Устройство для подачи веществ в реакционный объем
Изобретение относится к области энергетики. Устройство для смешения и подачи газов, жидкостей или смесей газов и жидкостей в горячий реакционный объем состоит из, по меньшей мере, одной металлической трубки с открытым со стороны реакционного объема концом, который соединен с системой подачи в устройство исходных веществ, наружная поверхность металлической трубки окружена слоем теплоизоляционного огнеупорного материала, проходящим вдоль оси металлической трубки от ее обращенного к реакционному объему конца, на котором толщина стенки металлической трубки составляет от 0,1 до 3 мм, причем толщина стенки металлической трубки непрерывно увеличивается против хода потока. Теплоизоляционный огнеупорный материал окружает металлическую трубку по всей ее длине. Теплоизоляционный огнеупорный материал представляет собой массу для шликерной формовки, или для набивки, либо нетканый материал из жаростойких волокон. Металлическая трубка выполнена из материала, обеспечивающего ее защиту от называемой "пылением металла" разновидности коррозии. Металлическая трубка изготовлена из дисперсно-упрочненного оксидом сплава. Температура подаваемых в реакционный объем исходных веществ составляет от 100 до 700°С, предпочтительно от 200 до 600°С. Подаваемыми в реакционный объем исходными веществами являются углеводороды или воздух, или обогащенный кислородом воздух, или технически чистый кислород, или водяной пар, или водород, или диоксид углерода, или монооксид углерода. Подаваемое в реакционный объем исходное вещество более чем на 80 об.% состоит из метана. Подаваемым в реакционный объем исходным веществом является окислитель, которым служит воздух или обогащенный кислородом воздух либо технически чистый кислород. Изобретение позволяет применять устройство при высоких реакционных температурах даже в том случае, если оно не имеет водяного охлаждения. 8 з.п. ф-лы.
Настоящее изобретение относится к устройству для смешения и подачи газов, жидкостей или смесей газов и жидкостей в горячий реакционный объем, состоящему из по меньшей мере одной металлической трубки с открытым со стороны реакционного объема концом, который соединен с системой подачи в устройство исходных веществ.
Под устройством подобного типа подразумевается, например, горелка, предназначенная для огневого отопления топочной камеры и имеющая головку, которая состоит из по меньшей мере одной внешней металлической трубки и одной расположенной соосно с ней внутренней трубки. Внутренняя трубка служит, например, для подачи окислителя, а образованный между обоими трубками кольцевой зазор служит для подачи по нему горючего газа. При использовании воздуха в качестве окислителя он обычно обеспечивает достаточное охлаждение головки горелки. При использовании же технически чистого кислорода или обогащенного кислородом воздуха для сжигания либо при подаче газов в головку горелки в подогретом состоянии на конце наружной металлической трубки часто предусматривают охлаждающий канал, в который по приваренному снаружи змеевику подается охлаждающая вода.
Недостаток водоохлаждаемых горелок состоит в возможности возникновения в материале их головок значительных температурных напряжений, обусловленных высокой разностью температур между внутренней и наружной сторонами водоохлаждаемой зоны и могущих привести к образованию трещин и утечек. Помимо этого в обычно применяемой для изготовления таких горелок стали жаростойких марок образуются температурные зоны, в которых вследствие преобладающей в реакционном объеме восстановительной атмосферы возникает называемая образованием металлической пыли или пылением металла разновидность коррозии, приводящая к удалению поверхностного слоя материала горелки и тем самым к его разрушению. Кроме того, на охлаждаемых деталях головки горелки и в некоторых случаях на змеевике, по которому в охлаждающий канал подается охлаждающая вода, образуется сажа.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство указанного в начале описания типа, конструкция которого допускала бы возможность его применения при высоких реакционных температурах даже в том случае, когда оно не имеет водяного охлаждения.
Указанная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что наружная поверхность металлической трубки окружена слоем теплоизоляционного огнеупорного материала, проходящим вдоль металлической трубки от ее обращенного к реакционному объему конца, на котором толщина стенки металлической трубки составляет от 0,1 до 3 мм. При этом толщина стенки металлической трубки непрерывно увеличивается против хода потока, благодаря чему обеспечивается быстрый отвод поглощенного на конце металлической трубки тепла и исключается перегрев конца металлической трубки.
Металлическую трубку предпочтительно по всей ее длине заключать в слой теплоизоляционного огнеупорного материала. Слой теплоизоляционного огнеупорного материала должен иметь такую толщину, при которой надежно исключается повреждение металлической трубки при ожидаемых в реакционном объеме температурах.
Согласно изобретению под теплоизоляционным огнеупорным материалом подразумевается масса для шликерной формовки или для набивки либо нетканый материал из жаростойких волокон. Огнеупорный материал наряду с хорошим теплоизолирующим действием обладает также достаточно высокими для сохранения своей способности сопротивляться различного рода нагрузкам в преобладающих в процессе работы условиях (неравномерная подача газа, агрессивная атмосфера в реакционном объеме) показателями механической устойчивости и химической стойкости.
В соответствии с лежащей в основе изобретения идеей слой теплоизоляционного огнеупорного материала не должен выступать за пределы металлической трубки. При соблюдении этого условия определенный характер перемещения потоков у обращенного к реакционному объему конца металлической трубки будет преобладать даже при отделении кусков огнеупорной теплоизоляции в процессе эксплуатации и нарушении сплошности ее слоя. Для уменьшения площади подвергающейся непосредственному тепловому излучению поверхности металлической трубки ее на обращенном к реакционному объему конце выполняют с малой толщиной стенки, которая более чем в десять раз меньше толщины стенки самой металлической трубки в остальной ее части.
В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства по меньшей мере металлическую трубку предлагается выполнять из материала, обеспечивающего ее защиту от называемой "пылением металла" разновидности коррозии. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере металлическую трубку предлагается изготавливать из дисперсно-упрочненного оксидом сплава, так называемого ДУО-материала.
С помощью предлагаемого в изобретении устройства в реакционный объем, преобладающие температуры в котором достигают 2000°С, можно подавать исходные вещества с температурой от 100 до 700°С, предпочтительно от 200 до 600°С, и под абсолютным давлением от 1 до 100 бар, предпочтительно от 10 до 30 бар. Под исходными веществами подразумеваются, например, углеводороды и/или обогащенный кислородом воздух и/или технически чистый кислород и/или водяной пар и/или водород и/или диоксид углерода и/или монооксид углерода. Предлагаемое в изобретении устройство наиболее пригодно для совместной с окислителем подачи в реакционный объем и сжигания в нем жидких или газообразных углеводородов, предпочтительно углеводородов, которые более чем на 80 об.% состоят из метана. При этом окислитель, под которым подразумевается воздух или обогащенный кислородом воздух либо технически чистый кислород, подают в реакционный объем в таком количестве, чтобы сгорание горючей смеси происходило при коэффициенте избытка в ней воздуха, лежащем в интервале от 0,5 до 1,5.
1. Устройство для смешения и подачи газов, жидкостей или смесей газов и жидкостей в горячий реакционный объем, состоящее из по меньшей мере одной металлической трубки с открытым со стороны реакционного объема концом, который соединен с системой подачи в устройство исходных веществ, отличающееся тем, что наружная поверхность металлической трубки окружена слоем теплоизоляционного огнеупорного материала, проходящим вдоль металлической трубки от ее обращенного к реакционному объему конца, на котором толщина стенки металлической трубки составляет от 0,1 до 3 мм, причем толщина стенки металлической трубки непрерывно увеличивается против хода потока.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляционный огнеупорный материал окружает металлическую трубку по всей ее длине.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляционный огнеупорный материал представляет собой массу для шликерной формовки, или для набивки, либо нетканый материал из жаростойких волокон.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что металлическая трубка выполнена из материала, обеспечивающего ее защиту от называемой "пылением металла" разновидности коррозии.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что металлическая трубка изготовлена из дисперсно-упрочненного оксидом сплава (ДУО-материала).
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температура подаваемых в реакционный объем исходных веществ составляет от 100 до 700°С, предпочтительно от 200 до 600°С.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что подаваемыми в реакционный объем исходными веществами являются углеводороды или воздух, или обогащенный кислородом воздух, или технически чистый кислород, или водяной пар, или водород, или диоксид углерода, или монооксид углерода.
8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что подаваемое в реакционный объем исходное вещество более чем на 80 об.% состоит из метана.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что подаваемым в реакционный объем исходным веществом является окислитель, которым служит воздух или обогащенный кислородом воздух либо технически чистый кислород.
