ПРОТЯЖНАЯ ПЕЧЬ ОТКРЫТОГО МАЛООКИСЛИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА

Предлагаемая полезная модель относится к области уничтожения отходов производства путем сжигания, в частности к устройствам для уничтожения газообразных отходов на протяжных печах, не сгоревших при первичном сжигании.
Известно устройство для дожигания сбросных газов, содержащее инжектор, патрубок для подвода сбросных газов, смеситель, горелочный туннель в виде диффузора и камеру дожигания (см. Патент RU №2052726, F23G 7/06, опуб. 20.01.1996).
Для работы данного устройства необходима отдельная камера дожигания, когда как сжигание сбросных газов можно проводить и в основном устройстве, в котором они образуются.
Наиболее близким по назначению и достигаемому результату является проходная муфельная печь, содержащая последовательно соединенные камеры нагрева и выдержки с газогорелочными устройствами и дымоотводящими каналами, камеру охлаждения и торцевые эжекторы. Дополнительно печь содержит футерованную камеру смешения, снабженную встроенными инжекционными смесителями, соединенными с воздушным коллектором. Эта камера смешения является также дополнительной камерой нагрева, отделенной от металла решетчатым сводом. В ней производится дожигание отходящих печных газов, а инжекционные смесители по сути
дела являются цилиндрическими соплами дожигания (см. АС №1223000, F27В 5/04, опуб. 07.04.86, Бюл. №13).
В указанной печи для сохранения восстановительного потенциала печных газов горение как в отапливаемых камерах нагрева и выдержки, так и в дополнительной камере смешения организуется с недожогом, а завершающее дожигание производится в торцевых вытяжных эжекторах печи, причем входные диффузоры этих эжекторов равнозначны вытяжным зонтам.
В этой нагревательной печи химический и физический потенциал сбросных газов не используется в процессе нагрева. В рамках данного устройства можно лишь улучшить температурные условия для более качественного дожигания (например, снабдить вытяжное устройство тепловой изоляцией).
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение КПД нагревательной печи за счет утилизации выбиваемых из окна выгрузки печных газов и дожигания этих газов в объеме печи.
Данная задача решается за счет того, в протяжной печи открытого малоокислительного нагрева, содержащей последовательно расположенные по длине печи зону предварительного нагрева с основными соплами дожигания и зону неполного сгорания, а также зонт-козырек с отводным трубопроводом и вытяжным вентилятором над выходным сечением печи, на выходной части трубопровода зонта-козырька установлены дополнительные сопла дожигания, которые расположены внутри основных сопел дожигания зоны предварительного нагрева печи.
Внешним показателем правильно организованного режима давления протяжных нагревательных печей открытого малоокислительного нагрева является наличие видимого выбивания горящего пламени или газовой завесы через окно выгрузки печи для исключения подсоса воздуха в рабочее пространство печи. Иногда при недостаточном разогреве печных каналов участка выдержки печи - особенно на печах отжига с меньшей температурой - эти выбивания не являются видимыми и их предварительно поджигают. Внешне выбивания имеют рыжеватый окрас и, как правило, не являются прозрачными из-за наличия в их составе частиц сажи. Минимальное выбивание соответствует нулевому или некоторому малому избыточному давлению в печи на уровне пода, при этом шлейф пламени под действием подъемных сил отрывается от подины еще до выходного сечения печи и не застилает надежно металл. В связи с этим для надежного исключения подсоса воздуха приходится несколько форсировать выбивания путем повышения давления в печи.
Следует отметить, что потери топлива на вынужденные выбивания пламени или так называемый газослив могут быть довольно ощутимыми (до 15-20 и более %). Так, при нагреве среднего сортамента было замечено, что путем дополнительного и еще большего форсирования выходного выбивания пламени, усиления его настильности к подине достигается выравнивание температуры между отдельными нитками металла («по садке»). Этот прием был освоен на практике, в результате чего удалось полностью исключить возвраты металла по механическим свойствам.
В связи с тем, что вблизи торцевой выходной стенки печи процесс горения не интенсифицирован, продукты сгорания по выходе из торцевого вытяжного зонта могут иметь и определенный химический потенциал. В связи с ощутимым порядком потерь топлива на газослив (от единиц до 10-20 и более %), хотя бы частичная утилизация этих потерь (или физического и химического потенциала сбросных газов) является актуальной задачей, на что и направлено предлагаемое решение.
На фиг.1 представлена упрощенная схема протяжной печи (вид сбоку), на фиг.2 показан узел вставного сопла.
Устройство включает в себя зонт-козырек 1, расположенный над окном выгрузки 2 протяжной печи 3. Зонт 1 посредством трубопровода 4 подключен к вентилятору 5, который со стороны выхлопа через регулировочный клапан 6 соединен с дополнительным коллектором 7, установленным параллельно основному коллектору 8. С коллектором 7 сообщены сварные поворотные отводы 9, встроенные в отводы 10 основного коллектора 8. Отводы 9 завершаются цилиндрическими соплами 11, встроенными в основные сопла 12 (установленные в ряд по ширине печи, в примере конкретного выполнения в количестве 4 штук), завершающие основные отводы 10 коллектора 8. Встроенные сопла 11 расположены соосно основным соплам 12 с образованием кольцевого зазора 13. Облекающие основные сопла 12 своей боковой цилиндрической поверхностью примыкают к арочному кирпичному пережиму 14, разделяющему зону неполного сгорания 15 печи 3 и зону дожигания 16.
Устройство работает следующим образом.
По включении вентилятора 5 постепенно открывают регулировочный клапан 6. В результате продукты сгорания, выбивающиеся из выходного сечения 2 печи 3 и собираемые зонтом 1, под действием развиваемой вентилятором 5 тяги проходят по трубопроводу 4 и далее, минуя вентилятор 5 и поворотный клапан 6, попадают в дополнительный коллектор дожигания 7. Из этого коллектора газовая среда распределяется по отводам 9 и цилиндрическим соплам 11, по выходе из которых смешивается с потоком воздуха, поступающего из основного коллектора 8 по отводам
10 и кольцевым зазорам 13 между цилиндрическими поверхностями сопел 11 и 12. В результате каждая из таких струй дожигания состоит из центральной струи смеси продуктов полного и неполного сгорания с воздухом, который в определенной мере неизбежно увлекается под зонт 1, а также облекающей чисто воздушной струи. В область действия таких составных струй из зоны неполного сгорания 15, проходя под арочным пережимом 14, поступают продукты неполного сгорания, которые на этих струях и дожигаются.
Путем дальнейшего открытия регулировочного клапана 6 можно добиться, чтобы расход воздуха на дожигание от основного коллектора 8 снизился до минимума. Этот воздух по мере открытия клапана 6 от основного коллектора 8 по включении вентилятора 5 становится избыточным, и для поддержания теплового равновесия в рабочем пространстве печи регулятор температуры зоны 16 понижает расход воздуха.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Достигается утилизация химического и физического потенциала сбросных газов путем их направления непосредственно к фронту горения факельных струй дожигания. Разумеется, такая утилизация может быть только частичной. Так, если горючие компоненты, попадая в область факельной струи, практически наверняка сгорают, то «физическая утилизация», очевидно, не может быть полной. Кроме того, на участке соединительного трубопровода смесь утилизируемых газов должна охлаждаться до температуры, не превышающей эксплуатационные возможности вентилятора. Тем не менее, за счет вноса, хотя и низко потенциального, но все же дополнительного тепла возрастает теоретическая температура горения, а значит, появляется определенный резерв для повышения производительности, либо - что равнозначно, повышения КПД. Это подтвердил опыт (см. ниже).
Другой результат - в обеспечении стабильности регулирования температуры в первой по ходу металла зоне нагрева. Поясним суть дела. Вид неустойчивости, состоящий в падении расхода воздуха на дожигание до нуля с быстрым падением контролируемой температуры, встречается на протяжных печах довольно часто. Причина неустойчивости - главным образом во внутренних возмущениях, возникающих в самой печи. Так, в процессе регулирования температуры в соседней зоне неполного сжигания расход топлива в целом на печь может иногда снижаться. При каждой такой отработке падает температура и в зоне дожигания (это и есть внутреннее возмущение). В переходном процессе автоматического регулирования этот параметр зачастую попросту не успевает восстановиться, и расход воздуха на
дожигание сокращается до недопустимо малых значений с переходом в непозволительную область недожога с дальнейшим и уже необратимым падением температуры. (Отметим, что при регулировании температуры в первой по ходу металла зоне дожигания, если надо повысить температуру, расход воздуха сокращается и наоборот).
Так как улавливаемая локальным зонтом смесь газов имеет высокий окислительный потенциал и ее применение экономически более выгодно, то эту смесь и надо использовать главным образом для дожигания, а основной воздух - в существенно меньшем количестве - для регулирования температуры и качественного завершения процесса горения. В результате чрезмерное падение температуры при возникновении нежелательных возмущений будет предупреждаться постоянным расходом смеси, задаваемым подачей утилизационного вентилятора.
3
Кроме того, возможна оптимизация дутьевого оборудования. Так, в настоящее время каждый печной пролет, состоящий из четырех печей, обслуживает один вентилятор мощностью 45 кВт. Исходя из потребности в дутьевом воздухе каждой печи, не превышающем в среднем 1500 м/ч, выгоднее установить по одному вентилятору 7,5 кВт на печь. Двигаясь по пути автономности, еще более выгодным решением было бы иметь по два вентилятора на печь - один на зону генерации и (частично) на зону дожигания, второй - утилизационный совокупной мощностью порядка 5-6 кВт.
Пример использования.
3
3
Предлагаемое устройство апробировали на протяжной печи нагрева проволоки термопатентировочного агрегата №10 сталепроволочного цеха №2 ОАО «Северсталь-метиз» (Череповецкий завод) после реконструкции печи (печь предназначена для нагрева канатной проволоки сталь 80 ⌀ 7,8 под патентирование). При этом изменили температурный график нагрева - I зона с 1000 до 1040°С, в результате при той же производительности расход природного газа на печь снизился на несколько процентов (примерно со 100 до 94 м/ч). Путем подачи на дожигание дополнительного теплоносителя указанная более высокая технологическая температура стала легко достижимой (в сравнении с базовым вариантом) при высокой устойчивости процесса регулирования и при весьма умеренной нагрузке на вентилятор (установили обычный малогабаритный вентилятор ВР12-26-3,15; для надежности путем дополнительного разбавления температура входного потока не превышает 100°С). Расход основного воздуха на дожигание сократился примерно на 300 м/ч.