Горелка металлообрабатывающей печи и способ ее эксплуатации

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству и способу эксплуатации горелки металлообрабатывающей печи. Горелка с предварительно смешанным газообразным топливом для металлообрабатывающей печи включает расположенный концентрично в корпусе горелки аксиально регулируемый газоподводящий трубопровод для подачи потока окислителя или другого газообразного топливного компонента в камеру сгорания печи. Осевое изменение положения воздушного трубопровода позволяет контролировать распространение окислителя в активной зоне пламени, управляя, таким образом, температурой пламени и рабочей средой камеры сгорания и печи. Смеситель потока, имеющий пару винтообразно установленных лопастей, размещенных в кольцеобразном пространстве между подводящим трубопроводом и корпусом горелки, создает турбулентное вращение в предварительно смешанном потоке, способствующее усиленному перемешиванию предварительно подготовленной смеси. Газоподводящий трубопровод является внешнерегулируемым и содержит смотровой прибор для внешнего наблюдения за пламенем в печи. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к области металлургического оборудования, и может быть использовано в металлургических печах с предварительным смешением газообразного топлива.

Современные металлургические печи используют жидкое или газообразное топливо, подаваемое совместно с окислителем в несколько горелок, непосредственно нагревающих обрабатываемый материал. Металлургические печи должны быть приспособлены к работе в широком интервале температур, а также технологических сред в зависимости от конкретных потребностей производства. Поэтому желательно иметь металлургические печи универсального назначения с различными схемами расположения горелок, а также с возможностью подачи различных по составу сгораемых сред.

Наиболее современные газовые металлургические печи с использованием предварительно подготовленных газовых смесей используют нагрев посредством подачи под давлением потока смеси топлива и окислителя через калиброванное отверстие в камеру сгорания. В качестве окислителей обычно используют атмосферный воздух, газообразный кислород или соединения кислородсодержащих газов. Смесь воспламеняют соответствующей системой зажигания, обеспечивающей постоянное горение смеси в камере сгорания. Температура пламени, распространение пламени и его устойчивость зависят от изменения топливного состава, соотношения топлива и окислителя, давления подаваемой топливной смеси, проходных сечений калиброванных отверстий и характеристик потока. Любое незначительное изменение этих параметров может привести к сбою в процессе работы металлургической печи. В известных конструкциях горелок подбор оптимальных условий горения топливно-окислительной смеси достаточно технологически сложен из-за конструктивного несовершенства горелок.

В частности, известна конструкция горелки металлургической печи (SU, авторское свидетельство 421852, C 21 C 5/48, 1974), содержащая корпус со сквозным осевым каналом, выпускное отверстие которого выходит в камеру сгорания, газоподводящий трубопровод, расположенный в корпусе горелки и предназначенный для подачи дополнительного газообразного компонента через выпускное отверстие в камеру сгорания. При эксплуатации горелки через осевой канал и газоподводящий трубопровод в камеру сгорания печи подают компоненты топливно-окислительной смеси.

Недостатком известной конструкции горелки следует признать неудовлетворительность контроля предварительного смешения газообразных компонентов топлива, что приводит к невозможности оптимизации работы горелки, в том числе и оптимизации температуры пламени.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в разработке конструкции горелки, позволяющей осуществлять управляемую и регулируемую подачу предварительно смешанного потока газообразного топлива и окислителя в камеру сгорания печи при одновременном улучшении качества топливной смеси.

Технический результат, получаемый в результате использования разработанной конструкции горелки, состоит в повышении экономичности обработки материалов в печах при улучшении качества получаемой продукции.

Горелка металлургической печи согласно изобретению содержит корпус со сквозным осевым каналом, выпускное отверстие которого выходит в камеру сгорания, газоподводящий трубопровод, расположенный в корпусе горелки и предназначенный для подачи дополнительного газового компонента в камеру сгорания, причем она дополнительно снабжена впускным патрубком для подачи в сквозной осевой канал предварительно смещенного газообразного топлива, включающего и окислительный компонент, а также средство для подачи дополнительного газообразного компонента в газоподводящий газопровод, конец которого расположен в выпускном отверстии. Дополнительно она может содержать средство для регулирования осевого положения конца газоподводящего трубопровода относительно выпускного отверстия, причем вышеуказанное средство для регулирования соединено с указанным трубопроводом и выполнено управляемым с внешней стороны печи.

Газоподводящий трубопровод может быть установлен с возможностью аксиального регулирования, а средство для регулирования осевого положения конца трубопровода относительно выпускного отверстия выполнено с возможностью фиксирования конца трубопровода в выпускном отверстии и расположено на корпусе горелки. В этом случае горелка может быть снабжена средством для создания турбулентности в потоке предварительно смешанного газообразного топлива, расположенным между впускным патрубком и выпускным отверстием.

При этом газоподводящий трубопровод расположен предпочтительно коаксиально осевому каналу в образованием между ними кольцевого пространства, в котором расположено средство для создания турбулентности. Но средство может быть также встроено в газоподводящий трубопровод или встроено в стенку осевого канала. При этом средство создания турбулентности предпочтительно выполнять в виде одной винтовой лопасти. Средство для регулирования осевого положения конца трубопровода может содержать прокладку, охватывающую газоподводящий трубопровод, и фланец, контактирующий с прокладкой, для фиксации трубопровода. Горелка может содержать смотровой прибор, жестко закрепленный на втором конце трубопровода с внешней стороны печи. В качестве дополнительного газообразного компонента могут быть использованы воздух, кислород, ацетилен, аммоний, природный газ, пропан или бутан.

При использовании горелки подают газообразное топливо и дополнительный газообразный компонент через газоподводящий трубопровод в камеру сгорания, причем в качестве газообразного топлива используют поток предварительно смешанного топлива, содержащий окислительный компонент, который подают в камеру сгорания через впускной патрубок в корпусе горелки и зажигают его в камере для создания в ней пламени, а дополнительный газообразный компонент подают непосредственно в пламя камеры сгорания, при этом регулируют осевое положение конца газоподводящего трубопровода с внешней стороны печи для регулирования пламени в камере сгорания. Преимущественно газ-окислитель подают по газоподводящему трубопроводу. При наличии в камере сгорания восстановительной среды газ-окислитель подают в камеру сгорания при регулировке осевого положения газоподводящего трубопровода в выпускном отверстии.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где на фиг. 1 представлен вид сбоку с частичным поперечным разрезом регулируемой газовой горелки в сборе, а на фиг. 2 приведен фрагмент вида сбоку с частичным поперечным разрезом средства регулирования газоподводящего трубопровода, примыкающего к смотровому прибору на конце корпуса горелки.

Далее приведен предпочтительный вариант реализации изобретения. На фиг. 1 представлена горелка 10 в сборе, вмонтированная в окно 12 для горелки в стене 14 печи для обработки металла (не показана), например вертикальной шахтной печи. Предварительно подготовленная смесь топливо/воздух, показанная стрелками 16, подается через впускной патрубок 18 для газовой смеси, который сообщен с каналом 20 проточного трубопровода 21 в корпусе 22 горелки, имеющем продольную ось 24. Затем смесь 16 направляется через проточный трубопровод 21 в направлении оси 24 к выпускному отверстию 23 горелки в окне 12 печи. Корпус 22 горелки и проточный трубопровод 21 охлаждают в период работы печи посредством водяного потока, проходящего известным способом через водяную рубашку 25. Водяной поток поступает через патрубок 27 в корпусе 22 горелки, затем поток циркулирует через водяную рубашку 25 и отводится через выпускной патрубок (не показан).

Газоподводящий трубопровод 26 расположен в корпусе 22 горелки концентрично каналу 20 и трубопроводу 21, предназначенному для введения в камеру 28 сгорания через первый конец 30 подводящего трубопровода 26 вспомогательного или дополнительного потока газа, т.е. окислителя, показанного стрелкой 36. Кроме того, дополнительный газовый поток может включать в себя газообразное топливо. Противоположный или второй конец 32 подводящего трубопровода 26 проходит по оси через внешний конец корпуса 22 горелки и имеет резьбу для навинчивания корпуса смотрового прибора 34. Дополнительный поток 36 подают в подводящий трубопровод 26 через гибкий трубопровод 38, который присоединен к данному трубопроводу посредством газонепроницаемого соединительного патрубка 40.

Средство 46 для перемещения потока содержит пару расположенных по пути движения в канале 20 топливовоздушной смеси 16 винтовых лопастей 48, установленных в кольцеобразном устройстве подводящего трубопровода 26 в его средней части между внутренним диаметром проточного трубопровода 26. Изогнутые поверхности лопастей 48 выполнены в виде винтовой спирали и имеют, в основном, постоянный угол наклона в направлении в продольной оси 24.

Смеситель 46 потока встроен в подводящий трубопровод 26 любым известным способом и взаимодействует с возможностью скольжения по внутренней поверхности трубопровода 21, удерживая подводящий трубопровод 26 соосно с проточным трубопроводом 21. Смеситель 46 потока также может быть встроен в проточный трубопровод 21 или выполнен в виде отдельного элемента, не связанного с трубопроводами, что позволяет устанавливать его или удалять из канала 20 горелки.

Горелка работает следующим образом. После введения топливно-воздушной смеси 16 в канал 20 проточного трубопровода 21 смесь поступает к поверхностям винтовых лопастей 48 смесителя 46 потока, который сообщает предварительно смешенному потоку вращательное или вихревое движение, показанное с использованием стрелок A. Турбулентный поток поступает в горловину 50 выпускного отверстия 23 горелки и в камеру 28 сгорания печи, в которой происходит сгорание топливовоздушной смеси.

Первоначальное зажигание смеси обеспечивает использования свечи зажигания 52, предназначенный для зажигания смеси 16 при поступлении ее в камеру 28 сгорания. В зависимости от используемого соединения первоначально смешанного топлива и дополнительного газа для регулирования формы, температуры и химического состава пламени подводящий трубопровод перемещают в осевом направлении и фиксируют при достижении пламенем нужных параметров.

Как показано на фиг. 2 аксиальная регулировка газового трубопровода 26 обеспечивается следующим образом. Внешний конец 32 трубопровода 26 проходит через колпак 54 с резьбой, прокладку 56 из эластомера и фланец 58. Прокладка 56 предназначена для уплотнения и удержания конца подводящего трубопровода 26, проходящего через колпак 54. Затем проводящий трубопровод 26 перемещают вдоль оси 24 в необходимое положение, фланец 58 болтами 60 прижимают к прокладке 56 из эластомера для обжатия ее вокруг подводящего трубопровода 26.

Представленный вариант реализации изобретения не исчерпывает возможные пути реализации изобретения.

Формула изобретения

1. Горелка металлообрабатывающей печи, включающая корпус горелки с сквозным осевым каналом, выпускное отверстие которого выходит в камеру сгорания, газоподводящий трубопровод, расположенный в корпусе горелки для подачи дополнительного газообразного компонента через указанное выпускное отверстие в камеру сгорания, отличающаяся тем, что она снабжена впускным патрубком для подачи в сквозной осевой канал предварительно смешанного газообразного топлива, включающего окислительный компонент, и средством для подачи дополнительного газообразного компонента в газоподводящий трубопровод, конец которого расположен в выпускном отверстии.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена средством для регулирования осевого положения конца газоподводящего трубопровода относительно выпускного отверстия, соединенным с указанным трубопроводом и выполненным управляемым с внешней стороны печи.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что газоподводящий трубопровод установлен с возможностью аксиального регулирования, а средство для регулирования осевого положения конца трубопровода относительно выпускного отверстия выполнено с возможностью фиксирования указанного конца в указанном отверстии и расположено на корпусе горелки.

4. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что она снабжена средством для создания турбулентности в потоке предварительно смешанного газообразного топлива, расположенным между впускным патрубком и выпускным отверстием.

5. Горелка по п. 4, отличающаяся тем, что газоподводящий трубопровод расположен коаксиально осевому каналу с образованием между ними кольцевого пространства, в котором расположено средство для создания турбулентности в потоке предварительно смешанного газообразного топлива.

6. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что средство для создания турбулентности встроено в газоподводящий трубопровод.

7. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что средство для создания турбулентности встроено в стенку осевого канала.

8. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что средство для создания турбулентности выполнено по меньшей мере в виде одной винтовой лопасти.

9. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что средство для регулирования осевого положения конца трубопровода содержит прокладку, охватывающую газоподводящий трубопровод, и фланец, контактирующий с прокладкой для обеспечения удержания трубопровода в установленном положении.

10. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена смотровым прибором, жестко закрепленным на втором конце газоподводящего трубопровода с внешней стороны печи.

11. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного газообразного компонента используют воздух, кислород, ацетилен, аммоний, природный газ, пропан, бутан.

12. Способ эксплуатации горелки для металлообрабатывающей печи, включающий подачу газообразного топлива и дополнительного газообразного компонента через газоподводящий трубопровод в камеру сгорания, отличающийся тем, что в качестве газообразного топлива используют поток предварительно смешанного топлива, содержащий окислительный компонент, который подают в камеру сгорания через впускной патрубок в корпусе горелки и зажигают его в камере для создания в ней пламени, а дополнительный газообразный компонент подают в пламя камеры сгорания, при этом в процессе эксплуатации регулируют осевое положение конца газоподводящего трубопровода с внешней стороны печи для регулирования пламени в камере сгорания.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что газ-окислитель подают через газопроводящий трубопровод.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что при наличии восстановительной среды в камере сгорания газ-окислитель подают через газопроводящий трубопровод при регулировке осевого положения газоподводящего трубопровода в выпускном отверстии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2