Патент на изобретение №2187042

(54) ГАЗОГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в горнах агломерационных и обжиговых машин для равномерного зажигания и нагрева шихты по всей ширине аглоленты и обеспечивает повышение эксплуатационной надежности. Газогорелочное устройство (ГГУ) состоит из прямоугольного корпуса, в щелеобразном пространстве которого на всю его длину размещаются соосно корпусу ГГУ одна в другой соответственно газоподающая и воздухоподающая трубы. Газоподающая труба снабжена радиально направленными к ее оси газовыпускными соплами, которые с равномерным шагом между собой располагаются в нижней части трубы на всю ее длину несколькими продольными рядами с одинаковым углом раскрытия между собой. Воздухоподающая труба снизу снабжена радиально направленными к ее оси воздуховыпускными отверстиями, которые с равномерным шагом между собой располагаются продольными рядами между рядами газовыпускных сопел, а также и в рядах газовыпускных сопел между ними. Продольные ряды воздуховыпускных отверстий, совпадающие с рядами газовыпускных сопел, дополнительно снабжены воздуховыпускными соплами, в которых симметрично им размещаются газовыпускные сопла с углублением, равным величине кольцевого зазора между ними, а сами воздуховыпускные сопла относительно наружной поверхности воздухоподающей трубы имеют высов, равный величине его наружного диаметра. Для вторичного воздуха на корпусе ГГУ размещаются по меньшей мере три воздухоподводящих патрубка. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в черной металлургии при производстве агломерата и железорудных окатышей, в частности, в горнах агломерационных и обжиговых машин конвейерного типа для равномерного зажигания шихты сверху по всей ширине движущейся конвейерной ленты.

Известно горелочное устройство для зажигания шихты сверху, которое устанавливается поперек зажигательного горна и представляет собой две соосно установленные одна в другой трубы. По внутренней трубе подается газ, по наружной трубе – воздух. Обе трубы снабжены отводами по всей их длине с направлением вниз на аглоленту. В отводах имеются отверстия для выхода газа и воздуха, причем эти отверстия располагаются таким образом, что газовые и воздушные струи при истечении из них сталкиваются между собой и перемешиваются. Благодаря нескольким подводам газа и воздуха по длине труб поддерживается равномерность их давления внутри труб, а значит и одинаковая скорость истечения газа и воздуха из всех отверстий, что способствует созданию условий для равномерного зажигания и последующего нагрева шихты по всей ширине аглоленты (патент США 4547146, МКИ F 23 C 5/08, 1985 г.).

Известны газогорелочные устройства, которые устанавливаются в шахматном порядке с обеих сторон горна над слоем шихты до середины обжиговых тележек и в которых истечение газовоздушной смеси происходит из щелей, расположенных снизу корпусов горелок на всю их длину, благодаря чему осуществляется более или менее равномерный обжиг шихты по всей ширине обжиговых тележек (авт. св. СССР 627297, МКИ 2 F 23 D 13/00, F 27 B 21/00, 1978 г.).

Наиболее близким техническим решением, обеспечивающим равномерность зажигания и нагрева аглошихты, из известных к заявленному газогорелочному устройству (ГГУ), можно считать многоструйную трубчато-щелевую горелку для сжигания коксодоменного газа в горнах агломерационных и обжиговых машин. Эта горелка устанавливается в своде поперек горна на всю его ширину и представляет собой прямоугольный щелевой с центральным подводом вторичного воздуха корпус, в котором соосно ему один в другом размещены газовый трубчатый коллектор с газовыми соплами и воздушный трубчатый коллектор. Газовые сопла расположены в нижней части газового коллектора по крайней мере не менее чем двумя продольными рядами равномерно между собой на всю длину газового коллектора и радиально направленными к его центральной оси с углом раскрытия между собой не менее 15^o и не более 90^o, при этом сопла выступают наружу из воздушного коллектора через сквозные отверстия в нем на расстояние не менее 1/3 и не более 1/2 величины зазора между газовым и воздушным коллекторами. В нижней части воздушного коллектора размещены радиально направленные к его оси отверстия, сгруппированные продольными рядами между рядами газовых сопел и вокруг их крайних рядов, а также и в рядах газовых сопел в промежутках между ними. Газовые сопла и отверстия для истечения первичного воздуха располагаются как между собой, так и относительно друг друга в шахматном порядке. Воздушный коллектор с размещенным в нем газовым коллектором в щелевом корпусе горелки устанавливается с некоторым углублением, величина которого определяется из условия совмещения вектора истечения газа из газовых сопел крайних продольных рядов с нижними кромками боковых стенок корпуса горелки. Для подачи газа и воздуха в газовый и соответственно воздушный коллектора предусмотрены по два подводящих сверху патрубка, располагаемых симметрично относительно центральной оси горелки (патент РФ 2068152, МКИ 6 F 23 D 14/00, 1996 г. – прототип).

Недостатком данной конструкции горелки можно считать один подвод вторичного воздуха в корпусе горелки. Несмотря на то, что он подведен по центру щелевого корпуса горелки, не обеспечивается одинаковое давление вторичного воздуха при его истечении через зазоры между наружной поверхностью воздушного коллектора и боковыми стенками корпуса горелки по всей ее длине, а это в конечном итоге приводит к неоднозначному коэффициенту расхода воздуха на горение по длине горелки, а значит и к неодинаковой теплоотдаче от факела на поверхность аглослоя по ширине зажигательного горна.

Другим недостатком в конструкции многоструйной трубчато-щелевой горелки является то, что при работе горелки в режиме менее номинальной ее тепловой мощности, т. е. при пониженном расходе газа, не обеспечивается постоянство давления газа и первичного воздуха по всей длине соответственно газового и воздушного коллекторов, что вызывает неравномерность истечения газа и воздуха по длине горелки, а значит и плотности образуемого при горении факела по ширине аглоленты.

Третьим недостатком в конструкции горелки является значительный нагрев до температуры 600^oС, а иногда и выше, щелевого корпуса горелки снизу, что приводит к явлению коробления его по нижним образующим, т.е. в устье горелки, а это безусловно не могло не сказаться на однозначности факела по длине горелки, а значит и возможности достижения в полной мере равномерности зажигания и нагрева шихты по всей ширине аглоленты.

При работе горелки на пониженных расходах газа, когда снижается скорость истечения газа из газовых сопел, наблюдается смещение зоны горения к торцам газовых сопел, что приводит к повышенному их разогреву. Одновременно заметно возрастает температура и на наружной поверхности воздушного коллектора в его нижней части до 400^oС, чему способствует и уменьшение расходного объема подаваемого через радиально направленные отверстия первичного воздуха на горение. Повышенный нагрев воздушного коллектора в его нижней части, а также температурный перекос по сечению воздушного коллектора, когда температура на поверхности его сверху не превышает 100^oС за счет охлаждения потоком вторичного воздуха, вызывают дополнительные статические напряжения для самого воздушного коллектора как по длине, так и по сечению, а также газовых сопел, ограниченных радиальными отверстиями в воздушном коллекторе, через которые они проходят, причем появляется опасность возникновения трещин в сварных швах по месту установки газовых сопел на газовом коллекторе, что крайне нежелательно, так как это приведет к необходимости отключения горелки во избежание аварии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности, стабильности работы и долговечности горелочного устройства, предназначенного для устойчивого и ровного зажигания аглошихты по всей ширине горна агломерационных или обжиговых машин конвейерного типа.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом согласно изобретению газогорелочном устройстве (ГГУ), содержащем снабженный патрубком подвода вторичного воздуха прямоугольный щелеобразный корпус, внутри которого размещена газоподающая труба с газоподводящими патрубками и газовыпускными соплами, расположенными снизу с равномерным шагом между собой не менее чем двумя продольными рядами на всю длину газоподающей трубы и радиально направленными к ее центральной оси, и расположенная вокруг нее соосно корпусу воздухоподающая труба с патрубками подвода первичного воздуха и радиальными отверстиями, расположенными продольными рядами между рядами газовыпускных сопел и вокруг их рядов и соосно с ними в промежутках между газовыпускными соплами, газоподводящий патрубок расположен коаксиально в воздухоподводящем патрубке, причем суммарная площадь образуемых кольцевых зазоров должна обеспечивать коэффициент расхода первичного воздуха 1,05-1,2, а радиальные отверстия, расположенные вокруг газовыпускных сопел, объединены и выполнены в виде воздуховыпускных сопел, внутри которых симметрично установлены газовыпускные сопла с углублением, равным величине кольцевого зазора между ними, а воздуховыпускные сопла выведены наружу воздухоподающей трубы на величину его наружного диаметра, при этом на корпусе устройства размещены по крайней мере три подводящих патрубка вторичного воздуха, воздухоподающая труба установлена в щелевом корпусе ГГУ с углублением, при этом выходные торцы воздуховыпускных сопел центрального нижнего ряда расположены в одной плоскости с нижними образующими боковых стенок корпуса, боковые стенки корпуса ГГУ имеют сквозные вертикальные пазы, равномерно отстоящие друг от друга размером от 2/3 до 3/4 высоты корпуса устройства.

На фиг.1 в аксонометрии изображено предполагаемое ГГУ, на фиг.2 – разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 – вид снизу по стрелке Б на фиг.2.

ГГУ состоит из прямоугольного щелеобразного корпуса 1, внутри которого соосно ему по длине и с некоторым зазором между боковыми и торцевыми стенками коаксиально с зазорами между собой установлены два трубчатых коллектора, из которых внутренний – газоподающая труба 2, наружный – воздухоподающая труба 3.

Газоподающая труба снабжена радиально направленными газовыпускными соплами 4, которые располагаются снизу на всю ее длину несколькими продольными рядами с углом раскрытия между ними не более 30 и не менее 15^o (на чертеже показано три ряда газовыпускных сопел). Воздухоподающая труба снабжена воздуховыпускными соплами 5, обрамляющими с равномерно радиальными кольцевыми зазорами все газовыпускные сопла. Величина высова h воздуховыпускных сопел наружу поверхности воздухоподающей трубы равна диаметру воздуховыпускного сопла по его наружной поверхности. Газовыпускные сопла внутри воздуховыпускных сопел размещены с заглублением, равным величине их кольцевого зазора. Как газовыпускные, так и воздуховыпускные сопла выполнены по выходным торцам со скосом кромок внутрь под углом 60^o. Дополнительно в нижней части воздухоподающей трубы находятся радиально направленные к его оси воздуховыпускные отверстия 6, располагаемые продольными рядами между рядами газовоздуховыпускных сопел, а также и в их рядах в промежутках между ними.

Все сопла, как газовыпускные, так и воздуховыпускные, а также воздуховыпускные отверстия для истечения первичного воздуха располагаются как между собой, так и относительно друг друга в шахматном порядке. Подвод газа в газоподающую и подвод первичного воздуха в воздухоподающую трубу осуществляется совмещенно путем установки коаксиально один в другом соответственно газоподводящих и воздухоподводящих патрубков 7, 8. Эти совмещенные подводы газа и воздуха размещаются равномерно по всей длине труб (на чертеже показано три).

Также равномерно по длине поступает вторичный воздух в корпус ГГУ сверху с помощью нескольких воздухоподающих патрубков 9 (на чертеже таких патрубков показано четыре). Подключение горелки к соответствующим газовоздухопроводам – фланцевое, для этого к патрубкам 7, 8, 9 приварены плоские фланцы 10, 11, 12. В боковых стенках корпуса газогорелочного устройства выполнены снизу вверх на высоту от 2/3 до 3/4 общей высоты корпусной части ГГУ сквозные пазы 13, которые находятся на одинаковом расстоянии друг от друга по всей длине корпуса газогорелочного устройства (на чертеже по 6 пазов с каждой стороны корпуса). Пазы нарезаются шириной не менее толщины листового металла, из которого изготавливается корпусная часть газогорелочного устройства.

Как было указано выше, предлагаемое изобретение может использоваться для верхнего зажигания шихты в горнах агломерационных и обжиговых машин по всей ширине движущейся конвейерной ленты. Для этого предлагаемое согласно изобретению газогорелочное устройство устанавливается в подвесном своде горна или обжиговой машины и благодаря тому, что корпус ГГУ с его прямоугольными стенками изготавливается соразмерным с размерами подвесных сводовых кирпичей, такая установка не представляет особой сложности и не требует дорогостоящего огнеупорного фасона. В этой связи и рассмотрим работу такого газогорелочного устройства, установленного в подвесном своде горна поперек на всю его ширину.

Через патрубки 7 в газоподающую трубу 2 подводится газ, откуда он равномерно через газовыпускные сопла 4 поступает в нижнюю часть щелевидного корпуса 1 газогорелочного устройства. Через патрубки 8 в воздухоподающую трубу 3 подводится первичный воздух с коэффициентом избытка =1,05-1,2. Далее он поступает в радиально расположенные кольцевые зазоры между воздуховыпускными 5 и газовыпускными соплами 4 и в виде отдельных струй через радиальные отверстия 6 в воздухоподающей трубе 3. Выходящие из газовыпускных сопел 4 газовые струи и из воздуховыпускных сопел 5 воздушные струи, а также истекающие из радиальных воздуховыпускных отверстий 6 воздухоподающей трубы 3 струи первичного воздуха в устье ГГУ, раскрываясь под определенными углами, сталкиваясь и совмещаясь, взаимно перемешиваются, здесь начинается процесс смешения газа и воздуха. Через патрубки 9 в корпусе ГГУ равномерно по его длине подается вторичный воздух, который, обтекая наружную поверхность воздухоподающей трубы 3 с боков и торцов, поступает в нижнюю часть корпуса газогорелочного устройства. Попадая в зону смешения в устье газогорелочного устройства поток вторичного воздуха, приобретя ускорение при прохождении в зазорах между наружной поверхностью воздухоподающей трубы 3 и стенками корпуса 1 ГГУ, существенно интенсифицирует процесс смесеобразования. Благодаря подаче вторичного воздуха обеспечивается постоянное охлаждение стенок корпуса 1 ГГУ, исключается присутствие СО в горновых газах.

По условиям агломерации для обеспечения устойчивого горения твердого топлива в слое шихты необходимо иметь в горновых газах значительный избыток кислорода, а это обеспечивается при отоплении зажигательных горнов смешанным газом, например смесью доменного с коксовым или природным газом теплотворной способностью 2000-2500 ккал/м³ с коэффициентом расхода воздуха в пределах 2,4-4,2. В предлагаемом согласно изобретению ГГУ необходимый коэффициент расхода воздуха регулируется подачей вторичного воздуха через воздухоохлаждаемый корпус ГГУ. Конструктивно техническое решение подачи вторичного воздуха обеспечивает получение общего коэффициента расхода воздуха на горение в необходимых переделах.

Использование газогорелочного устройства предлагаемой конструкции позволит повысить эксплуатационную надежность, стабильность работы и срок службы горелочных устройств, устанавливаемых в горнах агломерационных или обжиговых машин для получения устойчивого и ровного зажигания шихты по всей ширине аглоленты.

Формула изобретения

1. Газогорелочное устройство, содержащее снабженный патрубком подвода вторичного воздуха прямоугольный щелеобразный корпус, внутри которого размещена газоподающая труба с газоподводящими патрубками и газовыпускными соплами, расположенными снизу с равномерным шагом между собой не менее чем двумя продольными рядами на всю длину газоподающей трубы и радиально направленными к ее центральной оси, и расположенная вокруг нее соосно корпусу воздухоподающая труба с патрубками подвода первичного воздуха и радиальными отверстиями, расположенными продольными рядами между рядами газовыпускных сопел и вокруг их рядов и соосно с ними в промежутках между газовыпускными соплами, отличающееся тем, что газоподводящий патрубок расположен коаксиально в воздухоподводящем патрубке, причем суммарная площадь образуемых кольцевых зазоров должна обеспечивать коэффициент расхода первичного воздуха 1,05-1,2, а радиальные отверстия, расположенные вокруг газовыпускных сопел, объединены и выполнены в виде воздуховыпускных сопел, внутри которых симметрично установлены газовыпускные сопла с углублением, равным величине кольцевого зазора между ними, при этом воздуховыпускные сопла выведены наружу воздухоподающей трубы на величину его наружного диаметра, а на корпусе устройства размещены по крайней мере три подводящих патрубка вторичного воздуха.

2. Газогорелочное устройство по п.1, отличающееся тем, что воздухоподающая труба установлена в щелевом корпусе устройства с углублением, при этом выходные торцы воздуховыпускных сопел центрального нижнего ряда расположены в одной плоскости с нижними образующими боковых стенок корпуса.

3. Газогорелочное устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковых стенках корпуса выполнены равномерно отстоящие друг от друга сквозные вертикальные пазы размером от 2/3 до 3/4 высоты корпуса устройства.

РИСУНКИ