SK68093A3 - Spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom NOx a zariadenie na vykonávanie spôsobu - Google Patents

Abstract

V kyslíkovo-palivovom horáku (40) typu so stredným otvorom znázorneným šípkou (42) na zavedenie paliva ako je zemný plyn pred čelom (44) horáka (40) s množinou sústredných otvorov znázornených šípkami (46) na zaveB denie kyslíka okolo paliva v čele (44) horáka (40) so λ zdrojom zapaľovania sa vytvorí plameň (47). Plameň (47) í obsahuje jadro (48) kyslíkovo-palivovej zmesi bohatej na j palivo a je obklopené plášťom (50) zmesi chudobnej na • palivo. Obmedzený kyslíkovo-palivový plameň takto vy- , ' ' tvorený v predspaľovači (52) dosiahne účinok svietivého plameňa nízkej teploty so zníženým vyvíjaním NO*a vylučuje zavliekanie škodlivých nečistôt do predspaľovača (52).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom Ν0_χ v korozívnom prostredí s vysokou teplotou, hlavne v priemyselných taviacich peciach na rozličné výrobky ako kovy, sklo, keramické materiály a podobne. Vynález sa dalej týka zariadenia na vykonávanie spôsobu definovaného vyššie.

Doterajší stav techniky

V úplne alebo čiastočne spaľovaním vyhrievaných peciach na vysoké teploty, ako sú sklárske taviace pece, sú častým problémom nečistoty. Vysoké úrovne nečistôt, ako sú oxidy dusíka (Ν0_χ), oxid siričitý (S0₂), oxid uhličitý a čiastočky, ktorých množstvo často presahuje maximálnu úroveň dovolenú smernicami inštitúcií na ochranu životného prostredia, sú typické pre pece s horákmi na vzduch a palivo alebo na vzduch obohatený kyslíkom a palivo.

y;

Si

V minulosti bol problém riešený použitím. dodatočného spaľovania na zníženie obsahu nečistôt. Tieto procesy však /rj,

Λ

·.«( f J vyžadujú zariadenia, ktoré investície i v prevádzke v použití kyslíka v procese vzduchu a obmedzenia Ν0_χ a činia riešenie vysoko nákladným na Iná a účinnejšia metóda spočíva spaľovania pre odstránenie dusíka zo zvláštnej emisie pod hodnoty dovolené smernicami inštitúcií na ochranu životného prostredia. Naviac použitie kyslíka na spaľovanie znižuje emisiu oxidu uhličitého zvýšením účinnosti ohrevu pece a prináša mnohé iné výhody plynúce zo zvýšenej produktivity a úspory dávok chemikálií.

Horáky na kyslík a palivo môžu byť rozdelené do dvoch hlavných skupín, a to na vodou chladené a plynom chladené. Často sa vyskytujúci problém u horákov oboch skupín je neprítomnosť riediaceho a nosného plynu, napríklad dusíka, ktorý zvyšuje parciálne tlaky prchavých zložiek dávky a zvyšuje rýchlosť, korózie kovových a keramických materiálov použitých pri konštrukcii horáka. Nánosy - a korózie teda predstavujú najvšeobecnejšie problémy vodou alebo plynom chladených trysiek horákov v peciach na vysoké teploty. Velké rozdiely teplôt medzi chladenými tryskami horákov a pecnými plynmi spôsobujú kondenzáciu prchavých a korozívnych látok a nánosy na tryske horáka. To je popísané v pojednaní s názvom Oxygen Firing of Parkersburg, v časopise American Glass Review, december 1990, ktorého autormi sú D. Shamp a D. Davis. Vo vodou alebo plynom chladenom horáku, kde vodné chladenie nemá optimálnu rýchlosť prúdenia, môže nános na tryskách spôsobiť odchýlenie plameňa a náraz na trysku horáka vedúci k poškodeniu alebo deštrukcii horáka.

Druhý problém spojený s vodou a plynom chladenými horákmi je skutočnosť, že žiaruvzdorný blok horáka často používaný na umožnenie inštalácie horáka do pece a/alebo na zvýšenie stability plameňa má otvor s vnútorným priemerom väčším ako je priemer lúča plameňa, čo spôsobí vtiahnutie korozívnych pecových plynov alebo čiastočiek materiálov do vnútra bloku a ich styk s horákom. Tento typ horáka je popísaný v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4 690 634.

Iný problém pri vodou i plynom chladených horákoch je nízka svietivosť plameňa vplyvom vysokej rýchlosti horenia a rýchleho zmiešavania vznikajúceho v takýchto spalovacích systémoch. To znižuje účinnosť ohrevu, mechanizmus prenosu tepla sklárska taviaca pec.

pretože žiarenie je najmohutnejší v peci na vysoké teploty ako je

Naviac vodou chladené horáky na kyslík a palivo vyžadujú vysoké náklady na investície a údržbu. Tieto horáky môžu znížiť celkovú účinnosť pece odvádzaním značného množstva tepla z nej prúdom chladiacej vody. Napríklad pre horák s prietokom chladiacej vody 22,5 l.min^-1 a rozdielom teplôt vody na výstupe a na vstupe rovnakým 27,8 °C je strata tepla pre jeden horák asi

36,6 kW. Pre pec s desiatimi horákmi je cena tepla strateného vodným chladením asi $ 30 000 za jeden rok. Naviac je tu vždy možnosť, úniku vody do pece, keď horák nie je správne upevnený a je tu nebezpečenstvo upchania a korózie kanálov vodného chladenia horáka, ak je jediným prostriedkom chladenia dostupným užívateľovi voda nízkej akosti.

Plynom chladené horáky na kyslík a palivo môžu predstavoval problém v prípade prerušenia dodávky paliva alebo kyslíka. Takéto horáky sa musia ihneď vybrať zo spaľovacej oblasti pece kvôli zamedzeniu možného poškodenia vysokou teplotou panujúcou v peci. Keď sú takéto horáky uložené v kovových koncovkách pri čelnej ploche horáka na jeho chladenie, tieto koncovky môžu zbieral kondenzáty a pôsobiť problémy korózie horáka.

Úlohou vynálezu je odstrániť vyššie popísané nedostatky doterajšieho stavu techniky vytvorením nového systému na vyvíjanie plameňa z kyslíka a paliva.

Podstata vynálezu rovnobežné priestoru priechod rovnobežnými

Vynález rieši úlohu tým, že vytvára systém vyhrievania komory na vysokú teplotu, ktorého podstata spočíva v tom, že obsahuje v kombinácii predspalovač prispôsobený na pripojenie alebo na zasadenie do steny komory a majúci aspoň dve všeobecne čelá, z ktorých jedno je vystavené vnútornému komory, predspalovač obsahuje všeobecne valcový prechádzajúci predspalovačom medzi všeobecne čelami, priechod je prispôsobený na umiestnenie horáka na kyslík a palivo majúceho pozdĺžnu os, os horáka je súmiestná s osou priechodu a všeobecne valcový oneskorene miešací horák na kyslík a palivo typu majúceho predný koniec obsahujúci stredný otvor pre tekutinu obklopený vonkajším otvorom pre tekutinu alebo množinou otvorov, takže tekutina vystupujúca z vonkajšieho otvoru pre tekutinu obklopuje tekutinu vystupujúcu zo stredného otvoru, keď vystupuje z čela horáka umiestneného vo vnútri priechodu v predspaľovači, takže priechod siaha o určitú vzdialenosť, mimo čelný koniec horáka a táto vzdialenosť je nastavená v pomere 2 až 6 určenom podielom vzdialenosti (dĺžky) medzi čelným koncom horáka a koncom priechodu v bloku a priemeru čelného konca horáka, kde horák je zvolený, aby mal rýchlosť horenia zodpovedajúcu tepelnému výkonu od 73,2 kW do 11 712 kW.

Podía výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu od 73,2 kW do 424,35 kW a pomer dĺžky k priemeru je medzi 3,4 a 5,1 a dĺžka priechodu je od 30,48 cm do

45,72 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu od 282,9 kW do 848,7 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 3,0 do 4,5 a dĺžka priechodu je od 30,48 cm do 45,72 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu od 565,8 kW do 1 697,4 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 2,8 do 4,0 a dĺžka priechodu je odo 30,48 cm do 45,72 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu odo 1 131,6 kW do 5 658 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 2 do 6a dĺžka priechodu je od 40,64 cm do 121,92 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je priechod v predspaíovači všeobecne valcový s maximálnym zbiehavým alebo rozbiehavým tvarom u čela vystaveného komore v uhle 15° meranom vzhíadom k pozdĺžne osi priechodu.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu stredný otvor horáka vymedzuje priechod paliva a obklopujúci otvor tekutiny vymedzuje priechod oxidizéru.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu stredný otvor horáka vymedzuje stredný priechod oxidizéru a obklopujúci priechod tekutiny vymedzuje priechod paliva.

Vynález dalej vytvára spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a palivo s nízkym obsahom Ν0_χ na ohrev komory na vysokú teplotu, ktorého podstata spočíva v tom, že sa vytvorí plameň kyslíka a paliva, typu v ktorom jadro fázy bohaté na palivo je obklopené plášťom fázy chudobnej na palivo, plameň sa vyvinie a usmerní do valcového tvaru na vzdialenosť z bodu, kde je plameň vyvíjaný, do bodu, kde môže byť zavedený do vyhrievacieho zariadenia, vzdialenosť (dĺžka) sa určí z pomeru dĺžky k priemeru plameňa v jeho bode vzniku medzi 2 a 6, keď tepelný výkon je od 73,2 kW do 11 712 kW.

Podía výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 73,2 kW do 424,35 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 3,4 do 5,1, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm a priemer je od 7,62 cm do 8,89 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 282,9 kW do 848,7 kW, pomer dĺžky k priemeru je od 3,0 do 4,5, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm a priemer je od 8,89 cm do 10,16 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 565,8 kW do 1 697,4 kW, pomer dĺžky k priemeru je od 2,8 do 4,0, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm a priemer je od 10,16 cm do 11,43 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 1 131,6 kW do 5 658 kW, pomer dĺžky k priemeru je od 2 do 6, dĺžka je od 40,64 cm do 121,92 cm a priemer je od 10,16 cm do 20,32 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu tvar plameňa má maximálne zbiehanie alebo rozbiehanie v bode, kde plameň vstupuje do ohrievacieho prístroja, pričom uhol je meraný vzhľadom k pozdĺžnej osi komory.

Vynález ďalej vytvára spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom ΝΟ_χ v stupňovom spalovaní na ohrev komory na vysokú teplotu, ktorého podstata spočíva v tom, že sa vyvíja a smeruje plameň vo valcovom tvare na vzdialenosť z bodu, kde je plameň vyvíjaný, do bodu, kde môže byt zavedený do ohrievacieho prístroja, vzdialenosť (dĺžka) je určená z pomeru dĺžky cesty k priemeru plameňa v jeho bode vzniku medzi 2 a 6, ked tepelný výkon plameňa je medzi 73,2 kW a 11 712 kW.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález schematicky doterajšieho horáka do je znázornený na výkresoch, kde obr. la, lb a lc znázorňujú kyslíkovo-palivové horáky podlá stavu techniky a horákový blok použitý na montáž ohrievanej pece a znázorňujú rozbiehavú trysku velkého priemeru a valcovú a 2b znázorňujú schematicky horákového bloku, valcovú trysku trysku malého priemeru, obr. 2a kyslíkovo-palivový horák a horákový blok rozbiehavého typu podlá známeho stavu techniky a znázorňujú vplyv rýchlosti na tvar plameňa, obr. 3 je schematické znázornenie zariadenia podlá predloženého vynálezu a obr. 4 je diagram závislosti vzdialenosti od osi k radiálne protiľahlým bodom na vnútornom povrchu predspalovača podlá predloženého vynálezu na koncentráciách kyslíkovo-palivových zmesí v predspalovači.

Príklad vyhotovenia vynálezu

Ako bolo uvedené vyššie, kyslíkovo-palivové horáky podlá doterajšieho stavu techniky boli používané na ohrev priemyselných pecí v snahe prekonať problémy zvyčajných vzduchovo-palivových horákov. Pokial je v predloženom popise použitý výraz kyslíkovoalebo kyslíkový, jedná sa o nejaký plynný oxidizér, obsahujúci viac ako 30 % kyslíka. Jedná sa teda o akékoľvek oxidizéry okrem vzduchu. Palivo znamená normálne plynné palivá zahrňujúce bez obmedzenia metán, zemný plyn, propán a podobne, ako i kvapalné palivá, ako palivové oleje, vykurovacie oleje, surové oleje, kaše a pod.

Ako je zrejmé z obr. la, lb a lc, horáky podía známeho stavu techniky obsahovali kyslíkovo-palivový horák 10, 12 alebo 14 a rozbiehavý veíkopriemerový valcový horákový blok 18 alebo malopriemerový valcový horákový blok 20.. Pri prístroji podía obr. la, lb a lc je tvar plameňa 22, 24 a 26 všeobecne rovnaký.

V prípade rozbiehavej trysky alebo horákového bloku 16. a veíkopriemerového horákového bloku 18 tvar trysky pôsobí sanie ovzdušia obsiahnutého vo vnútri pece do plameňa, ako je znázornené šípkami 28 a .30. To je tiež vysvetlené v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4 690 635. Otvor väčšieho priemeru v horákových blokoch 16, 18 v spojení s vysokými rýchlosťami lúčov paliva a/alebo kyslíka použitých na udržanie vysokej teploty plameňa v odlahlosti od kovových alebo žiaruvzdorných materiálov horákov pôsobí podstatnú recirkuláciu a vťahovanie pecových plynov a čiastočiek do horákových blokov, čo pôsobí nánosy a koróziu, ako je uvedené v patentovom spis Spojených štátov amerických č. 4 378 205 a č. 4 541 796. Nános v horákových blokoch môže meniť smer, tvar a stabilitu plameňa a môže mať za následok miestne zvýšenie teplôt plameňa a rýchlu deštrukciu horáka. Ďalej môže nános alebo zúženie výstupnej plochy trysky spôsobiť nežiaduce stúpnutie tlaku vstupného plynu.

V pásmovo riadených peciach môže táto nerovnováha tlaku spôsobiť nerovnaké rozloženie tepla k záťaži ako i ťažkosti riadenia. Na zaistenie chodu pri vystavení vysokým teplotám kyslíkovopalivového plameňa sa niektoré horákové bloky vyrábajú z velmi drahých vysokoteplotných keramických materiálov, ako je stabilizovaný oxid zirkoničitý (ZrO₂). Takéto materiály nie sú zvyčajne odolné voči korózii a majú malú trvanlivosť v sklárskych peciach, ako uvádzajú Shamp a Davis v pojednaní zmienenom vyššie. Alternatívou žiaruvzdorného bloku je kovový, vodou chladený blok popísaný v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4 797 087. Jednako však v chemicky agresívnom prostredí pece môžu byť očakávané prevádzkové problémy s týmto typom horáka podobné ako s vodou alebo vzduchom chladenými tryskami.

Ďalej je pre horáky na kyslík a zemný plyn typická nízka svietivosti plameňa vplyvom vysokej rýchlosti horenia a rýchleho zmiešavania takých systémov spaľovania. To znižuje účinnosť ohrevu, pretože žiarenie je najmocnejší mechanizmus prenosu tepla v peci s vysokou teplotou ako je sklárska taviaca pec.

Použitie horákového bloku malého priemeru znázorneného na obr. lc zmenší problém unášania na minimum, avšak neodstráni niektoré iné problémy vlastné horákovým blokom podľa doterajšieho stavu techniky.

Ako je znázornené na obr. 2a, keď je použitý kyslíkovo-palivový horák 32 podľa doterajšieho stavu techniky s rozbiehavou tryskou alebo horákovým blokom 34 a je vysoká hybnosť v spaľovacom procese, vyvíja sa nesvietivý plameň 36. Nesvietivý plameň 36 je menej účinný na ohrev pece a materiálov v nej uložených s ohľadom na zlé charakteristiky prenosu tepla, ako bolo uvedené vyššie. Keď horák 32 vyvíja kyslíkovo-palivový plameň nízkej hybnosti, plameň 36 sa stane svietivým, avšak súčasne má snahu vychýliť sa k stropu vyhrievanej pece alebo nádoby, ako je zrejmé z obr. 2b. Ak sa pripustí vychýlenie plameňa, a teda vznik miestneho ohrevu, značne sa zníži životnosť žiaruvzdorného stropu sklárskej taviacej pece.

Ako je zrejmé z obr. 3, prihlasovatelia zistili, že ked sa vytvorí kyslíkovo-palivový horák 40 typu so stredným otvorom znázorneným šípkou 42 na zavedenie paliva ako je zemný plyn pred čelom 44 horáka 40 a sústredný otvor alebo množina sústredných otvorov znázornených šípkami 46 pre zavedenie kyslíka alebo iného oxidizéru okolo paliva v čele 44 horáka a zdroj zapaľovania, vytvorí sa plameň 47. Plameň 47 obsahuje jadro 48 kyslíkovo-palivovej zmesi bohatej na palivo obklopené plášťom zmesi 50 chudobnej na palivo alebo bohatej na kyslík. Obmedzený kyslíkovo-palivový plameň takto vytvorený v predspaľovači alebo v tryske 52 dosiahne účinku svietivého plameňa nízkej teploty so zníženým vyvíjaním Ν0_χ a vylučuje zavliekanie škodlivých nečistôt do trysky, horákového bloku alebo predspaľovača 52.

Prihlasovatelia zistili, že geometria predspaíovača 52 je funkciou rýchlosti horenia. Napríklad kečť horák 40 je schopný horenia pri tepelnom výkone od 73,2 kw do 11 712 kw, rozmery predspaíovača 52 majú byť také, že vzdialenosť alebo dĺžka od cela 44 horáka k vypúšťaciemu koncu 54 predspaíovača 52 je od 15,24 cm do 121,92 cm, priemer vnútorného valcového otvoru alebo priechodu predspaíovača 52 má byť od 5,08 cm do 20,32 cm a pomer dĺžky k priemeru (L/d) má byt od 2 do 6. Podía vynálezu sú prednostné usporiadania predspaíovača znázornené v tabuíke 1.

Tabuíka 1

Tepelný horenia	výkon (kW)	Zníže- nie	Dĺžka (cm)	Priemer (cm)	Pomer L/d
73.2 -	439.2	6	30.48- 45.72	7.62- 8.89	3.4-5.1
292.8 -	878.4	3	30.48- 45.72	8.89-10.16	3.0-4.5
585.6 -	1756.8	3	30.48- 45.72	10.16-11.43	2.8-4.0
1171.2 -	5856.0	5	40.64-121.92	10.16-20.32	2.0-6.0

Čísla v tabuíke 1 sú empirické hodnoty odvodené z merania svietivosti plameňa, priebehu teploty predspaíovača a tlaku v predspaľovači, zaznamenané v priebehu pokusného horenia. Tieto rozmery sa líšia od tradičných hodnôt pri návrhu horákov a horákových blokov, pretože tento tesný predspaíovač je chladený a stienený prúdiacimi a reagujúcimi plynmi. Výraz tesný tu znamená malú vôíu medzi vonkajším priemerom plameňa 47 a vnútorným priemerom predspaíovača 52.. V doterajšom stave techniky boli horákové bloky široké, aby boli horúceho kyslíkovo-palivového plameňa, čo malo vťahovanie pecových plynov.

vzdialené od za následok

Zistilo sa tiež, že predspaíovač môže mať zbiehavý alebo rozbiehavý tvar k vnútornému povrchu 56, pričom uhol zbiehania alebo rozbiehania nie je väčší ako ±15°, pričom uhol sa meria vzhíadom k pozdĺžnej osi predspaíovača 52,. Uhol a je znázornený na obr. 3 .

Na obr. 4 je závislosť, vzdialenosti od priečnej strednej časti 58 predspalovača 52 k rovnako umiestneným miestam 62, 62 na vnútornej stene 56 predspalovača 52 na koncentrácii zmesi kyslíka a paliva v predspalovači 52.

Ako je zrejmé z obr. 4, pri strednej čiare horáka je sklon k vyššej koncentrácii paliva ako kyslíka. Opačný sklon je pri stene predspalovača 52, ukazuje sa teda, že použitie sústredného kyslíkovo-palivového horáka vytvára fázu bohatú na palivo alebo pásmo vo vnútri pásma alebo fázy bohatej na kyslík alebo chudobnej na palivo, takže sa vytvorí dvojfázový turbulentný difúzny plameň.

Vynález umožňuje tvorbu a stabilizáciu dvojfázového turbulentného difúzneho plameňa a jeho zavedenie do pece bez vsávania pecových plynov do predspalovača 52.. Plameň 47 je v predspalovači 52 stabilizovaný a zasahuje do pece (nie je znázornené) vyčnievajúcim koncom 54 predspalovača 52. Stredné jadro 48 (fáza bohatá na palivo) plameňa 47 je svietivá a pri vysokej teplote a neprichádza do styku so stenami 56 predspalovača 52.. Chladnejší prsteňovitý plášť 50 alebo fáza bohatá na kyslík (chudobná na palivo) obklopuje svietivé stredné jadro 48 plameňa 47, chladí a chráni steny 56 predspalovača 52 pred vysokými teplotami plameňa a zamedzuje vsávaniu pecových plynov do predspalovača 52. Produkty spalovania z tohto dvojfázového plameňa obsahujú sadze, častice, ktoré boli vytvorené krakovaním paliva a nukleačným procesom plynnej fázy vo vnútri predspalovača 52. Oxidácia sadzí so zvyšným palivom vo vnútri pece dáva velmi svietivý plameň vhodný na žiarivý prenos tepla do zahrievaného výrobku. Bolo zistené, že kvôli správnej činnosti predspalovača 52 rýchlosti v tryskách, napríklad rýchlosť, v čele 44 horáka 40 zemného plynu (V^g) a kyslíka (V_QX) nemajú byť vyššie ako 182,88 m.s^-1 a pomer Vng/VQX má byť od 0,3 do 6,0. Jednako však kvôli vysokej svietivosti plameňa (výhodná prevádzka) pri použití zariadení podľa vynálezu majú byť použité nižšie rýchlosti pri pomere ^vng^vox od 1,0 do 1,5. V závislosti na použití ohrevu má byť predspalovač ďalej rozdelený na typ s vysokou hybnosťou a s nízkou hybnosťou, zodpovedajúci vysokým a nízkym špecifickým rozsahom rýchlostí. Napríklad v čiastočne konverznej peci s kyslíkovo-palivovými i vzduchovo-palivovými horákmi sa žiada prevádzka s vysokou hybnosťou kvôli minimalizácii účinku vzduchovo-palivových horákov a velkého množstva plynov unikajúcich do sopúcha na stabilitu tvaru kyslíkovo-palivového plameňa. Na druhej strane v plne konverznej kyslíkovo-palivovej peci je výhodná nízka hybnosť, pretože tento režim dáva nižšie teploty plameňa a vyššiu svietivosť, plameňa.

Predspalovač sa môže použiť, ked horák horí mimo stechiometrický pomer, napríklad v stupňovom spalovacom procese. Ked sa menej ako 50 % požadovaného kyslíka vháňa horákom do predspalovača (napríklad ked pomer kyslíka k zemnému plynu je menší ako 1/1), kyslík a palivo môžu byť privádzané v obrátenej konfigurácii a prúd paliva použitý na chladenie predspalovača. Ked sú uvedené rozsahy návrh a činnosti použité tak, ako je vyššie uvedené, predspalovač 52 podlá vynálezu pracuje pri nižších teplotách ako sú typické teploty v peci s vysokými teplotami. To je prekvapujúci výsledok, dávajúci značnú volnosť horáku alebo operátorovi pece, pretože nie sú požadované žiadne zvláštne materiály okrem materiálov znášanlivých a materiálov normálne používanými v konštrukcii danej pece.

Ked v skutočnosti pracovné parametre alebo parametre návrhu nie sú splnené, napríklad je použitý predspalovač tam, kde pomer L/d je menší ako 2, priemer predspalovača vyjde príliš velký, čo nedovoluje vytvorenie dvojfázového plameňa vo vnútri predspalovača. Naviac sú potrebné vysoké rýchlosti v tryskách na zamedzenie zakrivenia plameňa a prehriatie žiaruvzdorného stropu pece, ako je zrejmé z obr. 2b. Je teda žiadaný vysoko turbulentný prúd spôsobujúci intenzívne zmiešavanie kyslíka s palivom, vysoké teploty plameňa a vsávanie pecových plynov do spalovača. To by bol prípad, ked by bol použitý predspalovač ako zvyčajný horákový blok malého priemeru, ako je zrejmé z obr. lc.

Na druhej strane, ked pomer L/d je väčší ako 6, je priemer predspalovača príliš malý alebo dĺžka je príliš veľká, čo vedie na neprípustné vysokú teplotu plameňa v predspalovači. To tiež môže vyvinúť príliš veíký teplotný gradient medzi koncami predspaíovača a podporovať prenos trhlín v materiáli konštrukcie predspaíovača 52.

Zariadenie podía vynálezu bolo skúšané, ked predspalovač 52 mal priechod s pomerom L/d = 3,2. Teplota pece, do ktorej bol predspalovač inštalovaný, bola udržiavaná na 1 315,6 °C počas 24 hodín. V priebehu skúšky boli merané teploty niektorých súčastí horáka (trysky, upevňovacie dosky, predspalovače). Naviac bol meraný tlak v zadnej časti horákového bloku. Zaznamenané teploty za ustálených podmienok pri tepelnom výkone 452,64 kW boli: stredná teplota pece 1 321,1 °C, stredná teplota predspaíovača na konci trysky 44 bola 860,0 °C a na vypúšťacom konci 54 alebo konci pece 1 076,7 °C. Statický tlak meraný na zadnej strane predspaíovača bol nad tlakom ovzdušia pri tepelnom výkone nad 282,9 kW. To znamená,, že nebolo žiadne vsávanie pecových plynov do predspalovača, lebo pec bola prevádzkovaná pri miernom podtlaku. Svietivosť plameňa bola vysoká až do tepelného výkonu

848.7 kW. Nad touto hodnotou mierne poklesla.

Ďalej bol predspalovač s L/d = 4 vyrobený z rovnakého materiálu ako steny pece a bol skúšaný v sklárskej taviacej peci na sklenené vlákna na kyslík a zemný plyn. Predspalovač bol inštalovaný blízko dávkovacej strany do steny pece s teplotou

1206.7 °C pred spustením skúšky. V priebehu celej skúšky so zariadením podlá vynálezu bola teplota čela predspalovača a okolitej žiaruvzdornej steny pece znížená o 27,8 °C niekolko hodín po zapálení pece. Takto sa ukázala účinnosť chladenia kyslíkom a ochrana žiaruvzdorných častí pece. Svietivosť plameňa bola vysoká až do tepelného výkonu 424,35 kW. Po piatich týždňoch plynulej prevádzky pri tepelných výkonoch medzi 282,9 kW a 707,25 kW bol predspalovač preskúšaný a bolo zistené, že jej čistý, bez známok korózie alebo nánosu na čele alebo na stenách vnútornej komory. Tryská horáka použitá pre vháňanie zemného plynu a kyslíka tiež nejavila žiadne známky nánosu či korózie.

Claims (15)

1. Systém vyhrievania komory na vysokú teplotu, vyznačujúci sa tým, že obsahuje v kombinácii predspalovač prispôsobený na pripojenie alebo na zasadenie do steny komory a majúci aspoň dve všeobecne rovnobežné čelá, z ktorých jedno je vystavené vnútornému priestoru komory, predspalovač obsahuje všeobecne valcový priechod prechádzajúci predspaíovačom medzi všeobecne rovnobežnými čelami, priechod je prispôsobený na umiestnenie horáka na kyslík a palivo, majúceho pozdĺžnu os, os horáka je súmiestná s osou priechodu a všeobecne valcový oneskorene miešajúci horák na kyslík a palivo typu majúci predný koniec obsahujúci stredný otvor pre tekutinu obklopený vonkajším otvorom pre tekutinu alebo množinou otvorov, takže tekutina vystupujúca z vonkajšieho otvoru pre tekutinu obklopuje tekutinu vystupujúcu zo stredného otvoru, kečí vystupuje z čela horáka umiestneného vo vnútri priechodu v predspaíovači, takže priechod siaha o určitú vzdialenost mimo čelného konca horáka a táto vzdialenosť je nastavená v pomere 2 až 6 určenom podielom vzdialenosti (dĺžky) medzi čelným koncom horáka a koncom priechodu v bloku a priemerom čelného konca horáka, kde horák je zvolený, aby mal rýchlosť horenia zodpovedajúcu tepelnému výkonu od 73,2 kW do 11 712 kW.

2. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že horák má rozsah tepelného výkonu od 73,2 kW do 424,35 kW a pomer dĺžky k priemeru je medzi 3,4 a 5,1 a dĺžka priechodu je od 30,48 cm do

45,72 cm.

3. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa rozsah tepelného výkonu od 282,9 kW do 848,7 k priemeru je od 3,0 do 4,5 a dĺžka priechodu

45,72 cm.

tým, že horák má kW a pomer dĺžky je od 30,48 cm do 'r.·

4. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že horák má rozsah tepelného výkonu od 565,8 kW do 1 697,4 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 2,8 do 4,0 a dĺžka priechodu je od 30,48 cm do

45,72 cm.

5. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že horák má rozsah tepelného výkonu od 1 131,6 kW do 5 658 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 2 do 6a dĺžka priechodu je od 40,64 cm do 121,92 cm.

6. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že priechod v predspaíovači je všeobecne valcový s maximálnym zbiehavým alebo rozbiehavým tvarom v čele vystavanom komore uhle 15° meranom vzhíadom k pozdĺžnej osi priechodu.

7. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že stredný otvor horáka vymedzuje priechod paliva a obklopujúci otvor tekutiny vymedzuje priechod oxidizéru.

8. Systém podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že stredný otvor horáka vymedzuje stredný priechod oxidizéra a obklopujúci priechod tekutiny vymedzuje priechod paliva.

9. Spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom ΝΟ_χ pre ohrev komory na vysokú teplotu, vyznačujúci sa tým, že sa vytvorí plameň kyslíka a paliva, typu v ktorom jadro fázy bohatej na palivo je obklopené plášťom fázy chudobnej na palivo, plameň sa vyvinie a usmerní do valcového tvaru pre vzdialenosť z bodu, kde je plameň vyvíjaný, do bodu, kde môže byť zavedený do vyhrievacieho zariadenia, vzdialenosť (dĺžka) sa určí z pomeru dĺžky k priemeru plameňa v jeho bode vzniku medzi 2 a 6, keď tepelný výkon je od 73,2 kW do 11 712 kW.

10. Spôsob podía bodu 9, vyznačujúci sa výkon je od 73,2 kW do 424,35 kW a pomer dĺžky

3,4 do 5,1, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm 7,62 cm do 8,89 cm.

tým, že tepelný k priemeru je od a priemer je od

11. Spôsob podlá bodu 9, vyznačujúci sa výkon je od 282,9 kW do 848,7 kW, pomer dĺžky 3,0 do 4,5, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm 8,89 cm do 10,16 cm.

tým, že tepelný k priemeru je od a priemer je od

12. Spôsob podía bodu 9, výkon je od 565,8 kW do 1 697,4 2,8 do 4,0, dĺžka je od 30,48 10,16 cm do 11,43 cm.

vyznačujúci sa tým, že tepelný kW, pomer dĺžky k priemeru je od cm do 45,72 cm a priemer je od

13. Spôsob podía bodu 9, výkon je od 1 131,6 kW do 5 658 2 do 6, dĺžka je od 40,64 cm do cm do 20,32 cm.

vyznačujúci sa tým, že tepelný kW, pomer dĺžky k priemeru je od 121,92 cm a priemer je od 10,16

14. Spôsob podía bodu 9, vyznačujúci sa tým, že tvar plameňa má maximálne zbiehanie alebo rozbiehanie v bode, kde plameň vstupuje do ohrievacieho prístroja, pričom uhol je meraný vzhíadom k pozdĺžnej osi komory.

15. Spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom ΝΟ_χ v stupňovom spaíovaní na ohrev komory na vysokú teplotu, vyznačujúci sa tým, že sa vyvíja a smeruje plameň vo valcovom tvare na vzdialenosť z bodu, kde je plameň vyvíjaný, do bodu, kde môže byt zavedený do ohrievacieho prístroja, vzdialenosť (dĺžka) je určená z pomeru dĺžky cesty k priemeru plameňa v jeho bode vzniku medzi 2 a 6, keď tepelný výkon plameňa je medzi 73,2 kW a 11 712 kW.