7 och det yttre röret 5, kommer att hejdas av den inre bottenplattans 8 ovan- yta, varvid den påverkan som temperaturskillnaden, som före- ligger mellan ugnens inneslutna volym 2 och de genom gasbrän- p:\patranor\docs\docwork\slutförelägga.nde.inLdoc , 2004-06-11 70 15 20 25 30 35 524 604 naren 3 strömmande gaserna, kommer att ha på volymen under den inre bottenplattan. 8 väsentligen Ininskas. Detta medför följaktligen att uppvärmningen respektive nedkylningen av det 5 bottenkonstruktion 9 rörets väsentligen minskar. yttre Detta får i sin tur till följd att materialslitaget på grund väsentligen av värmegradientinducerade materialspänningar minskar, och att livslängden för det yttre rörets 5 botten- konstruktion 9 följaktligen väsentligen ökar.

Ovanpå den inre bottenplattan 8 finns en korsformad distans 13, vilken har till uppgift att dels definiera avståndet mellan den inre bottenplattan 8 och det inre rörets 7 neder- kant, dels att jämnt fördela de ur det inre röret 7 utström- mande gaserna. Det inre röret 7 vilar ovanpå distansen 13.

Det är viktigt att inse att denna konstruktion kan vara vil- ken som helst som uppnår åtminstone det ena av dessa båda syften.

Distansen 13 kan också saknas, varvid nämnda syften inte uppnås.

Det skall vidare inses att, beroende på konstruktion av res- terande gasbrännare och under förutsättning att antingen den inre bottenplattan 8 och den cirkulära insatsanordningen 10 eller insatsanordningen 10 och det yttre rörets 5 bottenkon- struktion 9 eller båda dessa kombinationer vilar löst ovanpå varandra, kan insatsanordningen 10, den inre bottenplattan 9, den eventuella distansen 13 och det inre röret 7 vara meka- niskt hopfogade med hjälp av svetsning, inspänning, gängning eller annan lämplig teknik. Delarna kan alternativt vila löst ovanpå varandra.

Fig. 4 visar en liknande vy som Fig. 3, men en annan möjlig utföringsform av uppfinningen. I denna utföringsform används ett konvektions- och strålningsreducerande isoleringsmaterial p:\patranor\docswocworldslutfiâreläggande.inl.doc , 2004-06-11 10 15 20 25 524 604 14 istället för den cirkulära insatsanordningen 10. Isole- ringsmaterialet medför en ännu bättre isolering av det yttre rörets 5 bottenkonstruktion 9, med ännu längre livslängd som följd. Dessutom definierar isoleringsmaterialet 14 avståndet mellan det yttre rörets 5 bottenkonstruktions 9 övre yta och den inre bottenplattans 8 undre yta, och uppbär även den inre bottenplattans 9 tyngd.

Naturligtvis är det även möjligt att använda ett isolerings- material 14 i kombination med en insatsanordning 10, för att på så sätt öka bärigheten i konstruktionen.

Ett lämpligt isoleringsmaterial för föreliggande tillämpning är exempelvis aluminiumsilikatfiber. lnsatsanordningen kan vara metallisk eller keramisk eller av annat lämpligt material.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning löser de inled- ningsvis nämnda problemen.

Ovan har ett antal utföringsformer beskrivits. Det är emel- lertid uppenbart att detaljutformningen av ingående komponen- ter kan varieras.

Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsformerna, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram. p:\patranor\docàdocworkßlutíöreläggande.in].doc , 2004-06-11

Claims (14)

70 15 20 25 30 524 604 PATENTKRAV (3), ut i

1. Förfarande vid drift av en brännare och/eller kylare (7), vilket yttre där gaser bringas att strömma genom ett inre rör (5), (9), rör omsluter det inre röret och tillbaka genom den del som har en sluten botten (7), volym som inte upptas av det inre ett yttre rör av det yttre rörets (5) rörets (7) volym, k ä n n e t e c k n a t av att en inre bottenplatta (8), placerad inuti det yttre röret (5), bringas att placeras på avstånd. ifrån. det yttre rörets (5) slutna botten (9) och av att bottenplattan helt utfyller det yttre rörets (5) tvärsnitt och är belägen vinkelrätt mot det yttre rörets längdaxel, varigenom de genom det inre röret (7) och ut i det yttre röret (5) strömmande gaserna bringas att vända tillbaka ut mellan det yttre röret (5) och det inre röret (7) mot nämnda bottenplatta (8), varigenom en gasficka (12) bringas att uppstå mellan det yttre rörets (5) botten (9) och nämnda bottenplatta (8).

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att de genomströmmande gaserna bringas att vara antingen heta förbränningsprodukter från förbränningsgas eller kylluft.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att ett isoleringsmaterial (14) bringas att uppta volymen mellan den inre bottenplattan (8) och det yttre rörets (5) botten (9).

4. Förfarande enligt krav' 2 eller 3, k ä n n e t e c k - av att för det fall inget isoleringsmaterial används, det fall (14) i n a t eller i isoleringsmaterialet sig' inte är tillräckligt bärande för att bringa den inre bottenplattans en insatsanordning botten (9) (8) bärighet att vara tillräckligt hög, (10) är placerad mellan det yttre rörets (5) och p:\patranor\docs\docworldslutíörelâggande.inLdoc , 2004-06-11 10 15 20 25 30 35 524 604 10 den inre bottenplattan (8) för att bringa bärigheten hos den inre bottenplattan (8) att öka.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att (10) botten (9). insatsanordningen bringas att vara mekaniskt fästad vid det yttre rörets (5)

6. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den inre bottenplattan (8) bringas att vara mekaniskt fästad vid insatsanordningen (10).

7. Förfarande enligt något av kraven 1 till 6, k ä n n e - t e c k n a t av att rörsystemet bringas att vara utfört i FeCrAl. (3), innefattande ett inre rör (5) som omsluter det inre röret (7)

8. Brännare och/eller kylare (7) och ett yttre rör och har en sluten botten, där gaser är avsedda att strömma genom det inre röret (7) och tillbaka genom den del av det yttre rörets (5) volym som inte upptas av det inre rörets (7) vo- k ä n n e t e c k n a d av att en inre bottenplatta lym, (8) är placerad inuti det yttre röret (5) slutna botten (9) på avstånd ifrån det yttre rörets (5) och mellan det yttre rörets slutna botten och det inre rörets mynning och av att (5) tvär- bottenplattan (8) helt utfyller det yttre rörets snitt och är belägen vinkelrätt mot det yttre rörets längdax- el.

9. Brännare och/eller kylare enligt krav 8, k ä n n e - t e c k n a d av att gasbrännaren är anordnad att genom- strömmas av gaser som antingen är heta förbränningsprodukter från förbränningsgas eller är kylluft. enligt krav 9, k ä n n e - (14)

10. Brännare och/eller kylare t e c k n a d av att ett isoleringsmaterial upptar vo- p:\patranor\docs\docworkßlutförelåggandejnl.doc , 2004-06-11 70 15 20 25 524 604 11 och det yttre rörets lymen mellan den inre bottenplattan (8) (5) botten (9).

11. Brännare och/eller kylare enligt krav 9 eller 10, för det fall isoleringsmaterial används, eller för det fall (14) inget isoleringsmaterialet i sig inte är tillräckligt bärande för att bringa den inre bottenplattans (8) bärighet att vara att en insats- botten tillräckligt hög, k ä n n e t e c k n a d av anordning (10) är placerad mellan det yttre rörets (5) (9) och den inre bottenplattan (8) för att öka bärigheten hos den inre bottenplattan (8).

12. Brännare och/eller kylare enligt krav 11, k ä n n e - insatsanordningen (10) är mekaniskt botten(9). t e c k n a d av att fästad vid det yttre rörets (5)

13. Brännare och/eller kylare enligt krav 11, k ä n n e - av att den inre bottenplattan (8) är mekaniskt (10). t e c k n a d fästad vid insatsanordningen

14. Brännare och/eller kylare enligt något av kraven 8 till 13, k ä n n e t e c k n a d av att rörsystemet är utfört i FeCrAl. p1\patranor\docs\docworkßlutfóreläggande.ínl.doc , 2004-06-11