SU981403A1 - Рекуперативный нагревательный колодец - Google Patents

Description

(5t) РЕКУПЕРАТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КОЛОДЕЦ

1

Изобретение относитс  к колодцам, примен емым дл  нагрева слитков перед прокаткой в черной и цветной металлургии.

Известны рекуперативные нагревательные колодцы с одной верхней горелкой , содержащие рабочую камеру, инжекционную горелку и керамический рекуператор Л.

Недостатком этих колодцев  вл етс  значительна  неравномерность температурного пол  в объеме рабочей камеры. Наиболее низкие температуры и большое разрежение наблюдаетс  в нижней части камеры в районе горелочной стенки. Это объ сн етс  конструкцией горелочного устройства и расположением дымоубирающего канала .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  рекуперативный нагревательный колодец с отоплением при помощи одной верхней горелки, в котором дл  повышени  уровн  температур вблизи

горелочной стенки амбразура горелки расширена и выполнена полуциркульной со скосом в ее нижней части и установлены отражательные стенки в дымоотвод щем канале на выходе из

5 рабочей камеры, примыкающие к боковым стенкам канала и расположенные под углом 30 к плоскости горелочной стены. При этом срез газового сопла расположен на рассто нии 6АО мм от среза амбразуры (О,615 диаметра воздушного канала горелки), а отверсти  дл  выхода газа расположены, под углом 15-20° к оси горелки }.

Claims (3)

1. Однако расширение амбразуры горел15 ки в верхней части и наклон газовых отверстий сопла способствуют при высокой температуре воздуха быстрому загоранию топлива и повышению температуры факела непосредственно под крышкой колодца, что значительно снижает ее стойкость, а иногда приводит к прогару футеровки. Расширение амбразуры в нижней части горелки с до мм не приводит к значительному увеличению объема сгораемого на выходе из амбразуры газа и интенсификации падающего теплового потока на первые слитки, так как аэродинамика факела (его нижней части) не обеспечивает подачу топлива и воз духа непосредственно к основанию горелочной стенки. Газовые струи, выход щие под углом (как показали экспериментальные исследовани ) , снос тс  воздушным потоком и не интенсифицируют в должной мере горение и теплообмен в районе горелочной стенки. Установка отражательных элементов в виде центрального столбика, примыкающего к рекуператору, и стенрк , примыкающих к боковым стенам ды моотвод щего канала и расположенных под углом ЗП к плоскости горелочной стены, повышает аэродинамическое со- противление колодца, так как стенки  вл ютс  плохо обтекаемыми выступами , создающими застойные зьны с обеих сторон. Кроме того, их расположение таково, что одна из сторон сли ка, обращенна  к боковой стенке колодца , слабо омываетс  потоком греющих газов, так как отражательна  стенка, направленна  против потока, создает значительное гидравлическое сопротивление дл  прохода газов и поток преимущественно движетс  по центру рабочей камеры. Расположение центрального столбика непосредственно у входных каналов рекуператора создает неравномерность их заполнени  дымовыми газами. Целью изобретени   вл етс  улучшение качества нагрева металла за счет повышени  и выравнивани  температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотвод щего канала и предотрращени  потерь тепла в надрекуперативное пространство, и ув личение стойкости крышки. Указанна  цель достигаетс  тем, что в рекуперативном нагревательном колодце, содержащем рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, возду хоподвод щий канал, газоподвод щий канал в виде р да сопел, керамический рекуператор, дымоотвод щий канал и отражательные элементы, последние выполнены в виде пережимов на боковы стенках входа в дымоотвод щий канал расположенный под углом AO-SO к продольной оси колодца и выступающих 3 на поперечного сечени  канала , и центрального столбика в виде треугольной призмы, одно регбро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составл ет 1/2-1/3 поперечного сечени  дымоотвод щего канала, нижнее сопло газопрдвод щего канала установлено под углом АО-БП к горизонтали и снабжено воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом-и ширина которого составл ет 3 диаметра наклонного газового сопла. Кроме того , амбразура горелки составл ет 2,,0 диаметра воздухоподвод щего канала, газовые сопла заглублены на рассто ние диаметров газовых сопел , а воздухоподвод щий канал выполнен заглушенным в верхней части на верхней центральный угол 90-120. Выбранные соотношени  размеров и конструктивные параметры объ сн ютс  следующим образом. Отражательные стенки и центральный отражательный столбик предлагаемой формы и размеров обеспечивают экранирование первого р да слитков от относительно холодной поверхности рекуператора, обеспечивает наименьшие потери напора по сравнению с прототипом в св зи с отсутствием многочисленных застойных зон и острых обтекаемых углов и интенсивный обогрев слитков, сто щих у горелочной стены за счет перераспределени  потока греюи их газов из центра рабочей камеры к стенкам Если угол между внутренней поверхностью отражательной стенки и боковой стенкой дымоубираюи его канала менее , то при этом значительно уменьшаетс  входное сечение рекуператора , если угол больше 50°, то уменьшаетс  сечение дл  прохода газов между центральным отражательным элементом и боковой стенкой, что приводит к повышению гидравлического сопротивлени  колодца. Угол наклона нижнего газового отверсти , дол  топлива, подаваемого через него, и необходимость установки воздушного рассекател  и его размеры определены экспериментальным путем .на холодной модели. Дл  того. чтобы газовую струю, направленную к подине колодца, не сносило воздушным потоком, угол ее наклона и расход газа должны находитьс  в пре5 делах 10-20% соответственно дл  различных видов газообразного топлива. В этом случае газова  стру  вытекающа  из нижнего наклонного отверсти , развиваетс  самосто тельно вплоть до первого р да слитков, отсто щих от горелочной стенки на 1000 1200 мм. Рассекатель, установленный под га зовым соплом, обеспечивает наличие аэродинамической тени и необходимое перемешивание топлива с окислителем при ширине, равной 3- диаметрам сопла. При ширине рассекател , мень шей чем 3 диаметра, происходит ранний снос газовой струи воздушным потоком и сгорание топлива в пр моструйном факеле При ширине рассекател , большей чем k диаметра, создаваема  им аэродинамическа  тень такова, что газ не успевает перемешиватьс  с воздухом и в продуктах сгорани  в районе дымоубирающего канала по вл ютс  горючие (со и Hji). Расширение амбразуры в 1, раза по отношению к диаметру воздушного канала объ сн етс  тем, что, как показывают экспериментальные исследова ни , в этом случае наблюдаетс  значительное увеличение теплоотдачи от начального участка факела и повышение уровн  температур газов в районе горелочного факела. Выполнение амбразуры более двух диаметров воздушного канала ограничено по .конструктивным параметрам. Расположение газового сопла на рассто нии, равном 5-9 диаметрам газовых отверстий, объ сн етс  тем, что при приближении сопла ближе, чем на 5 диаметров газовых отверстий, торцова  поверхность сопла сильно нагреваетс  излучением из объема рабочей камеры и происходит его оплавление. При удалении сопла более, чем на 9 диаметров , газовые струи в спутном потоке практически полностью перемешиваютс  (на мол рном уровне) с воздухом и, учитыва  высокую температуру окислител  (УСО-ЗОО С), горел ка работает как устройство полного предварительного перемешивани , т.е практически все тепловыделение сосре доточено в районе амбразуры и горелочной стенки. Это приводит к тому, что дальние от горелки слитки нагре ваютс  более медленно, чем остальные . 3 Раскрытие амбразуры на длине окружности , ограниченной дугой в 2kO 270° (исключа  верхнюю часть), т,е. . заглушенной на 90-120, св зано с тем, что при раскрытии амбразуры по длине дуги, ограниченной большим центральным углом, чем 270, начинаетс  перегрев крышки колодца в части , примыкающей к горелочной стенке колодца в св зи с интенсификацией процессов смешени  и горени . При раскрытии амбразуры на угол, меньший 2tO, ухудшаетс  перемешивание струй газа с воздухом в периферийных (боковых ) сло х факела и не достигаетс  необходимый уровень температур в нижней части корн  факела, что приводит к недогреву ближайших к горелочной стенке слитков (заглушка не показана ). На фиг. 1 изображен предлагаемый колодец, продольный разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2, Нагревательный колодец имеет рабочую камеру 1, верхнюю двухпроводную горелку 2 с воздушным 3 и газоподвод щим k каналами, который выполнен в виде р да сопел 5 и 6, амбразуру 7, воздушный рассекатель 8, керамический рекуператор 9. Между рабочей камерой 1 и керамическим рекуператором 9 имеетс  дымоотвод щий канал 10, в котором установлены два отражательных элемента в виде пережимов 11 на боковых стенках входадымоотвод щего канала под углом S к плоскости входной поверхности рекуператора и перекрывающих по }/Ц поперечного сечени  канала с каждой стороны. На выходе рабочей камеры расположен центральный отражательный столбик 12 переменного сечени  в виде треугольной призмы, перекрывающей 1/2 площади поперечного сечени  дымоотвод щеГо канала, при этом столбик расположен так, что одно ребро призмы входит в канал между пережимами. Нагревательный колодец работает следующим образом. Слитки в рабочей камере устанавливаютс  вдоль боковых стен в два р да. Нагрев осуществл етс  за счет тепла, выдел емого при сжигании газа в потоке воздуха, подаваемых через горелку. При этом воздух подогреваетс  до 700-800°С в керамическом рекуператоре и подаетс  в амбразуру 79 горелки через воздушный канал горел ки. Газ поступает туда же через газовое сопло, в котором раздел етс  на несколько дтруй, одна из которых нижн  , имеет угол наклона к оси горелки (). Чтобы эту струю не сдуло воздушным потоком, под газовым соплом установлен воздушный рассекатель, обеспечивающий с одной стороны, необходимую дальнобойность газовой струи и распространение ее к основанию амбразуры, а с другой - частичное перемешивание с воздухом и догорание в пределах ам бразуры. 3to приводит к повышению температуры греющих газов в районе горелки и дымоубиреющего канала, Больша  часть газа выходит из газового сопла параллельными воздушному потоку стру ми. Така  схема движени  обеспечивает необходимое дл  ин тенсивного горени  перемешивание только после 10 калибров газовых струй, т.е. непосредственно в рабочей камере. Наличие aмбpaayJэы позвол ет несколько ускорить загорание и интенсифицировать теплообмен в ее расшире ,нной части. Поэтому предлагаема  конструкци  горелки обеспечивает как бы трехслойный (по высоте) факел (верхн   часть, где воздушный к нал не расшир етс , средн   - где газ выдаетс  параллельными воздушно му потоку стру ми, но имеетс  амбра зура и нижн   - со скошенными участ ком амбразуры и наклонной газовой струей), Это позвол ет обеспечить наиболее равномерный (с учетом теплоотвода ) уровень температур по высоте рабочей камеры в районе горелки и избежать перегрева крышки коло ца. Из амбразуры факел выходит в сво бодное пространство над слитками, достигает противоположной стенки и затем разворачиваетс  на 180 , Дале продукты сгорани  движутс  в пространстве между слитками, а также меж ду слитками и стенкой и поступают в дымоубирагощий канал и рекуператор. При этом на выходе из рабочей камер поток газов раздел етс  центральным столбиком на два потока и интенсивно омывает крайний к горелке р д сл ков со стороны, обращенной к факелу При этом увеличиваетс  количество тепла, передаваемое слиткам конвекцией . 8 Обращенна  к боковой стене камеры , сторона слитка также интенсивно омываетс  газами в св зи с отклонением периферийных потоков продуктов сгорани  от боковых стенок за смет наличи  в дымоубирающем канале боковых отражательных элементов в виде пережимов, Потери найора при этом сведены к минимуму, так как практически отсутствуют застойные зоны, входное сечение рекуператора полностью свободно, а перемещение центрального отражательного столбика позвол ет регулировать гидравлическое сопротивление колодца без изменени  размеров пережимов. Кроме тогф, наличие пережимов позвол ет резко снизить потери тепла излучением в надрекуперативное пространство , так как оно защищено от пр мого (под углом 90) излучени  слитков . Использование изобретени  в промышленности позвол ет улучшить тепловую работу нагревательных колодцев с одной верхней горелкой, повьюить качество нагрева слитков, расположенных вблизи горелочной стены, а за счет этого сократить врем  нагрева всей садки на 0,25-1 ч и удельные расходы топлива на 0,5-1 кг условного топлива на тонну нагреваемого металла . Формула изобретени  1. Рекуперативный нагревательный колодец, содержащий рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, воздухоподвод щий канал, газоподвод щий канал в ви,де р да сопел, керамический рекуператор, дымоотвод щий канал и отражательные элементы, установленные в нем, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества нагрева металла за счет повышени  и выравнивани  температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотвод щего канала и предотвращени  потерь тепла в надрекуперативное пространство, отражательные элементы выполнены в виде пережимов на боковых стенках у входа в дымоотвод щий канал, расположенных под углом к продольной оси колодца и выступающих на 1/4-1/3 пог перечного сечени  канала, и центрального столбика в виде треугольной призмы, одно ребро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составл ет 1/2-1/3 поперечного сечени  дымоотвод щего канала.
2. 2. Колодец по п. 1, отличающийс  тем, что нижнее сопло газоподвод щего канала установлено под углом kO-SO° к горизонтали и снабжено воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом и ширина которого .составл ет 3 Диаметра наклонного газового сопла.
3. 3. Колодец по п. 1, отлича ющийс  тем, что амбразура го ..л . . ;./ . д- ..д--л-- - -А-А-Ул -. . -.-д;;. А: . д .. ;-. / . v.: А-.- .

   /777.

   У/7///////Л 9

   7т.4

   т

   Фul релки составл ет 1,,0 диаметра воздухоподвод щего канала, а газовые сопла заглублены на рассто ние 5-9 диаметров газовых сопел. k. Колодец по п 1, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  стойкости крышки колодца, воздухоподвод щий канал выполнен заглушенным в верхней части на центральный угол 90-120. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Аксельруд Л.Г., Сухов Н.И., Тымчак В.М. Нагревательные колодцы, М., Металлурги , 1962, с. 61-6. 2. Сталь, 1978, №6, с. 5б6-5б8. V/ } ///////y// ФЧ1. //.