Рециркуляционная пламенная печь

 

Изобретение относится к камерным печам и может быть использовано в процессах термической обработки

нагрева или обжига в металлургическом, машиностроительном производствах. Цель изобретения - повышение КПД печи за счет снижения ее материалоемкости, уменьшения тепловых потерь и расхода топлива, особенно при резких колебаниях тепловой мощности печи при смене режима работы. Суть изобретения заключается в том, что контур рециркуляции в каждом поперечном сечении обеспечивает равномерную раздачу теплоты свежих порций продуктов сгорания по высоте рабочего пространства. При этом улучшаются условия теплообмена, что наряду с интенсивной рециркуляцией греющих газов в зазоре между кладкой и садкой приводит к сокращению продолжительности нагрева и экономии топлива. Все геометрические соотношения связаны с выходным диаметром горелки, единственным побудителем интенсивной рециркуляции всей массы греющих газов по единому контуру. Эти соотношения связывают ширину печи и подсадочного пространства, зазоры между садкой и стенками печи и сечение дымоотводящих каналов. 7 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COLlHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„3 5556ОВ А 1 (5l )" Р 27 В 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ м

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4168639/31-02 (22) 29. 1? . 86 (46) 07.04,90. Бюл. Р 13 (71) Институт газа АН УССР (72) P,А.Пилипенко, А,Е.Еринов, Б,Д,Сезоненко, Я.Б,Полетаев, Т,В.Скотникова, Ю.Г.Хорунжий и В.И,Чербунов (53) 621 .783 .2:621 .783.041(088 .8) (56) Печи и сушилка машиностроительной промышленности: Сборник трудов..Вып. 31, M 1974, с. 70 и 71, рис. 2а..(54) РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ПЛАМЕННАЯ

ПЕЧЬ (57) Изобретение относится к камерным печам и может быть использовано в процессах термической обработки, нагрева или обжига в металлургическом, машиностроительном производствах, Цель изобретения — повышение

КПД печи за счет снижения ее материалоемкости, уменьшения тепловых

Изобретение относится к камерным печам и может быть использовано в процессах, термической обработки, нагрева или обжига в металлургическом, машиностроительном, строительном и других производствах, Цель изобретения — повышение И!Д печи за счет более интенсивного нагрева и сокращения удельного расхода топлива, На фиг,1 изображена печь с выкатным подом, поперечный разрез; на фиг,2 — сечение А-А на фиг,1; на фиг.3 - -сечение Б-Б на фиг.2; на потерь и расхода топлива, особенно при резких колебаниях тепловой мощности печи при смене режима работы.

Сущность изобретения заключается в том, что контур рециркуляции в каждом поперечном сечении обеспечивает равномерную раздачу теплоты свежих порций продуктов сгорания по высоте рабочего пространства, При этом улучшаются условия теплообмена, что наряду с интенсивной рециркуляцией греющих газов в зазоре между кладкой и садкой приводит к сокращению продолжительности нагрева и экономии топлива, Все геометрические соотношения связаны с выходным диаметром . горелки, единственным побудителем интенсивной рециркуляции всей массы греющих газов по единому контуру.

Эти соотношения связывают ширину печи и подсадочного пространства, зазоры между садкой и стенками печи и сечение дымоотвадящих каналов. 7 ил., 4 табл, фиг.4 - график зависимости давления в печи от соотношения суммарных площадей сечения дымоотводящих каналов и выходных отверстий всех горелок; на фиг.5 - график зависимости кратности рециркуляции от отношения расстояния подставок до боковых стен к высоте подставок; на фиг,6 — график зависимости равномерности нагрева от высоты подставок; на фиг.7 — график зависимости избыточной скорости движения газов от ширины пода, Печь содержит свод 1, боковые стены 2, основание 3 и выкатной под

1555608

20

40

4, образующие камеру нагрева, В боко." вой стене камеры нагрева на уровне пода 4 установлены скоростные горелки 5, а на противоположной боковой стене под сводом установлены горелки 6. Горелки установлены попарно в одном поперечном сечении печи, заподлицо с боковыми стенами, выполненными сплошными и гладкими. В основании

3 камеры нагрева под выходными отверстиями горелок 5 выполнены дымоотводящие каналы 7, суммарная площадь сечения которых равна 1-2 суммарным площадям выходных отверстий всех горелок. На выкатном поду 4 установлены подставки 8, образующие смесительные каналы 9, соосные с основными горелками. Высота подставок и их расстояния от боковых стен одинаковы и равны не менее четырех диаметров выходного отверстия горелки (калибров), а ширина выкатного пода равна 40-50 калибрам выходного отверстия горелки.

Величина суммарной площади дымоотводящих каналов установлена экспериментально на огневом стенде при проведении режимов термообработки в интервале температур 500-950 С. В ходе эксперимента изменялась площадь сечения каждого из четырех дымоотво-. дящих каналов на одну и ту же величину так, что суммарная площадь изменялась в интервале 0 5-.2,5 от суммарной площади выходных отверстий горелок, При этом измерялось давление в камере нагрева на уровне пода, Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

При повышении давления в камере нагрева выше 2,0 Па начинается интенсивный разогрев наружной поверхности камеры, а при разрежении вьш е

2,5 Па - подсос холодного воздуха в 45 камеру, что нарушает достигнутую ран= номерность нагрева и приводит к возрастанию расхода топлива. Зависимость давления в камере нагрева от относительной суммарной площади дымоотво- 50 дящих каналов представлена графиком (фиг.4), где предпочтительный интервал площади ограничен значениями 1-2, Для обеспечения интенсивной рециркуляции греющих газов высоту подставок и их расстояние от боковых стен, а также ширину пода выбирают в зависимости от калибра выходногo отверстия горелки, Значения этих гоотношений устанавливают на гидравлических и огневых моделях, В табл.2 приведены значения относительной кратности рециркуляции

К/К»«, .полученные при изменении

S/h в интервале 0,5-2,0 для К а„ в интервале 3-10, Как видно из данных, приведенных в табл.2, с увеличением относительного расстояния подставок до боковых стен S/h (S — расстояние подставки от боковой стены, м; h — высота подставки, м) кратность рециркуляции

К/К „, К „-, максимальное значение кратности рециркуляции, обеспечиваемое горелкой определенной мощности в свободном пространстве, т.е, в камере без подставок) растет, но с разной скоростью, Кривая (фиг.5) показывает, что при значениях S/h больших 1,0 значения К/Кма„с асимптотически приближаются к 0,5.

Таким образом, равенство высоты подставки и ее расстояний от боковых стен обеспечивает достаточную кратность рециркуляции без значительного увеличения габаритов камеры нагрева и принимается за оптимальную величину, В табл,3 приведены экспериментальные данные,. в интервале температур

500-950 С, по неравномерности нагрева при высоте подставок, изменяющейся в интервале от 3 до 5,5 калибров выходного отверстия горелки (Й).

6Т ЬТ

Эффект и — = 0,65 Ь вЂ” — = О, 1 Т макс а Тмакс

ЬТмакс = Тгос Т к.н 6Т = Т - Т к н

Тго(— температура продуктов cropaHHH на выходе из горелки в центре выходного отверстия горелки; Т вЂ” температура печных газов, инжектируемых струей продуктов сгорания в смесительный канал, (измеряется на стороне основных горелок по центру зазора между кладкой и садкай на уровне высоты подставки); Т „ „ — температура смеси продуктов сгорания, выходящих из горелки и печных газов, инжектируемых в смесительный канал. (Измеряется на стороне дополнительных горелок по центру зазора. между кладкой и садкой на уровне высоты подставки). гас, = 1673 К.

5 l5

Как видно из табл. 3, наибольшая неравномерность при h/d меньше четырех калибров выходного отверстия горелки. Кривая (фиг.6) показывает, h что при — ь 4,0, высота подставок и, d следовательно, габариты камеры нагрева., увеличиваются быстрее, чем снижается неравномерность температур.

Следовательно, высота подставок и их расстояние от боковых стен должны быть не менее четырех калибров выходного отверстия горелки, В табл.4 приведены значения относительной ширины пода В/d ( — ширина пода, м), при котором установлена минимальная неравномерность температур на противоположной от нижних горелок стороне камеры нагрева, т,е, на стороне верхних горелок (ЕТ).

Увеличение неравномерности нагрева при увеличении ширины пода более

50 калибров выходного отверстия горелки вызвано резким затуханием струи (фиг.7). В числителе дроби

W текущее значение осевой скоц

" го рости, в знаменателе — осевая скорость струи в выходном сечении горелки. Уменьшение неравномерности при увеличении ширины пода от 30 до 40 калибров выходного отверстия горелки связано с интенсивным перемешиванием газов в смесительном канале.

Печь работает следующим образом, Садка устанавливается на подставки с одинаковым расстоянием от пода, свода и боковых стен. Струи продуктов сгорания, выходящие из нижних горелок с большой скоростью (более

80 м/с) инжектируют часть газов, заполняющих рабочее пространство камеры нагрева между садкой, боковой стеной с нижними горелками и сво" дом, смешиваются с ними в смесительном канале, выходят в рабочее пространство камеры нагрева между садкой, боковой стеной с верхними горелками, откуда инжек гируются под свод верхним рядом горелок, где смешиваются с продуктами сгорания их верхних горелок. Затем смесь поступает в рабочее пространство между садкой и боковой стеной с нижними горелками, где часть газов вовлека55608 ется в повторное движение вокруг садки, а остальные газы уходят из камеры нагрева через дымоотводяшие кана5 лы, В печи данной конструкции рециркуляционное движение греющих газов вокруг садки осуществляется за счет разности давлений, создаваемой скоростными струями продуктов сгора)9 ния нижних и верхних горелок, no vnsрине и высоте камеры нагрева, Удаление газов из камеры происходит по принципу "газослива" за счет разности тяги, создаваемой горелками и ды15 моотводящим трактом, и избыточного давления в камере нагрева печи„

Эффект от внедрения новой печи состоит в сокращении времени обработки за счет равномерного и интенсивного нагрева, сокращении удельных расходов топлива из-за уменьшения потерь тепла, что повышает КПД печи до 40 50i

Предлагаемые конструктивные изменения могут быть использованы в камерных печах со стационарным подом, в колпаковых, ямных, многокамерных и проходных (например, туннельных) печах, 30

Формула и з о б р е т е н и я

Рециркуляционная пламенная печь, содержащая камеру нагрева с основанием и выкатным подом с подставками на нем, а также горелки, расположенные в боковых стенках камеры в одном поперечном сечении на уровне пода и под сводом в противолежащих стенках, 40 и дымоотводящие каналы, о т л и ч а ю ц| а я с я тем, что, с целью повышения КЩ печи за счет более интенсивного нагрева и сокращения удельного расхода топлива, дымоотводящие

45 каналы выполнены в основании камеры нагрева под выходными отверстиями нижних горелок, причем горелки установлены заподлицо с ее боковыми стенками и выполнены скоростными, а сум59 марная площадь поперечых сечений дымоотводящих каналов равна !-2 суммарным плоц1адям выходных отверстий всех горелок, расстояние от боковой стенки до подставки и высота последней

55 pBвна не менее четырех, а ширина выкатного пода — 40-50 диаметрам выходного отверстия горелки.

1555608

Таблица 1

Давление, Па, при относительной Э м площади дымоотводящих каналов - Ргор

0,5 0,9 1,0 1,5 2,0 2,1 2,5

+2,0 йО,О -2,2

+1,8 +0,5 -1,0

+1,5 +0,0 -0,5

+0,0 -1,5 -2,5

+2,1 +1,8 +0,0

Удовлетворительное состояние

-5,0 -21,0 950

-3,0 -19,0 870

-3,0 -17,0 650

-4,0 -25,0 900

-3,0 -13,0 500

Увеличение неравномерности нагрева

П р и м е ч а н и е: .ЕР— суммарная площадь сечения дымоотводя ыи щих каналов, м ; !

KF — суммарная площадь выходного отверстия всех горелок, м

Таблица 2

0,6.

S/!1

0,5 ! Макс

0,9

2,0

0,22

0,21

0,205

0,2

0,4! 0,44

0,42 0 44

0,42 0,45

0,41 0,44

0,42 0,44

0,3 . 0,32

0,31

0,32

Таблица 3

Ь/d

3,0

5,5

1 Тма кс

0,14 0,12

0,14 0,11

0,15 0,13

0 15 0,12

0,8 0,4 0,22

0,81 0,4 0,21

0,805 0,41 0,2

0804022

0,08 .0,08

0,09

0,08

450

0,17

0,16

0,18

О,!8

0,1

0,09

0,11

0,1

1. Т

В/d 30 35 39 40

hT 50 42 15 10

I . .55 60

7 5 12 17 25

2

4

Эффект

5

8

+20,0 +4,0

+18,0 +3,5

+15,0 +3,0

+22,0 +5,2

+14,0 +2,8

Разогрев кладки

0 35 0,4

0,36 0,41

0,34 0 42

0 37 Оь4

0,37 0,41

0,46

0,46

0,47

0,46

0,46

0,48

0,485

0,47

0,48

0,48! 555ЬОЯ

@ИЗ 1

4/ф

7,5 рп, 7и ю,ю

-РО

+arum

1555608

1Р

puz. У

ГР, Х Ггар

1555б08

g Tгпаа

ЯУ . /т /р

ЮЮ g

Составитель Т,Наумова

Техред М.Ходанич

Редактор А,Козориз

Корректор Т. Малец г

Заказ 551 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

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