ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ
COOLING DEVICE OF HEATING FURNACE

Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к нагревательной печи, в которой топливо сжигается горелкой для сжигания топлива путем смешивания топлива, подаваемого по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения. В частности, нагревательная печь по изобретению имеет простую конструкцию для охлаждения внутреннего пространства печи за короткое время.
Уровень техники
[0002]
Нагревательная печь традиционно используется для тепловой обработки обрабатываемого объекта, такого как стальной сляб. В нагревательной печи используется горелка для сжигания топлива, предназначенная для смешивания топлива, подаваемого по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения, и сжигания топлива во внутреннем пространстве печи.
[0003]
В качестве такой нагревательной печи также используется нагревательная печь непрерывного действия. Нагревательная печь непрерывного действия включает в себя множество горелок, расположенных в ее продольном направлении, так что обрабатываемые объекты непрерывно подвергаются тепловой обработке по мере последовательного перемещения через внутреннее пространство печи в продольном направлении.
[0004]
Такие нагревательные печи имеют следующий недостаток. Когда обрабатываемые объекты, такие как стальные слябы, проходят тепловую обработку в нагревательной печи, в результате окисления обрабатываемых объектов образуется окалина. Окалина осыпается и постепенно накапливается в печи. Это вызывает необходимость проведения работ по техническому обслуживанию нагревательной печи, выполняемых рабочим, который проникает во внутреннее пространство печи для удаления окалины и т.п.
[0005]
Чтобы позволить рабочему проникнуть во внутреннее пространство печи для проведения работ по техническому обслуживанию нагревательной печи, температура в печи должна понизиться до уровня, приемлемого для работы.
[0006]
На практике в данной области техники температура в печи снижается до уровня, приемлемого для работы, следующим образом. При остановке горения путем отсечения подачи топлива по трубопроводу подачи топлива приводится в действие воздуходувное устройство для подачи охлаждающего воздуха во внутреннее пространство печи по трубопроводу подачи воздуха для горения, так что внутреннее пространство печи охлаждается охлаждающим воздухом.
[0007]
При подаче охлаждающего воздуха во внутреннее пространство печи по трубопроводу подачи воздуха для горения, чтобы охладить внутреннее пространство печи, требуется, однако, довольно много времени, прежде чем температура в печи понизится до уровня, приемлемого для работы. В частности, для нагревательной печи непрерывного действия, в которой множество горелок для сжигания топлива расположены в ее продольном направлении и в которой обрабатываемые объекты непрерывно подвергаются тепловой обработке по мере последовательного перемещения через печь в продольном направлении, требуется несколько дней.
[0008]
Ранее в патентном документе 1 была раскрыта нагревательная печь, содержащая разбрызгивающие сопла, расположенные на своде и в других местах печи с возможностью введения в печь. Нагревательная печь выполнена с возможностью снижения температуры в печи путем прекращения горения в нагревательной печи, за которым следует подача охлаждающего воздуха во внутреннее пространство печи, как описано выше, при одновременном введении разбрызгивающих сопел в печь для разбрызгивания воды из разбрызгивающих сопел на окалину, накопившуюся в печи. Кроме того, в патентном документе 2 раскрыта нагревательная печь, содержащая распылительные сопла и разбрызгивающие сопла, схожие с описанными в патентном документе 1, которые расположены на своде и в других местах печи с возможностью введения в печь. Нагревательная печь выполнена с возможностью снижения температуры в печи путем прекращения горения в нагревательной печи, за которым следует подача охлаждающего воздуха во внутреннее пространство печи, как описано выше, при одновременном введении распылительных сопел и разбрызгивающих сопел в печь для распыления мелкодисперсной охлаждающей воды в печи из распылительных сопел и разбрызгивания воды из разбрызгивающих сопел на окалину, накопившуюся в печи.
[0009]
Однако, как указано в патентных документах 1 и 2, работа по установке разбрызгивающих сопел или распылительных сопел на своде и в других местах нагревательной печи так, чтобы сопла могли вводиться в печь, является трудоемкой и затратной в денежном отношении. В частности, в нагревательной печи непрерывного действия, где множество горелок для сжигания топлива расположены в ее продольном направлении и обрабатываемые объекты непрерывно подвергаются тепловой обработке по мере последовательного перемещения в продольном направлении, требуется большее количество разбрызгивающих сопел и распылительных сопел, так что монтажные работы занимают больше времени и расходы возрастают.
[0010]
Когда разбрызгивающие сопла и распылительные сопла расположены в печи с возможностью введения в печь, разбрызгивающие сопла и распылительные сопла необходимо вводить в печь каждый раз, когда это требуется. Эта работа чрезвычайно сложна и занимает много времени. Помимо этого, выполнение работы в зоне действия высоких температур вблизи свода непосредственно после остановки горения связано с высоким риском. Кроме того, в таких нагревательных печах, где обрабатываемые объекты проходят тепловую обработку путем сжигания топлива вышеописанными горелками для сжигания топлива, необходимо закрыть монтажные детали разбрызгивающих сопел и распылительных сопел покрывным материалом и т.п., чтобы предотвратить утечку тепла в печи через монтажные детали разбрызгивающих сопел и распылительных сопел. Это предполагает проведение чрезвычайно трудоемкой работы. Помимо этого, с практической точки зрения нецелесообразно надежно предотвращать утечку тепла через монтажные детали или покрывной материал. Существует также проблема, связанная со снижением термического КПД нагревательной печи.
Ссылка на источники
Патентные документы
[0011]
[Патентный документ 1] JP-A No. 1999-181515
[Патентный документ 2] JP-A No. 2011-202825
Раскрытие сущности изобретения
Техническая задача
[0012]
Задача изобретения заключается в нахождении решений вышеописанных проблем, возникающих, когда температура в нагревательной печи снижается для проведения работ по техническому обслуживанию и т.п.в нагревательной печи, в которой горелка для сжигания топлива смешивает топливо, подаваемое по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения, и сжигает топливо в печи.
[0013]
Если говорить конкретнее, задача изобретения заключается в обеспечении возможности быстрого охлаждения внутреннего пространства вышеописанной нагревательной печи с помощью простой конструкции.
Решение задачи
[0014]
Согласно одному аспекту изобретения для решения вышеупомянутых задач нагревательная печь включает в себя горелку для сжигания топлива, которая смешивает топливо, подаваемое по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения, и сжигает топливо во внутреннем пространстве печи, а также имеет конструкцию, при которой на внешней периферийной стороне трубопровода подачи топлива предусмотрен направляющий трубопровод для охлаждающей среды, который направляет охлаждающий воздух для охлаждения трубопровода подачи топлива во внутреннее пространство печи, при этом трубопровод для подачи охлаждающей воды, предназначенный для подачи охлаждающей воды через регулировочный клапан для охлаждающей воды, соединен с направляющим трубопроводом для охлаждающей среды.
[0015]
Согласно другому аспекту изобретения нагревательная печь имеет конструкцию, при которой, когда горелка для сжигания топлива смешивает топливо, подаваемое по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения, и сжигает топливо в печи, трубопровод подачи топлива охлаждается охлаждающим воздухом, направляемым во внутреннее пространство печи по направляющему трубопроводу для охлаждающей среды, расположенному на внешней периферийной стороне трубопровода подачи топлива, а при охлаждении внутреннего пространства печи обеспечено прекращение сжигания топлива горелкой для сжигания топлива, при этом регулировочный клапан для охлаждающей воды открыт для направления охлаждающей воды по трубопроводу для подачи охлаждающей воды в направляющий трубопровод для охлаждающей среды с разбрызгиванием охлаждающей воды во внутреннем пространстве печи из направляющего трубопровода для охлаждающей среды.
[0016]
Если трубопровод подачи топлива охлаждается охлаждающим воздухом, направляемым во внутреннее пространство печи по направляющему трубопроводу для охлаждающей среды, расположенному на внешней периферийной стороне трубопровода подачи топлива, когда топливо, подаваемое по трубопроводу подачи топлива, сжигается горелкой для сжигания топлива, как описано выше, предотвращается деформирование или повреждение трубопровода подачи топлива под воздействием тепла в процессе сжигания топлива горелкой для сжигания топлива и теплоты излучения из внутреннего пространства печи.
[0017]
Когда внутреннее пространство печи охлаждается, сжигание топлива горелкой для сжигания топлива прекращается, в то время как регулировочный клапан для охлаждающей воды открывается для направления охлаждающей воды по трубопроводу для подачи охлаждающей воды в направляющий трубопровод для охлаждающей среды, так что охлаждающая вода разбрызгивается из направляющего трубопровода для охлаждающей среды во внутреннее пространство печи. Это устраняет необходимость в отдельном обеспечении известных разбрызгивающих сопел или распылительных сопел, обладающих возможностью введения во внутреннее пространство печи, а также в проведении работ по введению сопел в области действия высоких температур вблизи свода. Внутреннее пространство печи эффективно и безопасно охлаждается охлаждающей водой, разбрызгиваемой из направляющего трубопровода для охлаждающей среды, как описано выше.
[0018]
Когда охлаждающая вода разбрызгивается из направляющего трубопровода для охлаждающей среды во внутреннее пространство печи, охлаждающий воздух совместно с охлаждающей водой может распыляться из направляющего трубопровода для охлаждающей среды во внутреннее пространство печи, так что охлаждающая вода распыляется в печи в форме тумана. Это заставляет охлаждающую воду в форме тумана распространяться в печи так, что можно быстро охладить большую площадь.
[0019]
Для охлаждения внутреннего пространства нагревательной печи непрерывного действия, в которой множество горелок расположены в ее продольном направлении и обрабатываемые объекты непрерывно подвергаются тепловой обработке по мере последовательного перемещения через печь в продольном направлении, сжигание горелками для сжигания топлива прекращается, в то время как регулировочные клапаны для охлаждающей воды открываются для направления охлаждающей воды по трубопроводам для подачи охлаждающей воды в направляющие трубопроводы для охлаждающей среды, так что охлаждающая вода разбрызгивается из направляющих трубопроводов для охлаждающей среды во внутреннее пространство печи. Даже в нагревательной печи непрерывного действия, продольная длина которой больше, все внутреннее пространство удлиненной печи может эффективно и одновременно охлаждаться охлаждающей водой, разбрызгиваемой из соответствующих направляющих трубопроводов для охлаждающей среды.
[0020]
Согласно еще одному аспекту изобретения в нагревательной печи в качестве горелки для сжигания топлива может использоваться регенеративная горелка для сжигания топлива, подающая воздух для горения через регенератор.
Полезные эффекты изобретения
[0021]
В нагревательной печи согласно изобретению предотвращается деформирование или повреждение трубопровода подачи топлива под воздействием тепла в процессе сжигания топлива горелкой для сжигания топлива или теплоты излучения из внутреннего пространства печи, поскольку трубопровод подачи топлива охлаждается охлаждающим воздухом, направляемым во внутреннее пространство печи по направляющему трубопроводу для охлаждающей среды, расположенному на внешней периферийной стороне трубопровода подачи топлива, когда горелка для сжигания топлива смешивает топливо, подаваемое по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения, и сжигает топливо во внутреннем пространстве печи.
[0022]
Когда внутреннее пространство нагревательной печи согласно изобретению охлаждается, сжигание топлива горелкой для сжигания топлива прекращается, в то время как регулировочный клапан для охлаждающей воды открывается для направления охлаждающей воды по трубопроводу для подачи охлаждающей воды в направляющий трубопровод для охлаждающей среды, так что охлаждающая вода разбрызгивается из направляющего трубопровода для охлаждающей среды во внутреннее пространство нагревательной печи. Это устраняет необходимость в обеспечении известных разбрызгивающих сопел или распылительных сопел, обладающих возможностью введения во внутреннее пространство печи. Внутреннее пространство печи может эффективно охлаждаться охлаждающей водой, разбрызгиваемой из направляющего трубопровода для охлаждающей среды, как описано выше.
Краткое описание чертежей
[0023]
Фиг. 1 - принципиальная схема нагревательной печи по одному варианту осуществления изобретения, иллюстрирующая конструкцию нагревательной печи непрерывного действия, в которой множество горелок расположены в ее продольном направлении для последовательного нагрева обрабатываемых объектов;
Фиг. 2 - принципиальная схема горелки для сжигания топлива, применяемой для сжигания топлива нагревательной печью согласно вышеприведенному варианту осуществления, где показано, как горелка для сжигания топлива смешивает топливо, подаваемое по трубопроводу подачи топлива, с воздухом для горения, подаваемым по трубопроводу подачи воздуха для горения, и сжигает топливо во внутреннем пространстве печи;
Фиг. 3 - принципиальная схема нагревательной печи согласно вышеприведенному варианту осуществления, внутреннее пространство которой охлаждается, где показано состояние, в котором сжигание топлива горелкой для сжигания топлива прекращено, в то время как охлаждающая вода направляется по трубопроводу для подачи охлаждающей воды в направляющий трубопровод для охлаждающей среды, из которого охлаждающая вода разбрызгивается во внутреннее пространство нагревательной печи;
Фиг. 4 - принципиальная схема нагревательной печи согласно вышеприведенному варианту осуществления, иллюстрирующая конструкцию, в которой для сжигания топлива применяется регенеративная горелка для сжигания топлива;
Фиг. 5 - принципиальная схема нагревательной печи согласно вышеприведенному варианту осуществления, в которой применяется регенеративная горелка для сжигания топлива, где показано, как охлаждается внутреннее пространство нагревательной печи.
Осуществление изобретения
[0024]
Ниже будет подробно описана нагревательная печь по одному варианту осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. Следует отметить, что нагревательная печь по изобретению не ограничена нижеследующими вариантами осуществления, при этом в нее могут быть внесены соответствующие изменения или осуществлены модификации без отступления от сути и объема изобретения.
[0025]
В нагревательной печи 10 согласно данному варианту осуществления обрабатываемые объекты 1 проходят тепловую обработку во внутреннем пространстве 11 печи следующим образом. Как показано на Фиг. 1, обрабатываемые объекты 1 последовательно подаются во внутреннее пространство 11 печи через загрузочную дверцу 12 на загрузочной стороне нагревательной печи 10. Обрабатываемые объекты 1 последовательно перемещаются через внутреннее пространство 11 печи внутрипечным транспортирующим механизмом 13, таким как подающие ролики, расположенные во внутреннем пространстве 11 печи, последовательно подвергаясь при этом тепловой обработке множеством горелок 20, расположенных продольно на боковой стенке 10а нагревательной печи 10. Затем обрабатываемые объекты 1 последовательно извлекаются из внутреннего пространства 11 печи через дверцу 14 для извлечения, расположенную на стороне извлечения нагревательной печи 10. Во внутрипечном транспортирующем механизме 13 для последовательного перемещения обрабатываемых объектов 1 через внутреннее пространство 11 печи может применяться иное известное средство подачи, такое как шаговое подающее устройство, а не вышеописанные подающие ролики.
[0026]
В нагревательной печи 10 согласно данному варианту осуществления горелка 20 для сжигания топлива выполнена с возможностью направления сжигаемого топлива во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 21 подачи топлива, оборудованному регулировочным клапаном 21а для топлива, как показано на Фиг. 2 и Фиг. 3. Горелка для сжигания топлива дополнительно включает в себя трубопровод 22 подачи воздуха для горения, выполненный с возможностью подачи воздуха для горения, охватывая внешнюю периферию трубопровода 21 подачи топлива. Иными словами, горелка для сжигания топлива выполнена с возможностью подачи воздуха для горения по трубопроводу 22 подачи воздуха для горения в область вокруг внешней периферии потока топлива, поступающего во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 21 подачи топлива.
[0027]
Направляющий трубопровод 23 для охлаждающей среды, предназначенный для направления воздуха для охлаждения трубопровода 21 подачи топлива, расположен на внутренней периферийной стороне трубопровода 22 подачи воздуха для горения так, чтобы окружать внешнюю периферию трубопровода 21 подачи топлива с сохранением необходимого зазора между ними. Направляющий трубопровод 23 для охлаждающей среды соединен с трубопроводом 24 для подачи охлаждающей воды, предназначенным для подачи охлаждающей воды через регулировочный клапан 24а для охлаждающей воды.
[0028]
В нагревательной печи 10 согласно данному варианту осуществления топливо сжигается во внутреннем пространстве 11 печи горелкой 20 для сжигания топлива следующим образом. Как показано на Фиг. 2, регулировочный клапан 21а для топлива открывается для направления топлива по трубопроводу 21 подачи топлива во внутреннее пространство 11 печи. Тем временем воздух для горения подается из трубопровода 22 подачи воздуха для горения, охватывающего внешнюю периферию трубопровода 21 подачи топлива, на внешнюю периферийную сторону топлива, направляемого во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 21 подачи топлива. Таким образом, топливо сжигается во внутреннем пространстве 11 печи. Одновременно охлаждающий воздух направляется во внутреннее пространство 11 печи по направляющему трубопроводу 23 для охлаждающей среды, расположенному на внешней периферийной стороне трубопровода 21 подачи топлива. Трубопровод 21 подачи топлива охлаждается этим охлаждающим воздухом, чтобы ограничить деформирование или повреждение трубопровода 21 подачи топлива, вызванное теплом в процессе сжигания топлива горелкой 20 для сжигания топлива и теплотой излучения из внутреннего пространства 11 печи. На этих Фигурах открытое состояние каждого клапана 21а, 24а обозначено выделенным символом белого цвета, а их закрытое состояние обозначено символом сплошного черного цвета.
[0029]
Когда температура внутреннего пространства 11 печи снижается для выполнения работы по техническому обслуживанию и т.п. нагревательной печи 10 по данному варианту осуществления, сжигание топлива горелкой 20 для сжигания топлива прекращается путем закрытия регулировочного клапана 21а для топлива, чтобы воспрепятствовать подаче топлива во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 21 подачи топлива, как показано на Фиг. 3. Тем временем регулировочный клапан 24а для охлаждающей воды открывается для направления охлаждающей воды по трубопроводу 24 для подачи охлаждающей воды в направляющий трубопровод 23 для охлаждающей среды. Охлаждающая вода разбрызгивается из направляющего трубопровода 23 для охлаждающей среды во внутреннее пространство 11 нагревательной печи 10. Таким образом, температура внутреннего пространства 11 печи снижается путем охлаждения внутреннего пространства 11 печи разбрызганной охлаждающей водой.
[0030]
Данный способ устраняет необходимость в обеспечении известных разбрызгивающих сопел или распылительных сопел, обладающих возможностью введения во внутреннее пространство 11 печи, позволяя при этом создать простую конструкцию для осуществления эффективного охлаждения внутреннего пространства 11 печи. В конструкции, при которой внутреннее пространство 11 печи охлаждается путем разбрызгивания охлаждающей воды из направляющего трубопровода 23 для охлаждающей среды во внутреннее пространство 11 печи, охлаждающая вода может приводиться в мелкодисперсное состояние и распыляться во внутреннем пространстве 11 печи путем выброса охлаждающего воздуха совместно с охлаждающей водой из направляющего трубопровода 23 для охлаждающей среды. Кроме того, воздух для горения может также подаваться по трубопроводу 22 подачи воздуха для горения во внутреннее пространство 11 печи, как и охлаждающий воздух.
[0031]
Хотя нагревательная печь 10 по этому варианту осуществления представляет случай, когда применяется обычная горелка 20 для сжигания топлива, пригодная для использования горелка 20 для сжигания топлива может быть другой.
[0032]
В нагревательной печи 10, проиллюстрированной на Фиг. 4 и Фиг. 5, например, может также использоваться регенеративная горелка 20 для сжигания топлива. Регенеративная горелка для сжигания топлива выполнена с возможностью нагрева воздуха для горения посредством материала 22b для аккумулирования тепла, размещенного в регенераторе 22а, и подачи нагретого воздуха для горения во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 22 подачи воздуха для горения.
[0033]
В нагревательной печи 10, в которой применяются вышеописанные регенеративные горелки 20 для сжигания топлива, топливо также сжигается горелкой 20 для сжигания топлива во внутреннем пространстве 11 печи следующим образом. Как показано на Фиг. 4, регулировочный клапан 21а для топлива открывается для направления топлива по трубопроводу 21 подачи топлива во внутреннее пространство 11 печи, в то время как воздух для горения, нагретый материалом 22b для аккумулирования тепла, распыляется из трубопровода 22 подачи воздуха для горения в топливо, направляемое во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 21 подачи топлива. Топливо сжигается вместе с нагретым воздухом для горения во внутреннем пространстве 11 печи, в то время как охлаждающий воздух направляется во внутреннее пространство 11 печи по направляющему трубопроводу 23 для охлаждающей среды, расположенному на внешней периферийной стороне трубопровода 21 подачи топлива, так что трубопровод 21 подачи топлива охлаждается охлаждающим воздухом. Это ограничивает деформирование или повреждение трубопровода 21 подачи топлива под воздействием тепла в процессе сжигания топлива горелкой 20 для сжигания топлива и теплоты излучения из внутреннего пространства 11 печи.
[0034]
Когда температура внутреннего пространства 11 печи снижается для выполнения работы по техническому обслуживанию и т.п. вышеописанной нагревательной печи 10, сжигание топлива горелкой 20 для сжигания топлива прекращается путем закрытия регулировочного клапана 21а для топлива, чтобы воспрепятствовать подаче топлива во внутреннее пространство 11 печи по трубопроводу 21 подачи топлива, как показано на Фиг. 5. Тем временем регулировочный клапан 24а для охлаждающей воды открывается для направления охлаждающей воды по трубопроводу 24 для подачи охлаждающей воды в направляющий трубопровод 23 для охлаждающей среды, из которого охлаждающая вода разбрызгивается во внутреннее пространство 11 нагревательной печи 10. Таким образом, температура внутреннего пространства 11 печи снижается путем охлаждения внутреннего пространства 11 печи разбрызганной охлаждающей водой.
[0035]
Хотя нагревательная печь 10 по этому варианту осуществления представляет нагревательную печь 10 непрерывного действия, в которой обрабатываемые объекты 1, загруженные во внутреннее пространство 11 печи, последовательно перемещаются через внутреннее пространство 11 печи и последовательно подвергаются тепловой обработке множеством горелок 20 для сжигания топлива, расположенных продольно на боковой стенке 10а данной нагревательной печи 10, тип нагревательной печи 10 этим не ограничивается. Изобретение также применимо к нагревательной печи периодического действия (не показано), в которой обрабатываемые объекты не перемещаются через внутреннее пространство 11 печи.
[0036]
В отношении нагревательной печи 10, показанной на Фиг. 4 и Фиг. 5, данное описание для удобства представлено лишь для случая, когда трубопровод 22 подачи воздуха для горения вбрасывает воздух для горения. На практике нагревательная печь также оборудована схемой трубопроводов (не показано) для всасывания отработанного газа с целью нагрева материала 22b для аккумулирования тепла, размещенного в регенераторе 22а.
Список ссылочных позиций
[0037]
1: обрабатываемый объект
10: нагревательная печь
10а: боковая стенка
11: внутреннее пространство печи
12: загрузочная дверца
13: внутрипечной транспортирующий механизм
14: дверца для извлечения
20: горелка для сжигания топлива
21: трубопровод подачи топлива
21а: регулировочный клапан для топлива
22: трубопровод подачи воздуха для горения
22а: регенератор
22b: материал для аккумулирования тепла
23: направляющий трубопровод для охлаждающей среды
24: трубопровод для подачи охлаждающей воды
24а: регулировочный клапан для охлаждающей воды.