Трубчатая вертикальная печь

 

Изобретение относится к конструкциям печей - теплообменников и может быть использовано на заводах металлургической, газовой и нефтяной промышленности. Цель изобретения - снижение расхода топлива. Печь содержит радиационную и расположенную над ней конвективную камеры теплообмена , систему труб с нагреваемой технологической жидкостью в каждой камере и горелочное устройство, закрепленное в днище радиационной камеры . Горелочное устройство выполнено в виде вихревой горелки, формирующей закрученный факел с изменяемой геометрией. Вихревая горелка выполнена по типу камерного завихрителя с тангенциальным подводом воздуха и газовым коллектором, состоящим из а S (Л с:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСОУБЛИН.,Я0„» 467З47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2l) 4262)37/23-02 (22) 26.06.87 (46) 23.03 ° 89. Бюл, Р )! (7!) Московский вечерний металлургический институт и Всесоюзный научноисследовательский институт использования газа в народном хозяйстве и подземного хранения нефти, нефтепро- . дуктов и сжижениых газов "ВНИИпромгаэ" (72) В.Г..Смирнов, А.Г.Зеньковский, Ю.А.Жебрак, А.И.Плужников, И.И.Ионочкин, В.В.Чернов, А.И.Трынов и А.Т.Шушпанов (53) 62!.745.33(088.8) (56) Трубчатые печи. Каталог. И., ЦИНТИхимнефтемаш, 1977, с. 25-26. (54) ТРУБЧАТАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ (5>)4 Р 27 B S/00 С !О С 9/20 (57) Изобретение относится к конструкциям печей — теплообменников и может быть использовано на заводах металлургической, газовой и нефтяной промышленности. Цель изобретения — снижение расхода топлива. Печь содержит радиационную и расположенную над ней конвективную камеры теплообмена, систему труб с нагреваемой технологической жидкостью в каящой камере и горелочное устройство, закрепленное в днище радиационной камеры. Горелочное устройство выполнено в виде вихревой горелки, формирукицей закрученный факел с изменяемой геометрией. Вихревая горелка выполнена по типу камерного завихрителя с тангенциальным подводом воздуха и газовым коллектором, состоящим из. 146 двух коаксиальных трубок. Патрубок для подвода воздуха и трубки коллектора снабжены поворотными шиберами, которые системой тяг соединены между собой и с малооборотным электродвигателем. При вращении электродвигателя система тяг приводит в движе;ние шиберы, при помощи которых формируется закрученный факел с изменяе,мой геометрией. Горелочное устройство снабжено полой керамической встав1 ! кой в виде суженного к торцам цилинд. ра с перфорацией в нижней части, ус-! тановленного на днище печи вдоль ее вертикальной оси. Форма вставки выб рана в соответствии с регулируемой формой факел . Размеры вставки обусловлены формой факела и условиями

:входа потока продуктов сгорания топ лива иэ радиационной в конвективную камеру. Высота вставки составляет

О,/-0,8 высоты радиационной камеры, ее диаметр 0,65-0,75, диаметра камеры, причем сужения в верхней и нижней частях вставки выполнены коническими соответственно с углом конусности

10- 15 и 20-30 градусов, а отношение высот верхней конической, средней

7347 цилиндрической и нижней конической частей вставки составляет 9-10 1,0:

:l,8-20. Высота перфорированной части вставки составляет 0,2-0,25 высоты радиационной камеры, а степень перфорации 0,05-0,07. Факел, сформированный внутри вставки, равномерно по длине разогревает ее, эа счет конвекции она раскаляется и излучает энергию на поверхность труб. Часть продуктов сгорания движется вниз в зазоре между вставкой и трубами и подсасывается через перфорированную нижнюю часть вставки к корню факела.

На поверхность труб радиационной камеры нанесено покрыiHG со степенью черноты не менее 0,9, .а на внутреннюю поверхность стен камеры — покрытие со степенью черноты не более 0,2.

Это необходимо для обеспечения наиболее высокого коэффициента теплоотдачи к поверхности труб с нагреваемой технологической жидкостью. Использование данных конструктивных решений позволит интенсифицировать теплообмен в рабочем пространстве печи и, следовательно, снизить расход топлива. 2 з.п. ф-лы, l ил.

Изобретение относится к конструк.циям печей-теплообменников и может быть использовано на заводах металлургической, газовой и нефтяной промышленности.

Цель изобретения — снижение расхода топлива.

На чертеже представлена схема конструкции трубчатой вертикальной печи.

Печь содержит цилиндрическую радиационную 1 и прямоугольную конвективную 2 камеры теплообмена, систему труб 3 с нагреваемой технологической жидкостью, горелочное устройство 4, закрепленное в днище радиационной камеры. Горелочное устройство представляет собой камерный завихритель с простым тангенциальным подводом воздуха 5 и газовым коллектором, выполненным в виде двух коаксиальных трубок 6. Полая керамическая вставка

2

7 установлена на днище вертикально вдоль оси печи, она состоит из верхней конической 8, средней цилиндрической 9, нижней конической 10 частей. Стальной корпус 11 печи футерован жаростойким бетоном 12 со стороны рабочего пространства. Печь saкреплена на .основании посредством рамы 13.

Печь работает следующим образом.

Включают газогорелочное устройство 4 и циркуляцию технологической жидкости по трубам 3 конвективной и радиационной камер. Горелочное устройство выполнено в виде вихревой rope s по типу камерного завихрителя с простым тангенциальным подводом воэдуха 5. Топливо в завихритель подают по коллектору 6, состоящему иэ двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых оканчивается одним аксиальным отверстием для истечения га3 14673 эообразного топлива (газа), а внеш няя — (6-8) отверстиями, расположенными по радиусу трубки для истечения газообразного топлива (гаэ R), Патрубок тангенциального ввода воздуха 5 выполнен прямоугольным. В нем установлен с возможностью поворота вокруг оси горелки круговой шибер с прорезью. В трубках 6 также установлены поворотные шиберы, которые системами тяг соединены с круговым шибером и малооборотным электродвигателем. При вращении электродвигателя система тяг приводит. в действие 16 шиберы по следующему принципу. При положении прорези кругового шибера по центру патрубка степень крутки воздушного потока равна нулю (поток, а значит в целом факел прямоточный). 20

В этом случае полностью все подаваемое топливо (100 ) истекает в воздушный поток из аксиального отверстия.

Круговой шибер медленно поворачивается в ту или иную сторону, прорезь 25 отклоняется от центрального положения в патрубке и приближается к его стенке. Тем самым увеличивается степень тангенциальности ввода воздуха, а значит его степень крутки в камере 3О завихрения. Одновременно и синхронно с перемещением кругового шибера поворачиваются шибера в трубках для газа

А и для газа R, перераспределяя топливо по ним до тех пор, пока все топливо не будет вытекать из радиальных отверстий внешней трубки (газ R

100 ). В положении прорези примерно посередине между осью и стенкой пат, рубка степень крутки воздушного пото- 4р ка равна половине от максимальной, при этом 50 . топлива будет истекать из аксиального отверстия, а 50K — иэ радиальных отверстий. Описанным образом процесс повторяют непрерывно. 4

В результате управления горелкой внутри вставки формируют закрученный факел с изменяемой геометрией. Под изменением геометрии следует пони,мать одновременное изменение и угла @> раскрытия, и дапьнобойности факела.

Наибольшая степень крутки воздушного потока в сочетании с радиальным истечением газа дает факел с минимальной дальнобойкостью и максимальным углом раскрытия. Факел своими границами омывает нижнюю часть вставки. Далее крутку плавно уменьшают до нулевого значения в сочетании с перераспреде47

4 лением подачи топлива в направлении аксиального отверстия. Факел при этом плавно удлиняется и сужается.

В результате границы факела как бы скользят 11о внутренней поверхности вставки, т.е. форма факела в динамике его периодического изменения повторяет форму вставки. Форма вставки выбрана в соответствии с регулируемой формой факела.

Факел, сформированный внутри вставки, разогревает ее равномерно п длине. Керамическая вставка в основном эа счет конвекции раскаляется и излучает энергию на поверхность труб. Части продуктов сгорания топлива из верхней части радиационной камеры движутся вниз в зазоре между вставкой и трубами и подсасывается через перфорацию нижней части вставки к корню факела. Тем самым исключаются застойные зоны в нижней части камеры у днища печи и сглаживаются

"пики" температур факела, что влечет за собой снижение образования окислов азота в продуктах сгорания топлива. Кроме того, исключается возможный перегрев нижней части вставки при прососе более холодных дымовых газов.

Размеры полой керамической вставки обусловлены формой регулируемого закрученного факела и условиями входа потока из радиационной в конвективную камеру. Высота вставки Н, составляет 0,7-0,8 высоты радиационной камеры Н р, Если Н <0,7 Hp, то часть поверхности труб в верхней части радиационной камеры не находится под прямым воздействием излучения разогретой вставки и, следовательно, интенсивность теплообмена снижена.

При Н „ 0,8 Н струя продуктов сгорания, вытекаксцая из вставки, обла-. дая углом раскрытия, характерным для прямоточных турбулентных струй и рав- о ным в среднем 20, не полностью saполнит поперечное сечение конвективной камеры. По этой причине снизится доля передачи тепла конвекцией от дыма к трубам конвективной камеры, что приведет к сжиганию лишнего количества топлива.

Оптимальный диаметр вставки D, лежит в пределах 0,65-0,75 диаметра радиационной камеры D p, . При D, c

<0,65 D >,„ объемное теплонапряжеиие

Внутри вставки при сильно закручен5 14 ном факеле может возрасти настолько, что она разрушится. При Рф;,) 0,75 0 p.g кольцевой зазор между стенами камеры и наружной поверхностью вставки уменьшается настолько, что циркуля ция дымовых газов в зазоре в направенин сверху вниз становится затруденной. Снижение кратности циркуляи приведет к увеличению перепадов емператур по высоте в зазоре„ кро е того, слабое разбавление факела дает повышенный выход окислов азота

М продуктах сгорания.

Соотношения высот конических частей и цилиндрической части вставки, а также конусность торцов выбраны s соответствии с геометрией закрученoro регулируемого факела. Геометрию акела определяет степень крутки воэушного потока и интенсивность полноо смешения топлива и воздуха, При, тношении высоты верхней конической

4асти к цилиндрической меньше 9, а нижней — меньше 1,8 факелу внутри вставки как бы "тесно", что приводит к неполному горению топлива и его перерасходу. Если соответствукщие высоты больше 10 и 2., то закрученный

:факел своими эффективными границами ,не будет касаться внутренней поверхности вставки, происходит отрыв факела от стенок. При этом может возникнуть слой продуктов сгорания более холодных, чем в факеле, который перемещается по внутренней nosepxности вставки встречно основному потоку и подстуживает ее, 67347 нии особенно в условиях высоких температур, На поверхность труб радиационной камеры нанесено покрытие со степенью черноты не менее 0,9, а на внутрен1 нюю поверхность стен — со степенью черноты не более 0,2. Это необходимо для обеспечения наиболее высокого коэффициента теплоотдачи к поверхности труб с нагреваемой технологической жидкостью и возможно наименьшего коэффициента теплоотдачи (высоЮой отражательной способности) к

1б стенам радиационной камеры.

Нижняя часть вставки перфорирована до высоты 0,2-0,25 высоты радиационной камеры. Степень перфорации Е составляет 0,05-0,07. Указан20 ные диапазоны значений определяют оптимальную циркуляцию части дымовых газов по контуру: кольцевой зазор— внутренняя полость вставки. При

Н „,py ) 0,25 Н р,„и Е ) 0,07 чреэмер

25 но возрастает кратность циркуляции, что приводит к слишком большому подсосу дыма к корню факела и ухудшению горения топлива, при H «p><0,2 H р.к

Е < 0 05 кратность циркуляции умень"

30 шается настолько, что приводит к появлению застойных зон.

Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить интен" сивный теплообмен в рабочем пространстве печи, что позволяет максимально снизить расход топлива, Формула изобретения

При угле конусности верхней части вставки, меньшем 10, и нижней части о вставки, — меньшем 20, также возможен отрыв факела от внутренней поверхности вставки. В нижней части отрыв происходит в случае больших сте- 4 пеней крутки, в верхней части — в случае прямоточного или слабозакрученного факела. При угле конусности, большем 15, для верхней части и большем 30 для нижней части также возникает эффект стесненности факела внутри вставки, что вызывает неполное горение топлива и его перерасход °

Кроме того, могут возникнуть повышенные тепловые напряжения в объеме вставки, что снижает срок ее эксплуа-! тации. Повышенная конусность нижней части (угол ) 30 ) снижает устойчивость вставки в вертикальном положе1. Трубчатая вертикальная печь, содержащая цилиндрическую радиационную и расположенную над ней прямоугольную конвентивную камеры теплообмена, систему труб с нагреваемой технологической жидкостью в каждой камере и горелочное устройство, закрепленное в днище радиационной камеры, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода топлива, печь снабжена установленной на днище печи по ее вертикальной оси керамической полой вставкой с перфорацией в нижней ее части, причем в средней части вставка выполнена цилиндрической, а нижняя и верхняя части — коническими, в качестве горелочного устройства применена вихревая горелка, поверхность труб радиационной камеры выполнена с покрытием со

Составитель И. Короткова

Техред М.Дидык Корректор,И.Муска

Редактор С.Патрушева

Заказ 1180/34 Тираж 533 Подписное

SHHHGH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

133035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

7 1467347 8 степенью черноты не менее 0,9, внут- -,ны коническими соответственно с угренняя поверхность стен камеры имеет лом конусности 10-15 н 20-30, а от покрытие со степенью черноты не бо- ношение высот верхней конической, лее О, 2.

5 средней цилиндрической и нижней ко2. Печь по н.1, о т л и ч а ю— нической частей вставки составляет щ а я с я тем, что вставка выполне- 9-10: 1,0: 1,8-20. на высотой 0 7-0,8 высоты радиацион- 3. Печь по п.1, о т л и ч а ю— ной камеры, диаметр ее цилиндричес- щ а я с я тем, что высота перфорикой части составляет 0,65-0,75 диа- 1ð рованной части вставки составляет метра камеры, причем сужения в верх- 0,2-0,25 высоты радиационной камеры, ней и нижней частях вставки выполне- а степень перфорации — 0,05-0,07.