SU1758339A1 - Керамическа жарова труба - Google Patents

Abstract

Использование: устройства дл  термической обработки, в частности радиационные нагреватели тупиковой формы, используемые дл  обогрева термических печей в интервале температур 700-1150°С. Сущность изобретени : керамическа  жарова  труба содержит трубчатые элементы 1, соединенные между собой по торцам кольцевыми выступами и выточками и снабженные снаружи центровочными радиальными ребрами 2. Выходные торцы трубчатых элементов 1 жаровой трубы снабжены кольцевыми охватывающими выступами 4, а входные торцы кольцевыми выточками, охватываемыми с зазором выступами. Высота кольцевых выступов превышает глубину выточек на торцах элементов в 1,4 - 1,6 раза. Внутренн   поверхность каждого керамического элемента имеет форму усеченного конуса, максимальный диаметр которого превышает его минимальный диаметр в 1,2...1,3 раза. Элементы жаровой трубы размещены с образованием чередующихс  конфузорно-диффузорных участков, причем входной участок жаровой трубы имеет максимальный диаметр, а выходной - минимальный . Жарова  труба имеет длину, превышающую длину керамического элемента 1 в 3 или 5 раз 3 ил.

Description

Фиг.З

Изобретение относитс  к устройствам дл  термической обработки, в частности к радиационным нагревател м тупиковой формы используемым дл  обогрева термических печей, реакторов с кип щим слоем, воздухоподогревателей, печей-ванн и других установок где требуетс  муфелирова- ние продуктов сгорани  по отношению к нагреваемым издели м и средам с целью предохранени  их от загр знени  продук- тами сгорани  и применение защитных атмосфер в рабочем пространстве печи, установки.

Известна тупикова  радиационна  труба с керамической жаровой вставкой, со- держаща  излучающий корпус, в котором соосно с зазором дл  отвода продуктов сгорани  установлена жарова  вставка из жаропрочной керамики, выполненна  из сегментов, которые установлены в про- дольном направлении с уступом и сцеплены друг с другом с помощью шпунтов и гребней, выполненных на поверхности сегментов , труба содержит рекуператор и горелку , с которой жарова  вставка плотно соединена.

Конструкци  жаровой вставки сложна. Поэтому ее трудно изготовить, а в местах стыковки сегментов вставки имеютс  неплотности , через которые выходит плам , что приводит к быстрому прожогу наружного корпуса радиационной трубы и выходу трубы из стро  Из-за отмеченных недостатков тупикова  радиационна  труба не может найти широкого применени .

В качестве прототипа выбрана керамическа  жарова  труба промышленной радиационной горелки, содержаща  отдельные тонкостенные керамические трубчатые элементы , соединенные один с другим торцо- выми участками и снабженные снаружи центровочными радиальными ребрами, опирающимис  на оболочку, в которую заключена жарова  труба. Выходные торцовые участки элементов трубы снабжены кольцевыми уступами, а входные торцовые участки - раструбами, охватывающими частично и с зазором уступы предыдущих элементов , причем в зоне соединени  торцовых участков по периферии элементов с зазором дополнительно установлены защитные керамические кольца, перекрывающие по длине уступы и по крайней мере частично раструбы соседних элементов трубы . Защитные керамические кольца имеют кольцевую опорную площадку, размещенную между торцовыми поверхност ми уступа и раструба соседних элементов, а входной элемент трубы внутри раструба снабжен вспомогательным кольцом, размещенным в зазоре в раструбе этого элемента и имеющим свои центровочные ребра, которые размещены на поверхности защитных керамических колец При этом все элементы трубы выполнены из чистого карбида кремни 

Керамическа  жарова  труба указанной конструкции имеет существенные недостатки Она плотно соединена с рекуператором радиационной горелки, что исключает возможность использовани  рециркул ции продуктов сгорани  в рабочей зоне горелки. Поэтому теплотехнические и экологические характеристики нагревател  существенно ниже нормативных. Кроме того, жарова  труба сложна в изготовлении Каждый ее стыковочный узел содержит три элемента, имеющих сложную конструкцию. Недостатком жаровой трубы известной конструкции  вл етс  также и то, что она отличаетс  жесткостью в местах стыковки сборных элементов . Этот недостаток вызывает нарушение режима тепловой работы нагревател  в случае прогиба наружного излучающего корпуса нагревател , так как в этом случае нарушаетс  соосность между жаровой трубой и излучающим корпусом. Прогиб наружного корпуса нагревателей наблюдаетс  повсеместно при горизонтальном расположении нагревател  в печи. Если учесть, что промышленные радиационные нагреватели , оборудованные жаровыми трубами, располагаютс  в печах преимущественно в горизонтальном положении, то  сно, что жарова  груба известной конструкции не может найти широкого применени .

Цель изобретени  - повышение надежности , упрощение конструкции и расширение области применени  жаровой трубы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в керамической жаровой трубе радиационного нагревател  тупиковой формы, содержащей установленные по оси нагревател  керамические трубчатые элементы, снабженные центровочными радиальными ребрами и соединенные между собой кольцевыми выступами и выточками, выпол- .ненными соответственно на противополож- ных торцах каждого элемента трубы, внутренн   поверхность каждого керамического трубчатого элемента имеет форму усеченного1 корпуса, максимальный диаметр которого превышает его минимальный диаметр в 1,2 - 1,3 раза, элементы жаровой трубы размещены с образованием чередующихс  конфузорно-диффузорных участков , причем входной участок жаровой трубы имеет максимальный диаметр, а выходной - минимальный, труба имеет длину, превышающую длину керамического элемента в 3 или 5 раз, а высота кольцевых выступов превышает глубину выточек на торцах элементов в 1,4 - 1,6 раза.

Предложенное техническое решение позвол ет керамической жаровой трубе свободно, без разрушени  элементов провисать и сохран ть соосность с излучающим корпусом нагревател  тупиковой формы, в котором она установлена по оси, в случае его провисани  под воздействием темпе- ратуры и собственного веса, обеспечивает оптимальные услови  дл  подачи, перемешивани  топлива и воздуха в полости жаровой трубы, равномерное и полное заполнение объема жаровой трубы продук- тами сгорани . В результате происходит полной сжигание топлива при минимальном коэффициенте избытка воздуха, обеспечиваетс  равномерный нагрев жзровой трубы по длине и периметру и, таким образом, исключаетс  опасность разрушени  элементов трубы от перепада температур, повышаетс  надежность, расшир етс  область применени  жаровой трубы.

На фиг. 1 показан продольный разрез керамической жаровой трубы; на фиг. 2 - узел стыковки керамических трубчатых элементов; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Керамическа  жарова  труба состоит из отдельных керамических трубчатых элементов 1, соединенных между собой торцами и снабженных снаружи центровочными радиальными ребрами 2. Излучающа  керамическа  труба размещена соосно в излучающем корпусе 3 нагревател  тупиковой формы 5, на стенку которого труба опираетс  ребрами 2.

Выходные торцы керамических трубчатых элементов 1 жаровой трубы снабжены кольцевыми охватывающими выступами 4, а входные торцы - кольцевыми выточками 5, охватываемыми с зазором выступами 4 предыдущих элементов 1 керамической жаровой трубы. Высота кольцевых выступов 4 (te) превышает глубину выточек 5 (И) на торцах элементов в 1,4-1,6 раза, Внутренн   поверхность керамических трубчатых элементов керамической жаровой трубы имеет форму усеченного конуса, максимальный диаметр (Di) которого превышает его минимальный диаметр (D2) а 1,2 - 1,3 раза. Элементы жаровой трубы размещены с образованием чередующихс  конфузорно- диффузорных участков, причем входной участок жаровой трубы имеет максимальный диаметр, а выходной - минимальный, Жарова  труба 1 имеет длину Li, превышающую длину керамического элемента L.2 в 3 или 5 раз.

В табл. 1 приведены результаты исследовани  характеристик керамической жаровой трубы за вл емой конструкции при различных отношени х максимального диаметра DIусеченного конуса элемента трубы к минимальному диаметру D2 усеченного конуса элемента трубы.

Из табл. 1 видно, что при отношении Di/Da 1,2-1,3 перепад температур подлине и периметру жаровой трубы практически отсутствует, следовательно, в этом случае услови  эксплуатации жаровой трубы наиболее благопри тны; при Di/D2 1,2 резко возрастает перепад температур по длине и периметру жаровой трубы. Это объ сн етс  тем, что с уменьшением отношени  Di/D2 увеличиваетс  диаметр выходного отверсти  жаровой трубы, снижаетс  уровень подпора в жаровой трубе, В результате ухудшаютс  услови  длч смешени  газа с воздухом. Более интенсивное выгорание газа происходит в конце жаровой трубы и менее интенсивное - на входном участке. Снижаетс  плотность заполнени  объема жаровой трубы. Все это вызывает значительный перепад температур по длине и периметру жаровой трубы. В результате возникают услови  разрушени  (растрескивани ) элементов трубы, снижаетс  надежность трубы, сокращаетс  ее срок службы. При отношении Di/D2 1,3 уменьшаетс  выходной диаметр жаровой трубы. В св зи с этим заметно растет статическое давление в жаровой трубе. В результате ухудшаютс  услови  дл  смешени  газа с воздухом. Наблюдаетс  недожог топлива. Увеличиваетс  перепад температур по длине жаровой трубы . Увеличиваетс  расход энергии на подачу воздуха дл  сжигани  газа. Снижаетс  надежность жаровой трубы. Сокращаетс  ее срок службы.

В табл. 2 приведены результаты исследовани  характеристик керамической жаровой трубы за вл емой конструкции при различных соотношени х высоты кольцевых охватывающих выступов г к гпубине охватываемых кольцевых выточек И элемента трубы при критической величине прогиба излучающего корпуса нагревател  тупиковой формы, в котором заключена труба.

Из табл. 2 видно, что при отношении l2/h 1,4-1 6 перепад температур по периметру и длине жаровой трубы минимален. Жарова  труба способна сохран ть соосность с излучающим корпусом нагревател , в котором она размещена в случае его прогиба, следовательно, устойчивость выгорани  факела не нарушаетс  и гарантированный срок, службы в этом случае максимален . Такие же характеристики могут

быть получены при отношении I2/M 1.6. Однако в этом случае выступы трубчатых элементов при прогибе жаровой трубы, заключенной в излучающей трубе, быстро разрушаютс  вследствие высоких механических напр жений, возникающих в области стыковки трубчатых элементов. При отношении l2/h 1,4 жарова  труба несоос- на излучающему корпусу. Перепад температур по длине и периметру жаровой трубы резко увеличиваетс . Устойчивость выгорани  факела снижаетс . Это приводит к быстрому выходу жаровой трубы из стро .

В табл, 3 приведены результаты исследовани  характеристик керамической жаровой трубы за вл емой конструкции при различных соотношени х длины жаровой трубы U к длине керамического трубчатого элемента La при критической величине прогиба излучающего корпуса нагревател  тупиковой формы, в котором заключена труба,

Из табл, 3 видно, что при отношении Li/L2 3, Li/U 5, Li/La 7 и Li/L2 9 перепад температур по периметру и длине жаровой трубы минимален. Жарова  труба способна сохран ть соосность с излучающим корпусом нагревател  при его прогибе. Устойчивость выгорани  факела не нарушаетс  и жарова  труба имеет максимальный срок службы. Однако при отношении H/L.2 7 и более увеличиваютс  затраты на изготовление жаровой трубы. Поэтому отношени  Lt/L.2 3, 5  вл ютс  оптимальными При отношении Li/L2 1 жарова  труба несоосна излучающему корпусу в случае прогиба. Перепад температур по длине и периметру жаровой трубы резко возрастает. Устойчивость выгорани  факела снижаетс  и жарова  труба быстро выходит из стро .

Составление жаровой трубы из нечетного количества керамических элементов, причем входной участок жаровой трубы имеет максимальный диаметр, а выходной - минимальный, в за вл емых пределах обеспечивает необходимые услови  дл  полного заполнени  внутреннего обьема жаровой трубы продуктами сгорани , улучшает процесс сжигани  топлива, в результате исключаетс  недожог, достигаетс  равномерный нагрев корпуса жаровой трубы по длине и периметру. При этом статическое давление в трубе не превышает нормативных величин , если сохран етс  соосность между жаровой вставкой и излучающим корпусом нагревател .

Жарова  труба работает следующим образом .

Во входной трубчатый элемент 1 через сопло 6 подают топливо и через отверсти  7

воздух, необходимый дл  его сжигани . В жаровой трубе происход т смешивание топлива с воздухом и выгорание топлива. Продукты сгорани  из жаровой трубы отвод т

через кольцевой зазор, ограниченный элементами 1 трубы и излучающим корпусом нагревател  3.

Изобретение предназначено дл  внедрени  на термических печах с защитной контролируемой атмосферой, например ПО Ижсталь, взамен жаровых труб из дорогого хромникелевого сплава, а также на других заводах. Известные жаровые трубы из хромникелевых сплавов, широкого примен емые на печах заводов, отличаютс  высокой стоимостью и недостаточно высокой стойкостью при эксплуатации в печах с технологической температурой выше 980°С. Замена металлических жаровых труб керамическими предлагаемой конструкции, которые отличаютс  невысокой стоимостью и повышенной надежностью при температурах до 1200°С, обеспечивает значительный экономический эффект.

Экономический эффект от внедрени  изобретени  достигаетс  за сет повышени  надежности, снижени  стоимости, увеличени  срока службы.

Гарантированный срок службы металлической жаровой трубы TI при одинаковых услови х работы - 4 года, а срок службы керамической жаровой трубы Т2 - 8 лет.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Керамическа  жарова  труба, содержаща  установленные по оси нагревател  керамические трубчатые элементы, снабженные центровочными радиальными ребрами и соединенные между собой кольцевыми выступами и выточками, выполненными соответственно на противоположных торцах каждого элемента трубы, отличающа с  тем, что, с целью

   повышени  надежности, упрощени  конструкции и расширени  области применени , внутренн   поверхность каждого керамиче- ского трубчатого элемента имеет форму усе- ченного конуса, максимальный диаметр

   которого превышает его минимальный диаметр в 1.2 - 1,3 раза, элементы жаровой трубы размещены с образованием чередующихс  конфузорно-диффузорных участков, причем входной участок жаровой трубы

   имеет максимальный диаметр, а выходной - минимальный, труба имеет длину, превышающую длину керамического элемента в 3 или 5 раз, а высота кольцевых выступов превышает глубину выточек на торцах элементов в 1,4 - 1,6 раза.

   Таблица 1

   Таблица 2

   аТ

   ,

   ,/

   1

   .УчУч ХЧЧ У чУчХУуХ ХЧ Ч Х У ч У

   J

   Продолжение табл. 2

   Таблица 3

   Фиг

   2

   Редактор И. Касарда

   Техред К/Шоргентал

   Заказ 2985ТиражПодписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наО„ 4/5

   Корректор А. Мотыль