Способ сжигания топлива в туннельной печи

 

Изобретение относится к отоплению печей огнеупорного и керамического производства. Сущность изобретения: к подаваемой в топочный объем топливовоздушной смеси, содержащей 0,1-0,2 м³ первичного воздуха на 1 МДж энергии топлива, подмешивают вторичный воздух при температуре 700-1400°С в количестве 0,1-0,2 м³ на 1 МДж энергии топлива. При этом первичный воздух подогревают до температуры 200-400°С, а вторичный воздух подают к горелкам на горение при температуре 700-1000^oС и/или по каналу печи при температуре 1000-1400°С. Изобретение обеспечивает снижение расхода топлива на обжиг изделий в туннельной печи и повышение температуры обжига, что обеспечивает улучшение качества продукции. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к отоплению печей огнеупорного и керамического производства.

Известен способ сжигания природного газа в туннельной печи, при котором подаваемые горелками в топочный объем струи газоводушной смеси инжектируют из зоны охлаждения вторичный горячий воздух в стехиометрическом соотношении (А. Ф. Утенков, А.Б. Корниенко, А.Н. Летов и др. Малогабаритная высокотемпературная туннельная печь с инжекторной системой отопления. Огнеупоры, 1991, N 3, с. 19-21).

Недостатком данного способа сжигания является подача на горение избыточного количества воздуха, т.к. помимо подаваемого к горелкам в стехиометрическом соотношении вторичного воздуха в топочный объем поступает также первичный воздух (в составе газовоздушной смеси) и горячий воздух по каналу печи. Это приводит к повышенному коэффициенту расхода воздуха, снижению температуры горения и качества обжига изделий. Отсутствие данных по рекомендуемым температурам и расходу воздуха не позволяет использовать данный способ сжигания на туннельных печах с другими характеристиками.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ сжигания природного газа в высокотемпературной промышленной печи, описанный в патенте N 2099661, F 27 B 7/36, 1996. Согласно данному способу в топочный объем печи подаются струи газовоздушной смеси, к которым подмешивается вторичный горячий воздух с температурой 750-800^oC, подаваемый в количестве 4,0-4,5 м³ на каждые 3,41·10⁴ КДЖ тепла топлива.

В данном способе не используется наиболее нагретый воздух, который может подаваться на горение по каналу печи, что снижает температурный потенциал горения и качество обжига. Горячий воздух подается в количестве, составляющем менее половины того, что требуется для горения, что препятствует дальнейшему снижению расхода топлива. Узкие пределы изменения температуры и расхода горячего воздуха недостаточны для оптимизации процесса горения на печах с разными параметрами обжига. Не определен диапазон соотношений между горючим и окислителем (воздухом), непосредственно влияющий на параметры процесса горения. Решение дано только для одного вида топлива - природный газ, тогда как туннельные печи отапливаются разными видами топлива как жидкими, так и газообразными.

Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются снижение расхода топлива на обжиг изделий в туннельной печи и повышение температуры обжига, обеспечивающее улучшение качества продукции.

Поставленные задачи решаются следующим образом.

К подаваемой в топочный объем топливовоздушной смеси, содержащей 0,1-0,2 м³ первичного воздуха на 1 МДЖ энергии топлива, подмешивают вторичный воздух при температуре 700-1400^oC в количестве 0,1-0,2 м³ на 1 МДЖ энергии топлива.

При этом первичный воздух может подогреваться до температуры 200-400^oC, а вторичный воздух - подаваться на горение к горелкам при температуре 700-1000^oC и/или по каналу печи при температуре 1000-1400^oC, при том, что подогрев воздуха осуществляют в зоне охлаждения печи.

Технологией производства огнеупорных и керамических изделий требуется их обжиг при температуре 1300-1900^oC в окислительной либо восстановительной среде. Как показывают расчеты, минимальная температура обжига достигается при подаче первичного и вторичного воздуха при крайних значениях, приведенных в предложенном способе сжигания расходов и их минимальных температурах. Максимальная температура обжига достигается при средних значениях расходов и максимальном подогреве вторичного воздуха. Вследствие эффективных параметров процесса эти результаты достигаются при меньших затратах топлива.

Дополнительный подогрев первичного воздуха до температур 200-400^oC, определяемых возможностями применяемого дутьевого оборудования, подвод вторичного воздуха к горелкам при температуре 700-1000^oC и/или по каналу печи при температуре 1000-1400^oC при подогреве воздуха в зоне охлаждения позволяет повысить время высокотемпературной выдержки изделий при дальнейшем снижении расхода топлива.

Преимуществами предложенного способа сжигания являются его применимость ко всем видам топлива, возможность в максимальной степени, вплоть до 100%, обеспечить процесс подогретым воздухом, реализовать оптимальные параметры обжига по температуре и среде (окислительная, восстановительная) в пределах значений коэффициента расхода воздуха 0,75-1,5, достаточных для промышленной практики.

В качестве примера использования предложенного способа сжигания рассмотрим случай отопления высокотемпературной туннельной печи природным газом, имеющим низкую теплоту сгорания Q_н^р = 34100 кДж/м³, при коэффициенте расхода воздуха α = 1,2. Далее расчетные величины, размерность которых содержит в знаменателе м³, отнесены к 1 м³ природного газа.

Сжигание природного газа способом, описанным в прототипе, дает в наилучшем случае следующие результаты.

При подаче вторичного воздуха в количестве 4,5 м³ на 34,1 МДж энергии топлива с температурой 800^oC его теплосодержание составит 4,5·1110 = 4995 КДж/м³, где 1110 КДж/м³ - энтальпия воздуха при 800^oC.

Подача первичного воздуха, имеющего температуру 20^oC, равна 10,9 - 4,5 = 6,4 м³/м³, где 10,9 м³/м³ - суммарный расход воздуха при указанном α. Его теплосодержание составит 6,4·26 = 166 КДж/м³, где 26 КДж/м³ - энтальпия воздуха при 20^oC.

Суммарная энергия, вводимая с топливом, первичным и вторичным воздухом, равна в этом случае 34100+166+4995=39261 КДж/м³, чему соответствует температура горения калометрическая 1980^oC, реальная - 1980·0,85=1680^oC (0,85 - пирометрический коэффициент).

При использовании предложенного способа сжигания топлива достигаются следующие результаты.

Первичный воздух, подаваемый при температуре 300^oC в количестве 0,15 м³/МДж или 0,15·34,1 = 5,1 м³/м³, имеет теплосодержание 5,1·397=2025 КДж/м³, где 397 КДж/м³ - энтальпия воздуха при 300^oC.

Вторичный воздух, подаваемый при температуре 1200^oC в количестве 0,17 м³/МДж или 0,17·34,1=5,8 м³/м³, имеет теплосодержание 5,8·1728=10022 КДж/м³, где 1728 КДж/м³ - энтальпия воздуха при 1200^oC.

Суммарная энергия, вводимая с топливом, первичным и вторичным воздухом, составит 34100+2025+10022 = 46147 КДж/м³, чему соответствует температура горения калориметрическая 2250^oC, реальная - 2250·0,85 = 1910^oC.

Из приведенных данных следует, что при использовании предложенного способа сжигания топлива по сравнению с прототипом достигается повышение теплосодержания воздуха на 46147-39261= 6886 КДж/м³, чему соответствует 6886: 34100·100%=20% экономия топлива при возможности повышения температуры обжига на 1910-1680 = 230^oC.

Таким образом, предложенный способ сжигания топлива в туннельной печи позволяет повысить температуру, соответственно качество обжига, снизить расход топлива, кроме того, применим ко всем видам топлива, используемым в туннельных печах.

Формула изобретения

1. Способ сжигания топлива в туннельной печи, включающий подачу в топочный объем топливовоздушной смеси и вторичного воздуха, отличающийся тем, что к топливовоздушной смеси, содержащей 0,1 - 0,2 м³ первичного воздуха на 1 МДж энергии топлива, вторичный воздух подмешивают при температуре 700 - 1400^oС в количестве 0,1 - 0,2 м³ на 1 МДж энергии.

2. Способ сжигания топлива по п. 1, отличающийся тем, что первичный воздух подогревают до температуры 200 - 400^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичный воздух подают к горелкам при температуре 700 - 1000^oС и/или по каналу печи при температуре 1000 - 1400^oС.

4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что подогрев воздуха осуществляют в зоне охлаждения печи.