Способ сжигания газа в горелках зажигательных горнов агломерационных машин и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2525960:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") (RU)
Изобретение относится к сжиганию загрязненных промышленных газов, преимущественно коксового газа и его смеси с доменным газом в зажигательных горнах агломерационных конвейерных машин. В центральную часть зоны горения, вынесенную за пределы горелки, по оси горелочного камня подают прямоструйный поток смеси газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха 0,5-1,05, а в периферийную - вихревой поток смеси газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха 1,4-2,0. Истечение воздуха в центральную зону производят сходящимися непересекающимися струями с обеспечением воспламенения образовавшейся смеси и экранированием очага горения от вихревого периферийного потока. При этом устройство для сжигания загрязненного газа содержит воздухоподводящий корпус с аксиальным завихрителем, центральный канал для истечения газа, электроискровой разрядник и втулку между ними с сопловым насадком, в котором выполнены отверстия для перетока газа в периферийную зону за завихритель с образованием вихревого потока смеси газа и воздуха. Изобретение обеспечивает предотвращение отложений пылесмолистых веществ на поверхностях выходных элементов горелок. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к сжиганию загрязненных промышленных газов, преимущественно коксового газа и его смеси с доменным газом, в зажигательных горнах агломерационных конвейерных машин для спекания металлургической шихты.
Известен способ сжигания газов в горнах агломашин, реализованный в устройстве по SU 1002784, публ. 07.03.1983 г. [1]. Способ включает подачу в зону горения газа и воздуха несколькими потоками, организацию интенсивного смешения газа и воздуха и стабилизацию воспламенения подготовленной смеси. Устройство по SU 1002784 содержит воздухоподводящий корпус с лопаточным завихрителем, газовую трубу с расположенным внутри нее мазутной форсункой и запальником, на выходном конце газовой трубы выполнена полость с отверстиями на наружной стенке, а между завихрителем и газовой трубой кольцевой канал, при этом газовая труба выполнена с отверстиями, соединяющими ее внутреннюю полость с воздухоподводящим корпусом, площадь сечения которых составляет 0,05-0,1 площади сечения последнего и равна площади сечения кольцевого канала.
Известен способ сжигания газов в горнах агломашин, реализованный в горелочном устройстве по RU 2246071, публ. 09.10.2001 г. [2], который, как и способ [1], включает подачу в зону горения газа и воздуха несколькими потоками, организацию интенсивного смешения газа и воздуха и стабилизацию воспламенения подготовленной смеси. Горелочное устройство по RU 2246071 содержит воздухоподводящий трубопровод с насадкой, внутри которого соосно с насадкой расположен газоподающий трубопровод, конический смеситель, при этом концевая часть воздухоподводящего трубопровода выполнена с рядом отверстий, равномерно расположенных по воздухоподводящему трубопроводу под острым углом к оси горелки, причем ось отверстия направлена на выполненную не менее чем одну тороидальную кольцевую проточку на внутренней цилиндрической поверхности насадки, а газоподающий трубопровод снабжен головкой с эксцентрично и равномерно расположенными к оси горелки не менее шестью отверстиями под острым углом к оси горелки и развернутыми в плоскости сечения своей осью спирали.
Таким образом, известные устройства для сжигания промышленных газов содержат специальные смесители, выполненные с многочисленными мелкими отверстиями для истечения газа, а также стабилизаторы в виде плохообтекаемых тел, создающих повышенную интенсивность турбулентности. К недостаткам этих устройств относится низкая эксплуатационная надежность при использовании промышленных газов, содержащих частицы пыли, смолы и нафталина. Опыт эксплуатации таких устройств показал наличие значительных отложений твердых веществ на поверхности выходных элементов горелок. При работе горелочных устройств смолистые отложения покрывают тонкой пленкой металлические поверхности газовых сопел, стабилизаторов, запальных устройств. Пыль, находящаяся в газе и в воздухе, подаваемых в горелку, попадает на смоченные смолой поверхности и приклеивается к ним. При этом образуются многослойные отложения, изменяющие проходное сечение для истечения топлива и воздуха. Свою долю в загрязнение горелок вносит и запыленная частицами шихты печная среда рабочего объема зажигательного горна. Эта среда подсасывается к вытекающему потоку из горелок и частицы пыли из этой среды также отлагаются на поверхностях выходных элементов горелок.
Обычные технические средства для очистки газа и воздуха от пыли не эффективны, так же как и рекомендации соответствующих Правил безопасности в газовом хозяйстве о пропаривании газопроводов от отложений. Эти отложения удаляются только механическим путем при разборке горелочных устройств, что вызывает простои оборудования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ сжигания газа и устройство для его осуществления, показанные в книге: А.А. Винтовкин и др. «Горелочные устройства промышленных печей и топок», Справочник. М., 1999 г., стр.141-146, рис.5.14, 5.15 [3].
В известном решении смешение газа и воздуха осуществляют за пределами горелочного устройства в горелочном камне. При этом горелочное устройство содержит воздухоподводящий корпус с аксиальным завихрителем, центральный канал для истечения газа, втулку между ними с сопловым насадком для истечения воздуха и электроискровой разрядник. Центральный канал для истечения газа выполнен в виде трубы большого сечения и не имеет плохообтекаемых элементов и отверстий малого диаметра, на которых могут скапливаться отложения.
Недостатком этого решения является неопределенность качества перемешивания и, соответственно, невозможность прогнозирования длины факела вследствие отсутствия четкого разграничения и регулирования зон горения в горелочном туннеле. При интенсивном перемешивании потоков в туннеле значительные тепловыделения на короткой длине приводят к перегреву стенок туннеля и их разрушению, что особо усложняет работу горелок при их расположении на своде горна. Сходящиеся струи воздуха сливаются на оси горелки в общий поток и их перемешивание с газом ухудшается. При слабой интенсивности смешения факел имеет длину, превышающую высоту горнового пространства. Кроме того, воздушные струи при истечении из соплового насадка создают зоны циркуляции вблизи насадка, см. поз.1, рис.5.15 [3]. На определенных режимах наблюдается слияние этих зон с центральной зоной циркуляции поз.2, рис.5.15 [3]. Это приводит к отложению пыли на насадке трубы - центрального канала для истечения газа. Попытки устранить указанное явление обычными техническими приемами: изменением места установки завихрителя, угла наклона отверстия в насадке не дали желаемого результата.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении сжигания запыленных газов с заданными характеристиками факела без опасности отложений пылесмолистых веществ на поверхностях выходных элементов горелки.
Для решения поставленной задачи способ сжигания загрязненного промышленного газа в горелке зажигательного горна агломерационной машины включает подачу в зону горения потоков смеси газа и воздуха, и отличается тем, что в центральную часть зоны горения, вынесенную за пределы горелки, в по оси горелочного камня подают прямоструйный поток смеси газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха 0,5-1,05, а в периферийную - вихревой поток смеси газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха 1,4-2,0, при этом истечение воздуха в центральную зону производят сходящимися непересекающимися струями с обеспечением воспламенения образовавшейся смеси и экранированием очага горения от вихревого периферийного потока.
способ сжигания газа в зажигательных горнах агломерационных машин включает подачу в зону горения газа и воздуха несколькими потоками.
Устройство для сжигания загрязненного промышленного газа в горелке зажигательного горна агломерационной машины содержит воздухоподводящий корпус с аксиальным завихрителем, центральный канал для истечения газа, втулку между ними с сопловым насадком для истечения воздуха и электроискровой разрядник и отличается тем, что площадь истечения воздуха в сопловом насадке составляет 0,3-0,4 площади для прохода воздуха в завихрителе, при этом в сопловом насадке выполнены отверстия для перетока газа в периферийную зону за завихритель с образованием вихревого потока смеси газа и воздуха, сотовый насадок выполнен с цилиндрической камерой для формирования прямоструйного потока смеси газа и воздуха, имеющей диаметр, равный 1 диаметру втулки завихрителя, и длиной 0,8-1,2 ее диаметра, а каналы для истечения воздуха из соплового насадка выполнены наклонно к оси с образованием осями их отверстий поверхности однополостного гиперболоида, касательной к поверхности электроискрового разрядника в точке искрообразования.
Перераспределение потоков газа и воздуха в соотношениях, равных 0,5-1,05, на оси горелочного камня и 1,4-2,0 в периферийной зоне позволяет задать требуемый уровень температур в объеме горелочного камня. При таком соотношении всегда на оси горелочного камня развиваются более высокие температуры в прямоструйном длинном факеле. На периферии факела у стенок горелочного камня горение происходит в вихревом потоке при высоком коэффициенте избытка воздуха, то есть с низкими температурами. Это предотвращает стенки горелочного камня от перегрева и разрушения и достигается при условии, что указанные зоны горения экранированы друг от друга специальной разделительной стенкой цилиндрической камеры насадка, которая не позволяет вытекающим потокам объединиться в одну горящую топливовоздушную смесь.
Заданное соотношение площадей для истечения воздуха определяется необходимостью обеспечения требуемых расходов воздуха в зонах и коэффициентов его избытка. Требования по размерам цилиндрической камеры на выходе из соплового насадка определены надежностью работы этой камеры как разделительной стенки между двумя зонами горения. При относительной длине камеры более 1,2 от ее диаметра стенки камеры подвергаются чрезмерному перегреву и разрушению. При уменьшении этой величины до значений менее 0,8 зона обратного вихревого течения в туннеле, несущая нагретую пыль из горнового пространства, начинает проникать в центральную часть зоны горения, тем самым разрушая эту зону и приводя к отложению пыли на внутренних поверхностях выходных элементов горелки. Истечение воздуха в центральную зону сходящимися непересекающимися струями, оси которых образуют поверхность гиперболоида, касательную к поверхности электроискрового разрядника в точке искрообразования, обеспечивает исключение соударения струй на оси горелки, увеличивает длину, на которой струя воздуха отсасывает газ из газового потока, формируя в месте расположения искрообразования смесь, готовую к воспламенению, а также обеспечивает равномерность заполнения выходного сечения цилиндрической камеры газовоздушной смесью, исключая проникновение в нее пыли из топочного объема. Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в предотвращении образования застойных зон на поверхностях выходных элементов горелки.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где фиг.1 изображает общий вид устройства, на фиг.2 - отверстия для перетекания газа из центрального канала в полость за воздушный завихритель, на фиг.3 - схема истечения воздуха из отверстий соплового насадка.
Горелочное устройство содержит корпус 1 для подвода воздуха с завихрителем 2, установленным на втулке 3, надетой на упоры 4 трубы 5, являющейся центральным каналом для истечения газа с сопловым насадком 6, имеющим отверстия 7 для прохода воздуха и отверстия 8 для выхода газа, с цилиндрической камерой 9, на оси которой расположен электроискровой разрядник 10. Устройство размещено в горелочном камне 11. Оси 12 выходных отверстий для воздуха в насадке составляют поверхность гиперболоида, касающуюся поверхности электроискрового разрядника в точке искрообразования.
При реализации способа в устройстве воздух, подводимый в корпус 1, разделяется на два потока. Один поток проходит через завихритель воздуха, приобретает вихревое движение и вытекает в туннель горелочного камня 11, создавая интенсивную зону возвратного течения на его оси. Другой поток воздуха проходит в кольцевом зазоре между втулкой завихрителя 3 и газовой грубой 5 и вытекает из отверстий 7 наконечника 6 в виде сходящихся непересекающихся струй в направлении электроискрового разрядника 10. При истечении из отверстий струи подсасывают в себя часть газа, который вытекает из отверстия трубы 5, при этом в цилиндрической камере 9 формируется прямоструйный поток газовоздушной смеси с коэффициентом расхода воздуха 0,5-1,05. Смесь воспламеняется от искрового разряда и формирует факел, занимающий все выходное сечение цилиндрической камеры, перекрывая доступ в нее запыленных продуктов циркуляции из горелочного камня и объема горна.
Часть газа по каналам 8 перетекает из трубы 5 в периферийную зону за завихритель и интенсивно перемешивается с вихревым потоком с образованием зоны горения с коэффициентом расхода воздуха от 1,4 до 2,0. Воспламенение газа в этой зоне происходит от устойчивого прямоструйного факела, вытекающего из цилиндрической камеры 9. При этом вблизи стен горелочного камня формируется зона с умеренными температурами, обеспечивающая эксплуатационную стойкость огнеупорного материала. На оси горелочного камня формируется узкая прямоструйная высокотемпературная зона горения, не влияющая на его термическую стойкость. Интенсивное перемешивание этих потоков происходит только на выходе из горелочного камня, что не сказывается отрицательно на работе горелки, т.к. в горелочном камне и выходных элементах горелки отсутствуют застойные зоны, в которых могут отлагаться смолистые и пылевидные материалы, попадающие в горелку как со стороны подвода газа и воздуха, так и со стороны топочного объема горна. Таким образом обеспечивается сжигание запыленных газов с заданными характеристиками факела без опасности отложений пылесмолистых веществ на поверхностях выходных элементах горелки.
1. Способ сжигания загрязненного промышленного газа в горелке зажигательного горна агломерационной машины, включающий подачу в зону горения потоков смеси газа и воздуха, отличающийся тем, что в центральную часть зоны горения, вынесенную за пределы горелки, по оси горелочного камня подают прямоструйный поток смеси газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха 0,5-1,05, а в периферийную - вихревой поток смеси газа и воздуха с коэффициентом расхода воздуха 1,4-2,0, при этом истечение воздуха в центральную зону производят сходящимися непересекающимися струями с обеспечением воспламенения образовавшейся смеси и экранированием очага горения от вихревого периферийного потока.
2. Устройство для сжигания загрязненного промышленного газа в горелке зажигательного горна агломерационной машины, содержащее воздухоподводящий корпус с аксиальным завихрителем, центральный канал для истечения газа, втулку между ними с сопловым насадком для истечения воздуха и электроискровой разрядник, отличающееся тем, что площадь истечения воздуха в сопловом насадке составляет 0,3-0,4 площади для прохода воздуха в завихрителе, при этом в сопловом насадке выполнены отверстия для перетока газа в периферийную зону за завихритель с образованием вихревого потока смеси газа и воздуха, сопловый насадок выполнен с цилиндрической камерой для формирования прямоструйного потока смеси газа и воздуха, диаметр которой равен диаметру втулки завихрителя, а длина - 0,8-1,2 ее диаметра, причем каналы для истечения воздуха из соплового насадка выполнены наклонно к оси с образованием осями их отверстий поверхности однополостного гиперболоида, касательной к поверхности электроискрового разрядника в точке искрообразования.
