Рекуперативный нагревательный колодец

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 981403 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(5)М, Кл. С 21 0 9/70 3 ааударатвеный каинтет СССР аа далаи нзааретеннй н аткрытнй(54) РЕКУПЕРАТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КОЛОДЕЦ 1Изобретение относится к колодцам,применяемым для нагрева слитков перед прокаткой в черной и цветнойметаллургии.Известны рекуперативные нагревательные колодцы с одной верхней горелкой, содержащие рабочую камеру,инжекционную горелку и керамическийрекуператор 11,Недостатком этих колодцев является значительная неравномерностьтемпературного поля в объеме рабочей камеры, Наиболее низкие температуры и большое разрежение наблюдается в нижней части камеры в районегорелочной стенки, Это объясняетсяконструкцией горелочного устройства и расположением дымоубирающего канала.Наиболее близким к изобретениюявляется рекуперативный нагревательный колодец с отоплением при помощиодной верхней горелки в котором дляповышения уровня температур вблизи 2горелочной стенки амбразура горелкирасширена и выполнена полуциркуль"ной со скосом в ее нижней части иустановлены отражательные стенки вдымоотводящем канале на выходе израбочей камеры, примыкающие к боковым стенкам канала и расположенныепод углом 30 к плоскости горелочнойстены, При этом срез газового сопла Орасположен на расстоянии 640 мм отсреза амбразуры (0,615 диаметра воз"душного канала горелки), а отверстия для выхода газа расположены. подуглом 15-20 к оси горелки 21, 15Однако расширение амбразуры горелки в верхней части и наклон газовыхотверстий сопла способствуют при высокой температуре воздуха быстромузагоранию топлива и повышению тем" а пературы Факела непосредственно подкрышкой колодца, что значительно снижает ее стойкость, а иногда приводитк прогару футеровки, Расширение амбразуры в нижней части горелки с98141040 до 1340 мм не приводит к значи" тельному 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 воздуха непосредственно к основанию горелочной стенки. Газовые струи, выходящие под углом 15-20 ф (как по казали экспериментальные исследования), сносятся воздушным потоком и не интенсифицируют в должной мере горение и теплообмен в районе горелочной стенки, 15Установка отражательных элементов в виде центрального столбика, примыкающего к рекуператору, и сте- нок, примыкающих к боковым стенам дымоотводящего канала и расположенных 20 под углом 30 О к плоскости горелочной стены, повышает аэродинамическое со-противление колодца, так как стенки являются плохо обтекаемыми выступами, создающими застойные зоны с обе- д 5 их сторон, Кроме того, их расположение таково; что одна из сторон слитка, обращенная к боковой стенке колодца, слабо омывается потоком греющих газов, так как отражательная стенка, направленная против потока создает значительное гидравлическое сопротивление для прохода газов и поток преимущественно движется по центру рабочей камеры, Расположение35 центрального столбика непосредственно у входных каналов рекуператора создает неравномерность их заполнения дымовыми газами.Целью изоЬретения является улучшение качества нагрева металла за счет повышения и выравнивания температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотводящего канала и предотвращения потерь тепла вЯ надрекуперативное пространство, и уве. личение стойкости крышки.Указанная цель достигается тем, что в рекуперативном нагревательном колодце, содержащем раЬочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, возду 50 хоподводящий канал, газоподводящий канал в виде ряда сопел, керамический рекуператор, дымоотводящий канал и отражательные элементы, последние выполнены в виде пережимов на боковых 55 стенках входа в дымоотводящий канал, расположенный под углом 40-50 к продольной оси колодца и выступающих 1 03на 1/4-1/3 поперечного сечения канала, и центрального столбика в виде треугольной призмы, одно ребро которой расположено на выходе из рабочейкамеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составляет 1/2-1/3 поперечного сечения дымоотводящего канала, нижнее сопло газо- подводящего канала установлено под углом 40-50 к горизонтали и снабжебно воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом.и ширина которого составляет 3-4 диаметранаклонного газового сопла, Кроме того, амбразура горелки составляет 2,5-2,0 диаметра воздухоподводящего канала, газовые сопла заглублены нарасстояние 5-9 диаметров газовых сопел, а воздухоподводящий канал выполнен заглушенным в верхней части нацентральный угол 90-120Выбранные соотношения размерови конструктивные параметры объясняются следующим оЬразом,Отражательные стенки и центральный отражательный столЬик предлагаемой формы и размеров обеспечиваютэкранирование первого ряда слитковот относительно холодной поверхности рекуператора, обеспечивает наименьшие потери напора по сравнениюс прототипом в связи с отсутствиеммногочисленных застойных зон и острых обтекаемых углов и интенсивныйобогрев слитков, стоящих у горелочной стены за счет перераспределенияпотока греющих газов из центра рабочей камеры к стенкам,Гсли угол между внутренней поверхностью отражательной стенки и боковой стенкой дымоубирающего канала менее 40 о, то при этом значительно уменьшается входное сечение рекуператора, если угол больше 50то уменьшается сечение для прохода газов между центральным отражательным элементом и боковой стенкой, что приводит к повышению гидравлического сопротивления колодца.Угол наклона. нижнего газового отверстия, доля топлива, подаваемого через него, и необходимость установки воздушного рассекателя и его размеры определены экспериментальным путем на холодной модели. Для того, чтобы газовую струю, направленную к подине колодца, не сносило воздушным потоком, угол ее наклона и расход газа должны находиться в пре5 9814делах 40-50 и 10-20/ соответственнодля различных видов газообразноготоплива. В этом случае газовая струя,вытекающая из нижнего наклонного от"верстия, развивается самостоятельно 5вплоть до первого ряда слитков, отстоящих от горелочной стенки на 10001200 мм.Рассекатель, установленный под газовым соплом, обеспечивает наличие 10аэродинамической тени и необходимоеперемешивание топлива с окислителемпри ширине, равной 3-4 диаметрамсопла, При ширине рассекателя, мень -шей чем 3 диаметра, происходит ран" 15ний снос газовой струи воздушным потоком и сгорание топлива в прямоструйном факеле,При ширине рассекателя, большейчем 4 диаметра, создаваемая им аэродинамическая тень такова, что газ неуспевает перемешиваться с воздухоми в продуктах сгорания в районе дымоубирающего канала появляются горючие (СО и Н),25Расширение амбразуры в 1,5-2 разапо отношению к диаметру воздушногоканала обьясняется тем, что, как показывают экспериментальные исследования, в этом случае наблюдается значительное увеличение теплоотдачи отначального участка факела и повышение уровня температур газов в районегорелочного факела. Выполнение амбразуры более двух диаметров воздуш- З 5ного канала ограничено по .конструктивным параметрам, Расположение газового сопла на расстоянии, равном5-9 диаметрам газовых отверстийобьясняется тем, что при приближении сопла ближе, чем на 5 диаметровгазовых отверстий, торцовая поверхность сопла сильно нагревается излучением из обьема рабочей камеры ипроисходит его оплавление, При удалении сопла более, чем на 9 диаметров, газовые струи в спутном потоке практически полностью перемешиваются (яа молярном уровне) с воздухом и, учитывая высокую температуру окислителя (700-800 С), горелка работает как устройство полногопредварительного перемешивания, т,епрактически все тепловыделение сосредоточено в районе амбразуры и горе 55лочной стенки. Это приводит к тому,что дальние от горелки слитки нагреваются более медленно, чем осталь"ные,03 6Раскрытие амбразуры на длине окружности, ограниченной дугой в 240270 (исключая верхнее часть), т,е,заглушенной на 90-1200, связано стем, что при раскрытии амбразурыпо длине дуги, ограниченной большимцентральным углом, чем 270 О, начинается перегрев крышки колодца в части, примыкающей к горелочной стенке колодца в связи с интенсификациейпроцессов смешения и горения. Прираскрытии амбразуры на .угол, меньший2400, ухудшается перемешивание струйгаза с воздухом в периферийных (боковых) слоях факела и не достигает"ся необходимый уровень температурв нижней части корня Факела, что приводит к недогреву ближайших к горелочной стенке слитков (заглушка не показана).На Фиг, 1 изображен предлагаемыйколодец, продольный разрез, на фиг,2 разрез А-А на Фиг, 1, на фиг, 3 разрез Б-Б на фиг, 2,Нагревательный колодец имеет ра"бочую камеру 1, верхнею двухпроводную горелку 2 с воздушным 3 и газо"подводящим 4 каналами, который выполнен в аиде ряда сопел 5 и 6, амбразуру 7, воздушный рассекатель 8,керамический рекуператор 9, Междурабочей камерой 1 и керамическим ре"куператором 9 имеется дымоотводящийканал 1 О, в котором установлены дваотражательных элемента в виде пережимов 11 на боковых стенках входадымоотводящего канала под углом 450к плоскости входной поверхности рекуператора и перекрывающих по 1/4поперечного сечения канала с каждой стороны,На выходе рабочей камеры расположен центральный отражательный столбик 12 переменного сечения в видетреугольной призмы, перекрывающей1/2 площади поперечного сечения дымоотводящего канала, при этом столбикрасположен так, что одно ребро призмы входит в канал между пережимами,Нагревательный колодец работаетследующим образом,Слитки в рабочей камере устанав"ливаются вдоль боковых стен в дваряда, Нагрев осуществляется за счеттепла, выделяемого при сжигании газав потоке воздуха, подаваемых черезгорелку, При этом воздух подогревается до 700-800 С в керамическом рекуператоре и подается в амбразуру7 98140горелки через воздушный канал горелки, Газ поступает туда же через газовое сопло, в котором разделяетсяна несколько дтруй, одна из которых,нижняя, имеет угол наклона к оси 5горелки (10-50 ф), Чтобы эту струюне сдуло воздушным потоком, под газовым соплом установлен воздушныйрассекатель обеспечивающий с однойстороны, необходимую дальнобой Оность газовой струи и распространение ее к основанию амбразуры а сдругой - частичное перемешивание своздухом и догорание в пределах амбразуры. 3 о приводит к повьшению 15температуры греющих газов в районегорелки и дымоубирающего канала,Большая часть газа выходит из газового сопла параллельными воздушномупотоку струями, Такая схема движения обеспечивает необходимое для интенсивного горения перемешиваниетолько после 10 калибров газовыхструй, т,е, непосредственно в рабочей камере. 25Наличие амбразуоы позволяет несколько ускорить загорание и интенсифицировать теплообмен в ее расширенной части, Поэтому предлагаемаяконструкция горелки обеспечивает Зокак бы трехслойный (по высоте) факел (верхняя часть, где воздушный канал не расширяется, средняя - гдегаз выдается параллельными воздушному потоку струями, но имеется амбразура и нижняя - со скошенными участкам амбразуры и наклонной газовойструей). Зто позволяет обеспечитьнаиболее равномерный (с учетом теплоотвода) уровень температур по вы Осоте рабочей камеры в районе горелки и избежать перегрева крышки колодца.Из амбразуры Факел выходит в свободное пространство над слитками,достигает противоположной стенки изатем разворачивается на 180 . Далеепродукты сгорания движутся в пространстве между слитками, а также между слитками и стенкой и поступают вдымоубирающий канал и рекуператор.При этом на выходе из рабочей камерыпоток газов разделяется центральнымстолбиком на два потока и интенсивно омывает крайний к горелке ряд слитков со стороны, обращенной к Факелу.При этом увеличивается количествотепла, передаваемое слиткам конвекцией,Обращенная к боковой стене камеры, сторона слитка также интенсивно омывается газами в связи с отклонением периФерийных потоков продуктов сгорания от боковых стенок засчет наличия в дымоубирающем каналебоковых отражательных элементов ввиде пережимов, Потери надзора приэтом сведены к минимуму, так какпрактически отсутствуют застойныезоны, входное сечение рекуператораполностью свободно, а перемещениецентрального отражательного столбика позволяет регулировать гидравлическое сопротивление колодца безизменения размеров пережимов, Крометогд наличие пережимов позволяетрезко снизить потери тепла излучением в надрекуперативное пространство, так как оно защищено от прямого (под углом 90 ф) излучения слитков,Использование изобретения в промышленности позволяет улучшить тепловую работу нагревательных колодцевс одной верхней горелкой, повыситькачество нагрева слитков, расположенных вблизи горелочной стены, а засчет этого сократить время нагревавсей садки на 0,25-1 ч и удельныерасходы топлива на 0,5-1 кг условного топлива на тонну нагреваемого металла,Формула изобретенияРекуперативный нагревательный колодец содержащий рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, воздухоподводящий канал, газоподводящий канал в виде ряда сопел, керамический рекуператор, дымоотводящий канал и отражательные элементы, установленные в нем, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью улучшения качества нагрева металла за счет повышения и выравнивания температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотводящего канала и предотвращения потерь тепла в надрекупе. ративное пространство, отражательные элементы выполнены в виде пережимов на боковых стенках у входа в дымоотводящий канал, расположенных под углом Ок продольной оси колодца и выступающих на 1/4-1/3 пог перечного сечения канала, и централь. ного столбика в виде треугольной9 981 призмы, одно ребро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составляет 1/2-1/3 поперечного сечения дымоотводящего канала.2. Колодец по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что нижнее сопло газоподводящего канала установлено под углом 40-50 о к горизонтали и снабжено воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом и ширина которого .составляет 3-4 диаметра наклонного газового сопла,3. Колодец по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что амбразура го 403 10релки составляет 1,5"2,0 диаметравоздухоподводящего канала, а газовые сопла заглублены на расстояние5-9 диаметров газовых сопел.4, Колодец по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения стойкости крышки колодца,воздухоподводящий канал выполнен за"глушенным в верхней части на цент 1 о ральный угол 90-120 в,Источники информации,принятье во внимание при экспертизе1, Аксельруд Л.Г Сухов Н,И.,Тымчак 8.И, Нагревательные колодцы,1 з И "Иеталлургия", 1962, с. 61-64.2, "Сталь,1978, й 6, с. 566-568.981 ч 03 ЗубковаЙ ставитель хред З.Па сноР, аказ 9 3роектная ли едактор А.Гульк ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 113035, Иосква, "(-35,атент, г. жгород 1 од омитета С ткрытий ская наб.