SK7532000A3 - Ceramic burner for gases and regenerative heat generator provided with the said burner - Google Patents

Description

Keramický plynový horák a regeneračný tepelný generátor, vybavený keramickým plynovým horákom

Oblasť techniky

Tento vynález sa vzťahuje na keramický plynový horák a to zvlášť na použitie v spaľovacej komore regeneračného tepelného generátora, akými sú ohrievače vysokých pecí. Súčasťou tohto keramického horáka je prvý prívod na privádzanie prvej palivovej zložky, akou je palivový plyn, druhý prívod na privádzanie druhej palivovej zložky, akou je vzduch na spaľovanie, prvý prívod ústi do v podstate pretiahnutého otvoru prvého vyústenia, druhý prívod ústi do najmenej jedného otvoru druhého vyústenia, pričom druhé vyústenie je vedené nevyhnutne súbežne s otvorom prvého vyústenia a pod ním, ďalšou časťou horáka je priečka, ktorá je vedená až k obidvom otvorom vyústenia medzi prvým a druhým prívodom, pričom obidva otvory ústia priamo do spaľovacej komory. Tento vynález sa ďalej vzťahuje na regeneračný tepelný generátor, vybavený keramickým horákom uvedeného typu.

Doterajší stav techniky

Súčasťou zariadenia vysokej pece je batéria ohrievačov umiestnených v blízkosti vysokej pece. Striedaním týchto ohrievačov je možné dosiahnuť to, že do pece je možné neustále privádzať horúci vzduch s funkciou reaktívnej zložky. Neaktívny horák možno aktivovať spaľovaním plynu v keramickom horáku, pričom horúci dymový plyn je vedený spaľovacou komorou a šachtou na akumuláciu tepla, v šachte na akumuláciu tepla je pohlcovaná tepelná energia horúceho dymového plynu, ktorým je v ďalšej fáze nasledovne ohrievaný vzduch, privádzaný do ohrievača.

Z hľadiska efektívnosti prevádzky je veľmi dôležité, aby palivové zložky privedené do keramického horáka boli spálené čo najdôkladnejšie a to už pred priechodom horúceho dymového plynu šachtou na akumuláciu tepla. Z tohto dôvodu boli vyvinuté rôzne typy keramických horákov. Horeuvedený horák je vybavený jedným prívodom spaľovacieho plynu a jedným prívodom vzduchu na spaľovanie. Sú známe úpravy, kde je prívod spaľovacieho plynu umiestnený v prostriedku medzi dvomi prívodmi vzduchu na spaľovanie.

Sú tiež známe úpravy s jedným otvorom vyústenia prívodu vzduchu na spaľovanie, kedy je tento otvor vyústenia rozdelený do niekoľkých samostatných výstupov. Druhá z obidvoch úprav je napríklad popísaná v európskom patente EP 0.090.096.

Aj keď sú používané úpravy horákov z hľadiska kvality spaľovania pomerne dokonalé, je tu možné ešte ďalšie zlepšenie. Bola napríklad zistená dôležitosť neustálej lokalizácie miesta vznietenia plameňa tesne nad horákom. Ak dochádza v dôsledku pomalého miešania spaľovaných zložiek k vznieteniu plameňa vyššie nad horákom, môže dôjsť k pohybu ohniska spaľovania a k následnému rozkolísaniu plameňa, ktoré môže spôsobiť otrasy celého ohrievača.

Cieľom tohto vynálezu je dosiahnutie presnej lokalizácie ohniska spaľovania a to prednostne veľmi blízko otvorov vyústenia.

Našli sme riešenie, ktoré možno použiť pri úpravách s jedným, aj dvomi prívodmi druhej spaľovacej zložky a tiež pri úpravách, kedy každý prívod je zakončený jediným otvorom vyústenia alebo keď sú tieto otvory rozdelené do niekoľkých samostatných výstupov.

Tento vynález je založený na tom, že najmenej jeden z obidvoch prívodov je vybavený prostriedkom, ktorý pri prevádzke ohrievača vyvoláva turbolenciu palivovej zložky privádzanej z príslušného prívodu tak, aby zmes obidvoch palivových zložiek vznikala nad koncom priečky a v jej blízkosti. Zistili sme, že dostatočnú turbolenciu možno vyvolať veľmi jednoducho pomocou stupňovitého rozšírenia, ktoré je v susedstve otvoru (ov) vyústenia najmenej prvého a/alebo druhého prívodu. Toto stupňovité rozšírenie je dané profilom priečky a pokračuje ďalej sa rozširujúcou časťou až ku koncu priečky. Tento priestor má funkciu turbolenčnej komory. Bude dochádzať k turbolencii palivovej zložky prúdiacej pozdĺž voľného priestoru výčnelku a súčasne touto turbolenciou bude zachytená aj druhá palivová zložka. Takto vzniknutá palivová zmes môže byť vzhľadom k pomalému pohybu víriacej zmesi v pozdĺžnom smere spaľovacej komory ihneď zapálená priamo v tomto priestore. Výsledkom je, že spaľovanie prebieha v dostatočne stabilnej malej vzdialenosti od hlavy horáka.

Stupňovité rozšírenie musí byť samozrejme z dôvodu dostatočnej turbolencie dosť široké. Dobré výsledky možno dosiahnuť, ak sa zvýši so stupňovitým rozšírením pôvodný prierez príslušného prívodu o 20 - 35%.

Ďalej sme zistili, že funkčnosť tejto úpravy nezávisí len na rozmeroch stupňovitého rozšírenia. Z hľadiska funkčnosti je najvýhodnejšie, ak pokračuje stupňovité rozšírenie ďalej sa rozširujúcou časťou, a to až ku koncu priečky. Tým vznikne turbolenčná komora s dostatočne veľkým priestorom, ktorá dokáže spôsobiť turbolenciu väčšieho množstva plynu a tým nasledovne pripraviť väčšie množstvo palivovej zmesi. Tým je zaistená stabilita ohniska spaľovania tesne nad koncom priečky.

V dokumente DE 2700786 je popísaný keramický horák s komorou na zmiešanie palivového plynu a vzduchu, ktorá je umiestnená nad spaľovacou komorou a oddelená od nej kanálom s určitým profilom, ktorý bráni vznieteniu zmesi v komore na zmiešanie. Pretože v keramickom horáku podľa tohto vynálezu prívod plynu a vzduchu ústia priamo do spaľovacej komory a pretože prostriedkom na vyvolanie turbolencie je palivová zmes pripra vovaná nad koncom priečky a v jej tesnej blízkosti, dochádza k vznieteniu zmesi v prostriedku na vyvolanie turbolencie.

V dokumente EP 0090096 je popísaný keramický horák s otvormi vyústenia prívodov plynu a vzduchu upravenými do takých tvarov, aby turbolencia vznikala už pri týchto otvoroch a potom pokračovala do spaľovacej komory. Nie je tu popísaný žiadny samostatný prostriedok (ako je stupňovité rozšírenie) na vyvolanie turbolencie a na premiešanie plynu a vzduchu nad vyústením prívodov a v blízkosti konca priečky.

V dokumente US 3.837.793 je popísaný doterajší stav techniky keramických horákov, vzhľadom ku ktorým predstavuje horák podľa tohto vynálezu prínos a zdokonalenie.

Okrem popísaného keramického horáka sa tento vynález vzťahuje tiež na regeneračný tepelný generátor, akými sú ohrievače vysokých pecí. Tieto ohrievače sú vybavené prívodom plynu na zohriatie, výstupom zohriateho plynu, spaľovacou komorou a šachtou na akumuláciu tepla. Tepelný generátor je vyhrievaný prostredníctvom spaľovacej komory, ktorá je vybavená keramickým horákom horeuvedeného typu.

Stručný prehľad zobrazenia na výkresoch

Na výkrese 1 je znázornený ohrievač vo funkcii regeneračného tepelného generátora vysokej pece.

Na výkrese 2 je vo zväčšenom merítku znázornený detail II. z výkresu 1.

Na výkrese 3 je znázornené iné uskutočnenie detailu II. z výkresu 1.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Vzťahovou značkou 1 je na výkrese 1 označený ohrievač vo funkcii regeneračného tepelného generátora vysokej pece. Jeho časťami sú spaľovacia komora 2 a šachta na akumuláciu tepla 3, ktoré sú oddelené stenou 4. Na dne spaľovacej komory je umies s

tnený keramický horák 5. Vzduch na spaľovanie je do horáka privádzaný z rozvodu 6 a palivo v podobe palivového plynu z rozvodu 7. Spaľovanie zmesi vzduchu a palivového plynu prebieha v spaľovacej komore 2. Dymové plyny vzniknuté týmto spaľovaním prúdia hore spaľovacou komorou 2 do kopule 8, ktorá obráti ich prietok do šachty na akumuláciu tepla 3. Šachta 3 je vyplnená ohňovzdornými tehlami, ktoré odoberajú tepelnú energiu z dymových plynov. Takto ochladené dymové plyny opúšťajú ohrievač výstupmi 9, z ktorých je jeden znázornený na výkrese.

Po rozpálení ohňovzdorných tehál na dostatočnú teplotu je prívod paliva a vzduchu prívodmi 6 a 7 prerušený. Potom je výstupom 9 privádzaný studený vzduch, ktorý prechádza rozpáleným vnútorným priestorom šachty 3, tu je zohrievaný a potom je z ohrievača odvádzaný výstupom 10. Výstup 10 je spojený so systémom rozvodu horúceho vzduchu (tzv. horúci vietor) do vysokej pece.

Smer prietoku palivového plynu je z rozvodu 7 odklonený smerom hore do prvého prívodu .13, rozvod 6 prechádza do druhého prívodu 12 vzduchu na spaľovanie. Prívody 12 a 13 sú oddelené priečkou 11.

Priestor v oblasti horného konca priečky 11 je označený vzťahovou značkou II., je vo zväčšenom meritku znázornený podrobne na výkrese 2. Vzťahové značky z výkresu 1 zodpovedajú príslušným prvkom na výkrese 2. Z výkresu je zrejmé, že otvor vyústenia 14 prívodu 12 je umiestnený vzhľadom k otvoru vyústenia 15 prívodu 13 palivového plynu vyššie a v určitom uhle. V dôsledku toho môže prúd vzduchu preniknúť do prúdu plynu a zmiešať sa s ním tak, aby vznikla palivová zmes.

Časťou prívodu 13 je priamo pod otvorom vyústenia 15 stupňovité rozšírenie 16 v priečke 11, ktorý pokračuje ďalej sa rozširujúcou časťou 17 v smere otvoru vyústenia 15. Priestorom vymedzeným stupňovitým rozšírením 16, ďalej sa rozširujúcou ϋ

časťou 17 a otvorom vyústenia 15 je uvedená turbolenčná komora 18. V turbolenčnej komore 18 prebieha intenzívna turbolencia, ktorá sa šíri nad otvor vyústenia 15, kde sa prenáša na časť prúdiaceho palivového plynu a ďalej so sebou strháva vzduch na spalovanie z prívodu 12. Tak tu vzniká bohatá palivová zmes s malou rýchlosťou pohybu v smere hlavného prúdenia spaľovacou komorou 2. Po vznietení palivovej zmesi zostane ohnisko spaľovania v stabilnej malej vzdialenosti od voľného konca priečky

11. V dôsledku toho nedochádza k rozkolísaniu plameňa a tým ani k následným vibráciám celého ohrievača. Naviac je zdokonalená kvalita spaľovania.

Ako už bolo uvedené, tento vynález sa neobmedzuje na zobrazenú úpravu. V mnohých prípadoch je daná prednosť keramickému horáku s dvomi prívodmi 12^a a 12^b vzduchu na spalovanie umiestnenými symetricky okolo prívodu 13 palivového plynu. Toto uskutočnenie (viď výkres 3) je vybavené dvomi priečkami ll^a a ll^b namiesto jedinej priečky 11 a dvomi otvormi vyústenia 14^a a 14^b prívodov 12^a a 12^b.

Kvalitný účinok možno dosiahnuť tiež rozdelením otvoru(ov) vyústenia 14 (alebo 14^a a 14^b) prívodu vzduchu na spalovanie do niekoľkých samostatných výstupov.

Claims (3)

1. Patentové nároky

   1. Keramický plynový horák, ktorý možno použiť zvlášť v spaľovacej komore (2) regeneračného tepelného generátora, akým je ohrievač (1) vysokej pece, časťou tohto keramického horáka je prvý prívod (13) na privádzanie prvej palivovej zložky, akou je palivový plyn, druhý prívod (12) na privádzanie druhej palivovej zložky, akou je vzduch na spaľovanie, prvý prívod (13) ústi do v podstate pretiahnutého otvoru prvého vyústenia (15), druhý prívod ústi do najmenej jedného otvoru druhého vyústenia (14), pričom druhé vyústenie je vedené súbežne s otvorom prvého vyústenia a pod ním, ďalšou časťou horáka je priečka (11), ktorá je vedená k obidvom otvorom vyústenia (14, 15), a ktorá je umiestnená medzi prvým (13) a druhým (12) prívodom, najmenej jeden z obidvoch prívodov (12, 13) je vybavený prostriedkom na vyvolanie turbolencie zložky paliva, ktorá je z tohto prívodu privádzaná, touto turbolenciou vzniká nad koncom priečky (11) a v jeho blízkosti miešaním obidvoch palivových zložiek palivová zmes, časťou prostriedku na vyvolanie turbolencie je výčnelok (16), zhotovený v profile príslušného prívodu v blízkosti otvoru(ov) vyústenie (14, 15) najmenej jedného z prívodov, výčnelok (16) je vymedzený tvarom priečky (11) a pokračuje ďalej sa rozširujúcou časťou (17), a to až ku koncu priečky (11), tento priestor má funkciu turbolenčnej komory.
2. 2. Keramický horák podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že výčnelkom (16) sa zväčší pôvodný profil príslušného prívodu o 20 - 35%.
3. 3. Regeneračný tepelný generátor, akým je ohrievač (1) vysokej pece, časťou generátora je rozvod (9) na prívod plynu na zohriatie, výstup (10) zohriateho plynu, spaľovacia komora (2) a šachta na akumuláciu tepla (3) za účelom zohriatia tepelného generátora je spaľovacia komora (2) vybavená keramickým horákom (5), tepelný generátor, vyznačujúci sa tým, že keramický horák zodpovedá svojím typom niektorému z predchádzajúcich nárokov.