Трубчатая вертикальная печь

(51)4 Р ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТРУБЧАТ ЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ(7) Московский вечерний металлургический институт и Всесоюзный научноисследовательский институт использования газа в народном хозяйстве иподземного хранения нефти, нефтепродуктов и сжижениых газов "ВНИИпромгаэ"(57) Изобретение относится к конструкциям печей - теплообменников иможет быть использовано на заводахметаллургической, газовой и нефтяной промышленности. Цель изобретения - снижение расхода топлива. Печьсодержит радиационную и расположенную над ней конвективную камеры теплообмена, систему труб с нагреваемойтехнологической жидкостью в каящойкамере 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 воздухаи газовым коллектором, состоящим из146 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 вставкой в виде суженного к торцам цилиндра с перфорацией в нижней части, установленного на днище печи вдоль ее вертикальной оси. Форма вставки выбрана в соответствии с регулируемой формой факелл. Размеры вставки обусловлены формой факела и условиями входа потока продуктов сгорания топлива иэ радиационной в конвективную камеру. Высота вставки составляет 0,7-0,8 высоты радиационной камеры, ее диаметр 0,65-0,75, диаметра камеры, причем сужения в верхней и нижней Мастях вставки выполнены коническими соответственно с углом конусности )О и 20-30 градусов, а отношение высот верхней конической, средней 7347цилиндрической и нижней конической частей вставки составляет 9- 10 1,0: :1,8-20. 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 покрытие 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, 1 ил.5 10 15 20 1Изобретение относится к конструкциям 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 б, Полая керамическая вставкаг 27 установлена на днище вертикально вдоль оси печи, она состоит из верхней конической 8, средней цилиндрической 9, нижней конической 1 О частей. Стальной корпус 11 печи футерован жаростойким бетоном 12 со стороны рабочего пространства. Печь закреплена 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 го" релки по типу камерного завихрителя с простым тангенциальным подводом воэдуха 5. Топливо в завихритель подают по коллектору б, состоящему иэ двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых оканчивается одним аксиальным отверстием для истечения га 3 14673 эообразного топлива (газа), а внеш няя - (6-8) отверстиями, расположенными по радиусу трубки для истечения газообразного топлива (гаэ К), Патрубок тангенциального ввода воздуха 5 выполнен прямоугольным. В нем установлен с возможностью поворо" та вокруг оси горелки круговой шибер с прорезью. В трубках 6 также уста новлены поворотные шиберы, которые системами тяг соединены с круговым шибером и малооборотным электродвигателем. При вращении электродвигателя система тяг приводит. в действие 15 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 30 завихрения. Одновременно и синхронно с перемещением кругового шибера поворачиваются шибера в трубках для газа А и для газа К, перераспределяя топливо по ним до тех пор, пока все топливо не будет вытекать из радиальных отверстий внешней трубки (газ В.100%). В положении прорези примерно посередине между осью и стенкой пат, рубка степень крутки воздушного пото ка равна половине от максимальной, при этом 50 . топлива будет истекать из аксиального отверстия, а 503 - иэ радиальных отверстий, Описанным образом процесс повторяют непрерывно, 4В результате управления горелкой внутри вставки формируют закрученный факел с изменяемой геометрией. Под изменением геометрии следует пони,мать одновременное изменение и угла раскрытия, и дальнобойности 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 перераспреде 474лением подачи топлива в направлении аксиального отверстия. Факел при этом плавно удлиняется и сужается. В результате границы факела как бы скользят по 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 частикамеры 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 вот 0,7 Н, 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, вытекакщая из вставки, обла-. дая углом раскрытия, характерным для прямоточных турбулентных струй и рав-оным в среднем 20 , не полностью заполнит 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 0 , лежит в пределах 0,65-0,75 диаметра радиационной камеры Р ,к. При В ,( 0,65 Э , объемное теплонапряжеиие Внутри вставки при сильно закручен 5 14ном Факеле может возрасти настолько,что она разрушится. ПриРв;, 0,75 11 р,кольцевой зазор между стенами камерыи наружной поверхностью вставкиуменьшается настолько, что циркуляция дымовых газов в зазоре в направенин сверху вниз становится затруденной. Снижение кратности циркуляи приведет к увеличению перепадовемператур по высоте в зазоре крое того, слабое разбавление факеладает повышенный выход окислов азотаМ продуктах сгорания.Соотношения высот конических частей и цилиндрической части вставки,а также конусность торцов выбраны всоответствии с геометрией закрученого регулируемого факела. Геометриюакела определяет степень крутки воэушного потока и интенсивность полноо смешения топлива и воздуха, При, тношении высоты верхней коническойМасти к цилиндрической меньше 9, анижней - меньше 1,8 факелу внутривставки как бы "тесно", что приводитк неполному горению топлива и егоперерасходу. Если соответствукщиевысоты больше 10 и 2, то закрученныйфакел 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, которыйперемещается по внутренней поверхности вставки встречно основному потоку и подстуживает ее,67347нии особенно в условиях высоких температур,На поверхность труб радиационнойкамеры нанесено покрытие со степеньючернотыне менее 0,9, а на внутреннюю поверхность стен - со степеньючерноты не более 0,2. Это необходимодля обеспечения наиболее высокогокоэффициента теплоотдачи к поверхности труб с нагреваемой технологической жидкостью и возможно наименьшего коэффициента теплоотдачи (высокой отражательной способности) к15 стенам радиационной камеры.Нижняя часть вставки перфорирована до высоты 0,2-0,25 высоты радиационной камеры. Степень перфорации Е составляет 0,05-0,07. Указан 20 ные диапазоны значений определяютоптимальную циркуляцию части дымовыхгазов по контуру: кольцевой зазор -внутренняя полость вставки. ПриН ,0,25 Н р,и Е0,07 чреэмер 25 но возрастает кратность циркуляции,что приводит к слишком большому подсосу дыма к корню факела и ухудшениюгорения топлива, при Н пер 0,2 Н .кЕ с 0,05 кратность циркуляции умень 30 шается настолько, что приводит кпоявлению застойных зон.Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить интен"сивный теплообмен в рабочем пространстве печи, что позволяет максимально снизить расход топлива,Формула изобретенияПри угле конусности верхней части вставки, меньшем 10, и нижней частиовставки, - меньшем 20 , также возможен отрыв Факела от внутренней поверхности вставки. В нижней части отрыв происходит в случае больших сте б пеней крутки, в верхней части - в случае прямоточногО или слабозакрученного факела. При угле конусности, большем 15 ф, 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 (угол30) снижает устойчивость вставки в вертикальном положе 1, Трубчатая вертикальная печь, содержащая цилиндрическую радиационную и расположенную над ней прямоугольную конвентивную камеры тепло- обмена, 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 соСоставитель И,КоротковаТехред М.Дидык Корректор,И.Иуска Редактор С.Патрушева Заказ 1180/34 Тираж 533 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 7 1467347 8степенью 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, 2.5средней цилиндрической и нижней ко 2. Печь по и.1, о т л и ч а ю - нической частей вставки составляет щ а я с я тем, что вставка выполне-10:1,0:1,8-20.на высотой 07-0,8 высоты радиацион. 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 рованной части вставки составляет метра камеры, причем сужения в верх,2-0,25 высоты радиационной камеры, ней и нижней частях вставки выполне- а степень перфорации - 0,05-0,07.