РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГОРЕЛКИ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЕЙ
ADJUSTABLE BURNERS FOR HEATERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к огневым нагревателям или печам для использования на нефтеперерабатывающих заводах и нефтехимических заводах. В частности, оно относится к огневым нагревателям, используемым в таких печах с регулируемыми горелками.
Уровень техники
Огневые нагреватели или печи, используемые в промышленных процессах, например, на нефтеперерабатывающих заводах и нефтехимических заводах, могут иметь сводчатую или турникетную конструкцию с U-образной трубой, одинарным или двойным I-образным, W-образным, Y-образным змеевиками, вертикальным цилиндрическим змеевиком, вертикальным цилиндрическим змеевиком с конвекцией в поперечных трубах, вертикальным трубным нагревателем, горизонтальной трубной камерой, серпантинным змеевиком и т.п.
Каждый из этих нагревателей имеет, по меньшей мере, один канал, который содержит технологический поток, например, водород и/или углеводороды, инертный газ или другие технологические текучие среды, включающие в себя механические примеси. Рядом с каналом предусматривается, по меньшей мере, одна горелка, которая образует факел пламени или факелы пламени, нагревающие канал. Канал имеет поверхность лучистого нагрева для нагрева технологического потока. Технологический поток нагревается с целью повышения температуры потока при последующей обработки или способствования химическим или тепловым реакциям в каналах.
Факелы пламени подвергаются перемещению, вызванному внутренними потоками дымовых газов из-за неравномерного горения в различных частях нагревателя или температурных градиентов в результате различия температур внутри каналов. Факелы пламени также подвергаются воздействию условий окружающей среды, таких как ветер, который вынуждает факел пламени «наклоняться» в большей степени в одном направлении или в одну сторону по сравнению с другим направлением. Условия окружающей среды также создают внутренние потоки. Например, потоки ветра или воздуха могут уводить факелы пламени, так что факелы пламени смещаются от центра и, таким образом, непропорционально нагревают один участок канала.
Непропорциональный нагрев может привести к ухудшению характеристик технологического процесса. В частности, соударение факела пламени непосредственно с поверхностью трубы может привести к закоксовыванию из-за местного нагрева. Такое закоксовывание может ухудшить передачу тепла через трубу. Кроме того, это закоксовывание может повредить канал и уменьшить срок службы канала, засоряя внутреннюю сторону канала, увеличивая коррозию канала, приводя к увеличенному расходу топлива или даже к неплановому останову из-за выхода канала из строя. Выход канала из строя может привести к нежелательному выбросу технологических текучих сред в окружающее пространство. Это разрушение защитной оболочки может привести к пожару или взрыву. Существует необходимость в огневом нагревателе, который обеспечит легкое регулирование источника тепла применительно к каналам с учетом непрогнозируемых потоков дымового газа в топке и условий окружающей среды.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к нагревателям для выполнения промышленных процессов, например, к огневым нагревателям. По одному из исполнений приводится описание огневого нагревателя для выполнения промышленных процессов, содержащего, по меньшей мере, один канал с технологическим потоком. Канал имеет, по меньшей мере, один впускной конечный и, по меньшей мере, один выпускной коллектор. Огневой нагреватель также содержит, по меньшей мере, одну горелку, образующую факел пламени для нагрева канала. По меньшей мере, одна горелка предназначена для регулирования между нейтральным положением и отрегулированным положением. Изменение положения горелки приводит к изменению положения факела пламени относительно стенок, пола или канала и позволяет пользователю компенсировать условия окружающей среды и потоки дымового газа в нагревателе, тем самым, обеспечивая более равномерный нагрев канала и технологического потока.
В описании также предлагается огневой нагреватель, содержащий канал, по меньшей мере, с одним потоком или материалом. Нагреватель содержит основание и, по меньшей мере, одну стенку. Основание и, по меньшей мере, одна стенка обеспечивают, по меньшей мере, одну установочную поверхность горелки. Нагреватель также содержит камеру, в которой, по меньшей мере, имеется одна установочная поверхность и регулируемая горелка. Горелка содержит, по меньшей мере, одну топливную трубу, которая сообщается, по меньшей мере, с одним источником топлива. Горелка предназначена для образования факела пламени на конце топливной трубы. Регулируемая горелка может быть расположена рядом с каналом. Нагреватель также содержит, по меньшей мере, один механизм регулирования горелки, содержащий, по меньшей мере, одно поворотное устройство, соединенное, по меньшей мере, с одной установочной поверхностью, по меньшей мере, с одним соединителем, по меньшей мере, с одной поворотной опорой. По меньшей мере, один соединитель может быть соединен с поворотным устройством и, по меньшей мере, с одной поворотной опорой. По меньшей мере, одна поворотная опора может быть соединена с горелкой. Поворачивание, по меньшей мере, одного поворотного устройства позволяет регулировать положение регулируемой горелки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А - вид спереди по исполнению нагревателя, имеющего, по меньшей мере, один сводчатый канал и регулируемую горелку, с регулируемой горелкой в первом положении.
Фиг.1В - вид спереди по исполнению нагревателя из Фиг.1А с регулируемой горелкой в отрегулированном положении.
Фиг.1C - вид сбоку по исполнению нагревателя из Фиг.1А и 1В, имеющего множество регулируемых горелок, с двумя горелками в отрегулированном положении и удаленными для ясности сводчатыми каналами.
Фиг.1D - вид сверху на нагреватель, из Фиг.1C со всеми регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.2А - вид спереди по другому исполнению нагревателя, имеющего, по меньшей мере, три регулируемых горелки и, по меньшей мере, три сводчатых канала с регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.2В - вид спереди на нагреватель из Фиг.2А со второй регулируемой горелкой в нейтральном положении и первой и третьей регулируемыми горелками в отрегулированном положении.
Фиг.3А - вид спереди по другому исполнению нагревателя, имеющего три регулируемых горелки и, по меньшей мере, один канал W-образного типа, с регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.3В - вид спереди нагревателя из Фиг.3А с регулируемыми горелками в отрегулированном положении.
Фиг.4А - вид спереди по другому исполнению нагревателя, имеющего три регулируемых горелки и, по меньшей мере, один канал двойного I-образного типа, с регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.4В - вид спереди нагревателя из Фиг.4А с регулируемыми горелками в отрегулированном положении.
Фиг.5А - вид сверху по другому исполнению нагревателя, имеющего множество установленных на торцевых стенках регулируемых горелок и множество U-образных каналов с регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.5В - вид спереди на одну торцевую стенку и U-образный канал нагревателя из Фиг.5А.
Фиг.5С - вид сверху на нагреватель из Фиг.5А с регулируемыми горелками в отрегулированном положении.
Фиг.6А - вид сверху по другому исполнению нагревателя, имеющего множество регулируемых горелок и множество волнообразных каналов с регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.6В - перспективный вид одной из подсекций из Фиг.6А.
Фиг.6С - вид сверху на нагреватель из Фиг.6А, по меньшей мере, с несколькими регулируемыми горелками в отрегулированном положении.
Фиг.6D - вид сверху на нагреватель из Фиг.6А, по меньшей мере, с регулируемыми горелками, удаленными для ясности, при этом показан, по меньшей мере, один поток.
Фиг.7А - вид сверху по другому исполнению нагревателя, имеющего множество регулируемых горелок и, по меньшей мере, два горизонтально продолжающихся канала с регулируемыми горелками в нейтральном положении.
Фиг.7В - вид сверху на нагреватель из Фиг.7А, по меньшей мере, с несколькими регулируемыми горелками в отрегулированном положении.
Фиг.7С - вид спереди на нагреватель из Фиг.7А.
Фиг.8 - частичный разрез печи, имеющей огневой нагреватель, включающий в себя другое исполнение, по меньшей мере, одного средства регулирования.
Осуществление изобретения
На Фиг.1А-7В показаны различные исполнения нагревателей 18, 118, 218, 318, 418, 518, 618. Любое исполнение нагревателя может быт включено в состав печи 10, пример которой показан на Фиг.1А и 1В. Печь 10 в основном содержит дымовую трубу 12, огнеупорные стенки 14, основание 22, конвективные змеевики 16 и, по меньшей мере, один нагреватель 18, например, в стенках 14. Печь 10 также может содержать задвижку (не показано) и нагнетательный вентилятор (не показано), который подает воздух в горелки, описанные ниже.
В каждом исполнении нагреватели 18, 118, 218, 318, 418, 518, 618 содержат, по меньшей мере, один канал и, по меньшей мере, одну регулируемую горелку. Технологический поток протекает, по меньшей мере, через один канал. Технологический поток может включать в себя твердые вещества, жидкости, газы или их смеси. В частности, технологический поток может включать в себя водород, легкие углеводороды, СНГ, бензин, нафту, керосин, дистиллятное топливо и другие жидкости, газы или твердые вещества.
x
Регулируемая горелка (или горелки) сжигает топливо с окислителем для образования факела пламени, имеющего ядро и язык, как известно из существующего уровня техники. Горелка может быть горелкой, например, с низкими выбросами NO. Факел пламени может иметь, по существу, круглое сечение или может иметь любую форму, например, практически с квадратным или прямоугольным сечением. Если нагреватель используется в промышленном производстве, например, на нефтеперерабатывающих заводах или нефтехимических заводах, и горелка расположена в огневом нагревателе с нижним обогревом, факел пламени может распространяться на расстояние, составляющее от одной трети до половины высоты топки. Эта конструкция нагревателя обычно позволяет получать факел пламени, распространяющимся в верхнем направлении на 15 м (50 футов) от основания.
Как показано на фигурах, регулируемые горелки могут устанавливаться во многих местах в нагревателе или печи. В частности, горелки могут устанавливаться вдоль основания или вдоль огнеупорной стенки. Каждое из этих мест расположения горелок может, в общем, называться установочной поверхностью. Кроме того, регулируемые горелки могут использоваться во многих типах нагревателей.
Кроме того, в каждом исполнении горелки являются регулируемыми и, следовательно, содержат средства для быстрого и легкого регулирования их положения во время эксплуатации. Такие средства могут быть ручными или автоматизированными и более подробно описаны ниже. Как указано ниже, регулируемые горелки могут регулироваться с учетом условий внутри и снаружи печи, таких как внутренние потоки дымового газа, и атмосферные условия, такие как ветер, и т.п.
На Фиг.1А-1D показано исполнение нагревателя 18. Нагреватель 18 содержит, по меньшей сере, один канал 20 и, по меньшей мере, одну регулируемую горелку 32. Регулируемая горелка 32 расположена на полу или основании 22 нагревателя 18 и ее факел пламени, по существу, направлен вертикально вверх. Такая конфигурация часто называется ориентацией с нижним горением. Канал 20 показан в виде сводчатого змеевика. Такая печь 10 в собирательном значении часто называется турникетным огневым нагревателем. Как указано выше, регулируемая горелка 32 может использоваться с другими типами нагревателей или печей, имеющими различные каналы и ориентации горелок. Например, описываемая горелка 32 может использоваться в печах с U-образной трубой, I-образным, W-образным, Y-образным змеевиками, вертикальным цилиндрическим змеевиком, вертикальным цилиндрическим змеевиком с конвекцией в поперечных трубах, серпантинным змеевиком, печах со змеевиками других типов и т.п. Регулируемая горелка 32 может быть ориентирована в положениях нижнего нагрева, верхнего нагрева, горизонтального нагрева или углового нагрева и т.п.
Как показано на Фиг.1А и 1В, канал 20 имеет левосторонний вертикальный участок 20L и правосторонний вертикальный участок 20R, которые соединены средним сводчатым участком 20М. Левосторонний вертикальный участок 20L и правосторонний вертикальный участок 20R продолжаются вертикально от основания 22, которое может быть выполнено из огнеупорного материала или камня.
Левосторонний вертикальный участок 20L и правосторонний вертикальный участок 20R соединены и сообщаются, по меньшей мере, с одним конечным коллектором. Предпочтительно, левосторонний вертикальный участок 20L соединен с выпускным конечным коллектором 26, и правосторонний вертикальный участок 20R соединен с впускным конечным коллектором 24. Технологический поток 28 вытекает из впускного конечного коллектора 24 вверх по правостороннему участку 28R, по перевернутому U-образному среднему участку 20М и затем по левостороннему вертикальному участку 20L и выходит из выпускного конечного коллектора 26. Такой технологический поток 28 может содержать водород и/или углеводороды, инертный газ или другие технологические текучие среды. Следует понимать, что при необходимости левосторонний вертикальный участок 20L может быть соединен с впускным конечным коллектором, и правосторонний вертикальный участок 20R может быть соединен с выпускным конечным коллектором, и направление течения технологического потока может быть изменено на обратное.
Поверхность канала 20 является поверхностью 30 лучистого нагрева. Лучистое тепло от горелки 32 и факела пламени 34 направляется к поверхностям 30 лучистого нагрева, которые передают тепло технологическим материалам 28 в канале 20. Канал 20 может иметь круглое, квадратное, прямоугольное, овальное сечение и т.п. Предпочтительно, канал 20 имеет круглое сечение с постоянным диаметром и является трубчатым, т.е. не является открытым каналом 20. Если нагреватель 18 используется в промышленном производстве, например, на нефтеперерабатывающих заводах или нефтехимических заводах, левосторонний вертикальный участок 20L и правосторонний вертикальный участок 20R могут продолжаться на расстояние до 18 м (60 футов). Предпочтительно, левосторонний вертикальный участок 20L и правосторонний вертикальный участок 20R могут продолжаться на расстояние до 12 м (40 футов).
x
На Фиг.1А и 1В также показана, по меньшей мере, одна регулируемая горелка, которая может образовывать факел пламени 34, имеющий ядро 36 и язык 38. Горелка 32 может быть выполнена в виде горелки с низкими выбросами NO. Регулируемая горелка 32 соединена с основанием 22. Таким образом, в исполнении, показанном на Фиг.1А и 1В, она является горелкой нижнего нагрева. Регулируемая горелка 32 расположена, по существу, по центру между левосторонним вертикальным участком 20L и правосторонним вертикальным участком 20R. Другими словами, горелка 32 расположена на равном расстоянии от каждого вертикального элемента. Следует понимать, что горелка 32 может быть горелкой бокового нагрева или может быть расположена на потолке (т.е. она может быть ориентирована в положениях для верхнего нагрева, горизонтального нагрева или углового нагрева и т.д.). Кроме того, независимо от того, расположена ли горелка на основании 22 или на потолке, горелка 32 может быть расположена ближе к левостороннему вертикальному участку 20L или к правостороннему вертикальному участку 20R, а не по центру.
Как показано, регулируемая горелка 32 может быть расположена немного выше впускного конечного коллектора 24 и выпускного конечного коллектора 26, однако она может быть расположена вровень с ними или ниже. Горелка 32 может быть расположена, по существу, в плоскости канала 20 (т.е. она не располагается в переднем или заднем направлении относительно оси Z). Горелка 32 может быть расположена перед или за плоскостью канала 20 (т.е. вдоль оси Z), что показано на Фиг.1D. Если нагреватель 18 используется в промышленном производстве, например, на нефтеперерабатывающих заводах или нефтехимических заводах, факел пламени 34 может продолжаться на расстояние до 15 м (50 футов).
На Фиг.1А показана горелка в первом нейтральном положении. В этом положении горелка 32, по существу, расположена горизонтально относительно, по существу, горизонтальной воображаемой исходной плоскости 40. Ядро 36 факела пламени 34 расположено, по существу, по центру относительно левостороннего вертикального участка 20L и правостороннего вертикального участка 20R. Другими словами, ядро 36 факела пламени 34 расположено, по существу, на равном расстоянии от этих вертикальных участков. Однако язык 38 факела пламени 34 может быть расположен не по центру, а больше в направлении или левостороннего вертикального участка 20L или правостороннего вертикального участка 20R. Другими словами, язык 38 факела пламени 34 может быть расположен со смещением от центра относительно горелки 32 или ядра 36 факела пламени 34. Это нецентральное положение факела пламени может быть вызвано окружающими условиями, такими как ветер или тяга для удаления дымового газа через дымовую трубу 12 или движения газов в топке.
1
1
1
1
1
1
Таким образом, язык 38 может образовывать тепловую точку 42 относительно интенсивного тепла рядом с левосторонним вертикальным участком 20L. В частности, как показано на Фиг.1А, язык 38 факела пламени 34 расположен наиболее близко к левостороннему вертикальному участку 20L. Это положение языка может стать причиной неравномерного нагрева технологического потока 28 в канале 20, или он может повредить канал 20. На Фиг.1В показана горелка 32 в отрегулированном положении с целью смещения потоков дымового газа или изменения окружающих условий в нагревателе, которые вынуждают язык 38 факела пламени располагаться нежелательно близко к каналу 20. Предпочтительно, горелка 32 фиксируется в этом положении с помощью стопорных средств, которые описываются ниже. В этом положении горелка 32 наклонена под углом А относительно горизонтальной исходной плоскости 40. Угол A может изменяться от 1 градуса до +30 или -30 градусов. Предпочтительно, угол A равен 7-15 градусам. Кроме того, несмотря на то что показанный угол A является положительным, что определяется показанной осью, угол A может быть отрицательным. Например, регулируемая горелка 32 может быть наклонена в другом направлении, так чтобы факел пламени был ближе к левостороннему вертикальному участку 20L. В этом случае угол A может изменяться от -1 градуса до -30 градусов.
Во втором положении ядро 36 факела пламени 34 больше не расположено, по существу, по центру относительно левостороннего вертикального участка 20L и правостороннего вертикального участка 20R. Оно расположено ближе к правостороннему вертикальному участку 20R. Однако язык 38 факела пламени 34 расположен, по существу, по центру относительно левостороннего вертикального участка 20L и правостороннего вертикального участка 20R. Другим словами, язык 38 факела пламени 34 расположен, по существу, на равном расстоянии от вертикальных участков, но смещен от центра относительно горелки 32 и ядра 36 факела пламени 34. Таким образом, язык 38 создает точку 42 интенсивного тепла, по существу, на равном расстоянии от вертикальных участков, а не ближе к правостороннему вертикальному участку 20R или левостороннему вертикальному участку 20L. Поскольку язык 38 факела пламени 34 в большей степени сцентрирован, это положение способствует более равномерному нагреву и обеспечивает меньшую вероятность повреждения канала 20. Однако поскольку ядро 36 факела пламени 34 расположено ближе к правостороннему вертикальному участку 20R, этот участок может получать больше лучистого тепла. Таким образом, горелка 32 может быть отрегулирована с целью компенсации условий окружающей среды, которые могут вызвать изменение положения факела пламени 34 и языка 38 факела пламени 34. Горелка 32 также может противодействовать набросу факела пламени на трубу, закупориванию наконечника горелки, тепловым потокам в топке и может использоваться для гидравлического выравнивания дымового газа.
Кроме того, несмотря на то что на Фиг.1В показана горелка 32, наклоненная в плоскости канала 20, горелка может быть наклонена вперед или назад относительно плоскости канала 20 (т.е. она может быть наклонена вдоль оси Z). Кроме того, регулируемая горелка 32 может поворачиваться по часовой стрелке или против часовой стрелки на триста шестьдесят градусов (360°С) и может быть наклонена вдоль этой оси поворачивания. Несмотря на то что на Фиг.1А и 1В показана только одна горелка и один канал, нагреватель может включать в себя множество горелок и каналов, как показано на Фиг.1С и 1D. Регулируемая горелка 32 оптимизирует расположение факела пламени для множества горелок.
На Фиг.1C и 1D показан, по существу, нагреватель 18 из Фиг.1А и 1В, но с множеством регулируемых горелок 32А-32Е, расположенных ниже множества каналов 20 (Фиг.1D). Регулируемые горелки 32А-32Е создают факелы пламени, направленные вверх (см. Фиг.1C), и каналы 20 продолжаются вверх и поверх горелок (т.е. в направлении Y). Нагреватель 18, показанный на Фиг.1C и 1D, имеет пять регулируемых горелок 32А-32Е, продолжающихся в направлении Z нагревателя 18 (Фиг.1D). Каждая регулируемая горелка 32А-32Е расположена под восемнадцатью (18) каналами сводчатого змеевика, в общем, обозначенными как поз.20. Регулируемые горелки или каналы в той или иной степени могут использоваться в нагревателе 18. Предпочтительно, нагреватель 18 имеет от двадцати (20) до ста (100) каналов, по каждому из которых протекает технологический поток.
Как показано на Фиг.1C, пять регулируемых горелок 32А-32Е расположены на полу или основании 22 рядом друг с другом. (На Фиг.1C каналы не показаны для ясности). Другими словами, горелки 32А-32Е расположены, по существу, в одной плоскости в направлении X. Однако горелки 32А-32Е могут быть расположены несоосно или в шахматном порядке относительно друг друга.
Как показано на Фиг.1C, регулируемые горелки 32А, 32Е, наиболее близко расположенные к огнеупорным стенкам 25, могут быть наклонены в направлении стенок 15, в то время как три регулируемые горелки 32В, 32С, 32D остаются в нейтральном положении. (На Фиг.1А и 1В стенки удалены для ясности). Горелка 32А может быть наклонена на угол от -1 градуса до -30 градусов в направлении Z, и горелка 32Е может быть наклонена на угол от 1 градуса до 30 градусов в направлении Z. Предпочтительно, горелка 32А наклоняется на угол от -7 до -15 градусов, и горелка 32Е наклоняется на угол от 7 до 15 градусов. Горелки 32В-32D показаны в нейтральном положении, но могут быть наклонены в любом направлении.
Наклон горелок 32А и 32Е в направлении стенок 15 позволяет расположить факелы пламени 34А, 34Е ближе к стенкам 15, что обеспечивает передачу большего тепла стенкам 15. Передача большего количества тепла стенкам 15 обеспечивает большее лучеиспускание на нагреватель 18, что способствует равномерному нагреву каналов 20. Тепловые потоки дымового газа в топке или нагревателе 18, которые вызывают нежелательное перемещение факелов пламени 34А-34Е ближе к каналам 20, как показано, например, на Фиг.1В, возможно, создаются частично из-за разницы температур между более холодными стенками 14, 15 и факелами пламени 34А-34Е от горелок 32А-32Е. Таким образом, большее количество тепла, передаваемое стенкам 15, делает их теплее, что способствует ослаблению или нарушению или уменьшению тепловых потоков в топке. Регулируемые горелки 32В-32D создают факелы пламени 34В-34D, которые продолжаются, по существу, параллельно стенке 15.
На Фиг.2А и 2В показано другое исполнение огневого нагревателя 118. Это исполнение, по существу, представляет собой три нагревателя, показанные на Фиг.1А и 1В и выровненные по боковым сторонам в направлении X. Второй турникетный огневой нагреватель 118В отделен от первого турникетного огневого нагревателя 118А и третьего турникетного огневого нагревателя 118С стенками 146. В отличие от Фиг.1А и 1В, нагреватель 118 из Фиг.2А и 2В имеет три выпускных трубы 112А, 112В и 112С, при этом одна из них соответствует одному из нагревателей 118А-118С. Конвекционная секция (не показана) может быть предусмотрена над каждой трубой 112А, 112В и 112С и может сообщаться с ними. Кроме того, в отличие от нагревателя из Фиг.1А и 1В, регулируемая средняя горелка 132В является «слабогорящей». Другими словами, регулируемая горелка 132В настраивается для создания факела пламени 134В, который не продолжается так высоко, как факелы пламени 134А и 134С. Слабогорящий факел пламени 134В может продолжаться на расстояние до одной трети от высоты факелов пламени 134А и 134С.
Первый турникетный огневой нагреватель 118А содержит регулируемую горелку 132А и канал 120А. Второй турникетный огневой нагреватель 118В содержит регулируемую горелку 132В и канал 120В. Третий турникетный огневой нагреватель 118С содержит регулируемую горелку 132С и канал 120С. Каждый канал 120А, 120В и 120С предпочтительно является сводчатым каналом, как описано выше в отношении других исполнений.
Каждая регулируемая горелка 132А, 132В и 132С соединена с основанием 122, т.е. горелки являются горелками нижнего нагрева. Каждая горелка 132А, 132В, 132С может быть расположена, по существу, по центру между соответствующим левосторонним вертикальным участком 120AL, 120BL, 120CL и правосторонним вертикальным участком 120AR, 120BR, 120CR каждого канала 120А, 120В, 120С. Другими словами, горелки 132А, 132В, 132С расположены, по существу, на равном расстоянии от каждого вертикального элемента. Однако горелки 132А, 132В, 132С могут быть расположены ближе к левостороннему вертикальному участку или правостороннему вертикальному участку, а не по центру.
Регулируемые горелки 132А, 132В, 132С могут быть расположены немного выше каждого впускного конечного коллектора 124А, 124В, 124С и выпускного конечного коллектора 126А, 126В, 126С, однако горелки могут быть расположены вровень или ниже этих коллекторов. Кроме того, горелки 132А, 132В, 132С могут быть расположены, по существу, в плоскости каналов 120А, 120В, 120С (т.е. относительно оси Z), но в других исполнениях могут быть расположены в шахматном порядке в направлении порядка расположения.
Нагреватели 118А, 118В, 118С, такие как нагреватели, показанные на Фиг.2А и 2В, часто подвергаются воздействию тепловых потоков. На Фиг.2А показаны регулируемые горелки 132А, 132В, 132С в первом или нейтральном положении. Когда горелки 132А и 132С находятся в первом положении, их соответствующие факелы пламени 134А, 134С «наклоняются» из-за тепловых потоков в топке. По существу, язык 138А факела пламени расположен близко к правостороннему участку 120AR канала 120А или на нем. Язык 138С факела пламени расположен близко к левостороннему участку 120AL канала 120С или на нем. Как указано выше в отношении Фиг.1А и 1В, это создает точки (не показано) интенсивного тепла рядом с этими участками, что может привести к повреждению этих участков каналов 120А, 120С. Кроме того, горячие внутренние потоки 148 могут содержать тепло от факелов пламени 134А и 134С, и это тепло контактирует с каналом 120В и может дополнительно повредить его, особенно, в частности, на участках 120BL и 120BR. Это тепло может привести к перегреву и повреждению канала 120В.
На Фиг.2В показаны регулируемые горелки 132А и 132С, наклоненные или отрегулированные с целью компенсирования их наклона из-за тепловых потоков. В частности, регулируемая горелка 132А может быть наклонена от -1 градуса до -30 градусов в направлении X. Горелка 132С может быть наклонена от 1 градуса до 30 градусов в направлении X. Предпочтительно, горелка 132А наклонена от -7 градусов до -15 градусов относительно горизонтальной плоскости, и горелка 132С наклонена от 7 градусов до 15 градусов относительно горизонтальной плоскости 150.
В отрегулированном положении факелы пламени 134А и 134С горелок 132А и 132С, соответственно, расположены ближе к огнеупорным стенкам 114. Тепловые потоки 148 дымового газа в топке или нагревателе 18, которые вызывают нежелательное перемещение факелов пламени 134А, 134С ближе к каналам, возможно, создаются частично из-за разницы температур между более холодной стенкой и факелами пламени 134А-134С от горелок 132А-132С. Большее количество тепла, передаваемое стенкам 114, делает их теплее, что способствует ослаблению или нарушению или уменьшению вредных тепловых потоков 148 в топке. Что касается положений, показанных на Фиг.2В, факел пламени 134А расположен ближе к левостороннему участку 120AL и факел пламени 134С расположен ближе к правостороннему участку 120CR. Языки 138А, 138С факелов пламени 134А и 134С, соответственно, расположены, по существу по центру относительно левостороннего и правостороннего вертикальных участков каналов 120А и 120С, соответственно. Как показано на Фиг.2А и 2В, языки 138А, 138С факелов пламени 134А, 134С, соответственно, расположены, по существу, на равном расстоянии от вертикальных участков 120А, 120С, соответственно, но смещены от центра по отношению к горелке 132А, 132С и ядрам 136А, 136С факелов пламени 134А, 134С. Таким образом, языки 138А, 138С создают точки интенсивного тепла (не показаны), по существу, на равном расстоянии от вертикальных участков каналов 120А, 120С, а не ближе к вертикально продолжающейся стороне каналов 120А, 120С. Эта регулировка горелок способствует более равномерному нагреву и снижает вероятность повреждения каналов 120А, 120С из-за чрезмерного нагрева. Поскольку ядра 136А, 136С факелов пламени 134А, 134С расположены ближе к вертикально продолжающемуся участку каналов 120А, 120С, эти участки (120AL, 120CR) будут получать больше лучистого тепла, чем остальная часть каналов 120А, 120С.
Кроме того, за счет угла наклона факелов пламени 134А, 134С, внутренние потоки 148 дымового газа переносят тепло от горелок 132А, 132С через канал 120 В и выходят через выпускную трубу 112В дымового газа. Слабогорящий факел пламени 134В из-за его более короткого факела пламени также позволяет этим горячим потокам проходить по каналу 120В и выходить через трубу 112В. Эта регулировка факела пламени способствует обеспечению равного расхода через каждую трубу 112А, 112В, 112С. Таким образом, канал 120В второго турникетного огневого нагревателя 118В не получает излишнего тепла, что возможно, когда нагреватели находятся в первом положении, показанном на Фиг.2А. Как показано на Фиг.2В, некоторая часть тепла от факела пламени 134А и 134С выводится через выпускные трубы 112А и 112С дымового газа, соответственно, потоками 148.
На Фиг.3А-3В показано другое исполнение нагревателя 218. Регулируемые горелки 232А-232С, показанные в этом исполнении, идентичны горелкам, показанным на Фиг.2А и 2В. Различие между нагревателем 118 из Фиг.2А и 2В и нагревателем 218 по этому исполнению состоит в том, что имеется только один канал 220, и он расположен у средней горелки 232В. Кроме того, канал 220 в этом исполнении, показанный на Фиг.3А-3В, является каналом W-образного типа в отличие от канала сводчатого типа, показанного на Фиг.2А-2В. Канал 220 аналогичен каналу, показанному на Фиг.1А и 1В, тем, что он содержит левосторонний участок и правосторонний участок, соединенные средним участком, который является вогнутым относительно основания 222. Как показано на Фиг.3А и 3В, левосторонний участок 220L сообщается с выпускным коллектором 226, и правосторонний участок 220R сообщается с впускным коллектором 224.
В отличие от каналов, показанных на Фиг.1А-2В, канал 220 имеет впускной коллектор 224 и выпускной коллектор 226, расположенные над сводчатым участком 220М. Кроме того, как показано на Фиг.3А, канал 220 содержит наружный левосторонний участок 220L и внутренний левосторонний участок 220L'. Аналогично, канал 220 содержит наружный правосторонний участок 220R и внутренний правосторонний участок 220R'. Эти участки соединены обратным коленом 244L, 244R. Наружный левосторонний вертикальный участок 220L и наружный правосторонний вертикальный участок 220R могут продолжаться на расстояние до 18 м (60 футов). Предпочтительно, наружный левосторонний вертикальный участок 220L и наружный правосторонний вертикальный участок 220R продолжаются на расстояние до 12 м (40 футов).
Технологический поток (не показан) протекает по впускному коллектору 224 вниз по наружному правостороннему участку 220R и по обратному колену 244R во внутренний правосторонний участок 220R', по среднему участку 220М, по внутреннему левостороннему участку 220L' и по обратному колену 244L, по наружному левостороннему участку 220L и выходит через выпускной коллектор 226. Технологический поток нагревается теплом от регулируемых горелок (как указано выше), которые описываются ниже.
На Фиг.3А и 3В показаны три регулируемые горелки: первая регулируемая горелка 232А, вторая регулируемая горелка 232В и третья регулируемая горелка 232С. Регулируемые горелки 232А, 232В, 232С расположены на полу или основании 222 нагревателя и образуют факелы пламени 234А, 234В, 234С, которые продолжаются вверх в вертикальном направлении (т.е. они являются горелками нижнего нагрева). Как и в исполнениях, описанных выше, регулируемые горелки 232А, 232В, 232С могут быть расположены в основании из огнеупорного материала или камня. Предпочтительно, регулируемые горелки 232А, 232В, 232С расположены, по существу, в плоскости канала 220 относительно направления Z. Однако горелки 232А, 232В, 232С могут быть расположены в переднем направлении, заднем направлении или в шахматном порядке.
Первая регулируемая горелка 232А и третья регулируемая горелка 232С расположены с противоположных сторон канала 220. Предпочтительно, первая регулируемая горелка 232А расположена, по существу, по центру относительно наружного левостороннего вертикального участка 220L канала 220 и стенки 214. Предпочтительно, третья регулируемая горелка 232С расположена, по существу, по центру относительно наружного правостороннего вертикального участка 220R канала 220 и стенки 214. Вторая регулируемая горелка 232В расположена, по существу, по центру между внутренним левосторонним вертикальным участком 220L' и внутренним правосторонним вертикальным участком 220R'.
Нагреватели, показанные, например, на Фиг.3А и 3В, часто подвергаются воздействию температурного градиента, что вызывает большее «отклонение» факелов пламени в одну сторону, чем в другую. На Фиг.3А показаны горелки 232А, 232В, 232С в первом положении или, по существу, горизонтальном положении относительно, по существу, горизонтальной воображаемой исходной плоскости 240 (Фиг.3В). За счет воздействия температурного градиента факелы пламени 234А, 234В 234С могут «отклоняться» вправо. По существу, факел пламени 234А расположен ближе к наружному левостороннему вертикальному участку 220L, факел пламени 234В расположен ближе к внутреннему правостороннему вертикальному участку 220R', и факел пламени 234С расположен ближе к стенке 214. Факел пламени 234А может перегревать наружный левосторонний участок 220L канала 220. Аналогично, факел пламени 234В может перегревать внутренний правосторонний участок 220R' канала 220.
На Фиг.3В показаны горелки 232А, 232В, 232С, наклоненные относительно горизонтальной исходной плоскости 240 с целью компенсирования «отклонения» факелов пламени, вызванного внутренними температурными градиентами (не показано). Предпочтительно, горелки 232А, 232В, 232С застопорены в этом положении с помощью стопорных устройств, описанных ниже. В частности, регулируемые горелки 232А, 232В и 232С могут быть наклонены на угол от -1 градуса до +30 градусов в направлении Х относительно горизонтальной исходной плоскости 240. Горелки 232А, 232В, 232С могут быть наклонены на угол от -7 градусов до -15 градусов относительно горизонтальной плоскости. В этом наклоненном или отрегулированном положении ядро 236 В среднего факела пламени 234В расположено ближе к внутреннему левостороннему участку 220L'. Однако язык 238В среднего факела пламени 234В расположен, по существу, по центру относительно внутренних участков 220L' и 220R'. Таким образом, язык 238В создает точку интенсивного тепла (не показано), по существу, на равном расстоянии от вертикальных участков, а не ближе или к левостороннему вертикальному участку или к правостороннему вертикальному участку канала 220. Поскольку язык 238В факела пламени 234В является более сцентрированным, это положение способствует более равномерному нагреву и уменьшает вероятность повреждения канала 220. Поскольку ядро 236В факела пламени 234В расположено ближе к внутреннему левостороннему вертикальному участку 220L', этот участок получает большее количество лучистого тепла.
Аналогично, ядро 236А первого факела пламени 234А расположено ближе к огнеупорной стенке 214, но язык 238А расположен, по существу, по центру относительно огнеупорной стенки 214 и наружного левостороннего вертикального участка 220L канала 220. Таким образом, точка интенсивного тепла (не показано), по существу, находится на равном расстоянии от огнеупорной стенки 214 и участка 220L, где существует меньшая вероятность проникновения интенсивного тепла в этот участок канала 220. Поскольку ядро 236А факела пламени 234А расположено ближе к огнеупорной стенке 214, оно нагревает огнеупорную стенку 214, что, в свою очередь, обеспечивает передачу лучистого тепла нагревателю 218.
Аналогично, ядро 236С третьего факела пламени 234С расположено ближе к наружному правостороннему участку 220R канала 220. Однако язык 238С и ядро 234С расположены, по существу, по центру относительно огнеупорной стенки 214 и наружного правостороннего участка 220R канала 220. Таким образом, точка интенсивного тепла (не показана), по существу, расположена на равном расстоянии от огнеупорной стенки 214 и наружного правостороннего участка 220R канала 220. По существу, существует меньшая вероятность проникновения излишнего тепла от факела пламени 234С в этот участок канала 220.
На Фиг.4А и 4В показано другое исполнение нагревателя 318. Это исполнение аналогично исполнению, показанному на Фиг.3А и 3В, за исключением того, что в этом исполнении используется канал со змеевиком, имеющим форму двойного I. Канал 320 содержит левосторонний вертикальный участок 320L и правосторонний вертикальный участок 320R. Однако в отличие от ранее описанных каналов левосторонний вертикальный участок 320L и правосторонний вертикальный участок 320R соединены средним участком (перепускным коллектором) 320М, который продолжается, по существу, между левосторонним вертикальным участком 320L и правосторонним вертикальным участком 320R ниже пола 322.
Левосторонний вертикальный участок 320L продолжается вертикально между наружным выпускным коллектором 346 и внутренним выпускным коллектором 326 и соединяется с ними. Правосторонний вертикальный участок 320R продолжается вертикально между наружным впускным коллектором 344 и внутренним впускным коллектором 324 и соединяется с ними. Левосторонний вертикальный участок 320L и правосторонний вертикальный участок 320R могут продолжаться на расстояние до 24 м (80 футов). Предпочтительно левосторонний вертикальный участок 320L и правосторонний вертикальный участок 320R продолжаются на расстояние до 15 м (50 футов). Наружный впускной коллектор 344 соединен с наружным выпускным коллектором 346 средним участком (перепускным коллектором) 320М. Технологический поток (не показан) протекает по впускному коллектору 324 вниз по правостороннему участку 320R, выходит из промежуточного выпускного коллектора 344 в коллектор 346 и затем протекает вверх по левостороннему участку 320L и выходит через выпускной коллектор 326. Поверхность канала 320 образует поверхность лучистого нагрева, как указано выше.
Аналогично исполнению, показанному на Фиг.3А и 3В, три регулируемых горелки 332А, 332В и 332С расположены на полу или основании 322 нагревателя 318 и образуют факелы пламени 334А, 334В, 334С, которые продолжаются вверх в вертикальном направлении (т.е. эти горелки являются горелками нижнего нагрева). Как и в исполнениях, описанных выше, регулируемые горелки 332А, 332В, 232С могут быть расположены в основании 322 из огнеупорного материала или камня.
Первая регулируемая горелка 332А и третья регулируемая горелка 332С расположены с противоположных сторон канала 320. Предпочтительно, первая регулируемая горелка 332А расположена, по существу, по центру между стенкой 314 и левосторонним участком 320L канала 220. Предпочтительно, третья регулируемая горелка 332С расположена, по существу, по центру между стенкой 314 и правосторонним вертикальным участком 320R. Вторая регулируемая горелка 332В расположена, по существу, по центру между левосторонним вертикальным участком 320L и правосторонним вертикальным участком 320R. Три горелки 332А, 332В и 332С расположены, по существу, в плоскости канала 320 относительно направления Z. Однако горелки 332А, 332В и 332С могут быть расположены в переднем направлении или заднем направлении плоскости канала 320 или могут быть расположены в шахматном порядке.
Нагреватель 318, показанный на Фиг.4А и 4В, часто подвергается воздействию температурных градиентов, что вызывает большее «отклонение» факела пламени в одну сторону, чем в другую. На Фиг.4А показаны горелки 332А, 332В, 332С в первом нейтральном положении или, по существу, горизонтальном положении относительно, по существу, горизонтальной воображаемой исходной плоскости 340. За счет воздействия температурных градиентов факелы пламени 334А, 334В 334С могут «отклоняться» вправо. По существу, факел пламени 334А расположен ближе к левостороннему вертикальному участку 320L, факел пламени 334В расположен ближе к правостороннему вертикальному участку 320R, и факел пламени 334С расположен ближе к стенке 314. Факел пламени 334А может перегревать левосторонний участок 320L канала 320. Аналогично, факел пламени 334В может перегревать правосторонний участок 320R канала 320.
На Фиг.4В показаны горелки 332А, 332В, 332С, наклоненные относительно горизонтальной исходной плоскости 340 с целью компенсирования «отклонения» факела пламени, вызванного внутренними температурными градиентами (не показано). Предпочтительно, горелки 332А, 332В, 332С застопорены в этом положении с помощью стопорных средств.
Регулируемые горелки 332А, 332В и 332С могут быть наклонены на угол от -1 градуса до +30 градусов в направлении Х относительно горизонтальной исходной плоскости 340. Горелки 332А, 332В и 332С могут быть наклонены на угол от -7 градусов до -15 градусов относительно горизонтальной плоскости. Ядро 336В среднего факела пламени 334В расположено ближе к левостороннему участку 320L. Язык 338В среднего факела пламени 334В расположен, по существу, по центру относительно левостороннего участка 320L и правостороннего участка 320R. Таким образом, язык 338В образует точку интенсивного тепла (не показано), по существу, расположенную на равном расстоянии от вертикальных участков, а не ближе или к левостороннему или к правостороннему вертикальным участкам 320L, 320R канала 320. Поскольку язык 338В факела пламени 334В является более сцентрированным, это положение способствует более равномерному нагреву и уменьшает вероятность повреждения канала 320. Поскольку ядро 336В факела пламени 334В расположено ближе к левостороннему вертикальном участку 320L, этот участок получает большее количество лучистого тепла.
Аналогично, ядро 336А первого факела пламени 334А расположено ближе к огнеупорной стенке 331, но язык 338А расположен, по существу, по центру относительно огнеупорной стенки 314 и левостороннего вертикального участка 320L канала. Таким образом, точка интенсивного тепла (не показано) расположена, по существу, на равном расстоянии огнеупорной стенки и левостороннего участка 320L, где существует меньшая вероятность его проникновения в участок канала 320. Поскольку ядро 336А факела пламени 334А расположено ближе к огнеупорной стенке 314, он нагревает огнеупорную стенку 314, что, в свою очередь, обеспечивает передачу лучистого тепла нагревателю 318.
Аналогично, ядро 336С третьего факела пламени 334С расположено ближе к правостороннему участку 320R канала 320. Однако язык 338С расположен, по существу, по центру относительно огнеупорной стенки 314 и правостороннего участка 320R канала 320. Таким образом, точка интенсивного тепла (не показана) расположена, по существу, на равном расстоянии от огнеупорной стенки 314 и правостороннего участка 320R канала 320. Фактически, существует меньшая вероятность попадания излишнего тепла от факела пламени 334С в участок канала 320.
На Фиг.5А-5С показано другое исполнение нагревателя 418. Как показано на Фиг.5А, это исполнение содержит множество каналов 420 и множество регулируемых горелок 432А, 432А', 432В, 432В', 432С, 432С'. Группа регулируемых горелок на стенке 415 обозначена, в общем, как поз. 432А-432С. Группа горелок на противоположной стенке 415' обозначена, в общем, как поз. 432А'-432С'. В отличие от исполнений, показанных на Фиг.1А-4В, в этом исполнении регулируемые горелки 432А-432С, 432А'-432С' расположены вдоль торцевых стенок 415, 415', а не вдоль пола или основания 422. В частности, как показано на Фиг.5А, регулируемые горелки 432А-432С расположены на торцевой стенке 415, и регулируемые горелки 432А'-432С' расположены на торцевой стенке 415'. Каждая группа противолежащих горелок создает факелы пламени, продолжающиеся, по существу, горизонтально относительно пола или основания 422.
На Фиг.5В показана одна из торцевых стенок 415 и один из множества каналов 420. Канал 420 имеет левосторонний вертикальный участок 420L или элемент и правосторонний вертикальный участок 420R или элемент, соединенные центральным или средним участком 420М. Левосторонний вертикальный участок 420L и правосторонний вертикальный участок 420R продолжаются вниз от потолка 450. Левосторонний вертикальный участок 420L соединен с выпускным конечным коллектором 426 и сообщается с ним. Правосторонний вертикальный участок 420R соединен с впускным конечным коллектором 424 и сообщается с ним. Такой канал может носить название U-образный змеевик.
Технологический поток (не показан) может протекать из впускного конечного коллектора 424 через правосторонний участок 420R, через средний участок 420М, через левосторонний участок 420L к выпускному коллектору 426. Однако впускной 424 и выпускной 426 коллекторы могут быть реверсивными, и, таким образом, протекание может быть реверсивным. Поверхность канала 420 образует поверхность лучистого нагрева, как описано выше в отношении других исполнений нагревателя. Канал 420 может иметь, фактически, любой тип сечения, например круглый, квадратный, прямоугольный, овальный и т.п. Предпочтительно, канал 420 имеет круглое сечение с постоянным диаметром и является трубчатым, т.е. не является открытым каналом.
Как показано на Фиг.5А-5С, это исполнение также содержит множество регулируемых горелок 432А, 432А', 432В, 432В', 432С, 432С'. Регулируемые горелки 432А, 432А', 432В, 432В', 432С, 432С' аналогичны горелкам, описанным выше, но установлены на торцевых стенках 415, 415' нагревателя 418, а не на полу 422. Как показано на Фиг.5В, преимущественно, предусмотрено восемь горелок, однако может быть предусмотрено большее или меньшее количество горелок. Горелки могут быть расположены по схеме 2×4×2. Как показано на Фиг.5В, четыре средние горелки 432В расположены, по существу, на вертикальной линии посередине U-образного канала 420. Линия горелок 432В расположена на равном расстоянии от левостороннего участка 420L и правостороннего участка 420R. Две горелки 432А расположены, по существу, на вертикальной линии слева от левостороннего участка 420L, но они могут быть расположены в шахматном порядке или смещены. Две горелки 432С расположены, по существу, на вертикальной линии справа от правостороннего участка 420R U-образного канала 420. Могут быть использованы другие схемы. Например, горелки 432А-432С, 432А'-432С' могут быть расположены по схеме 3×4×1,4×4×2 или 1×5×3. Расположение и количество горелок и их конфигурация могут быть выполнены в шахматном порядке и оптимизированы с целью проектирования процесса.
На Фиг.5В показана только одна торцевая стенка 415 этого нагревателя 415. Противоположная торцевая стенка 415', показанная на Фиг.5А и 5С, предпочтительно, имеет соответствующие горелки, другими словами, такое же количество горелок в такой же конфигурации. Таким образом, противолежащая торцевая стенка 415' является зеркальным отображением торцевой стенки 415, показанной на Фиг.5В.
На Фиг.5А и 5С показан вид сверху и, следовательно, показаны только верхние горелки 432А, 432В, 432С и 432А', 432В', 432С'. Другим словами, на этих фигурах показаны только горелки, расположенные наиболее близко к потолку 450 (Фиг.5В). Однако следует понимать, что факелы пламени от остальных расположенных ниже горелок является такими же, как и у верхних горелок, показанных на Фиг.5А и 5С. Как показано на Фиг.5А и 5С, регулируемые горелки 432А, 432В, 432С, 432А', 432В', 432С' образуют факелы пламени 434А, 434В, 434С, 434А', 434В', 434С', имеющее ядро 436А, 436В, 436С, 436А', 436В', 436С' и язык 438А, 438В, 438С, 438А', 438В', 438С'. Факелы пламени 434А, 434В, 434С, 434А', 434В', 434С' продолжаются, по существу, параллельно по отношению к полу 422, по существу, в одной горизонтальной плоскости. Факелы пламени 434В, 434В' от средних горелок 432В, 432В' продолжаются между левосторонним участком 420L и правосторонним участком 420R канала 420, но выше среднего участка 420М (Фиг.5В).
На Фиг.5А показаны горелки 432А, 432В, 432С на стенке 415 и горелки 432А', 432В', 432С' на стенке 415' в первом или нейтральном положении. В этом положении горелки 432А, 432В, 432С, 432А', 432В', 432С' не наклонены относительно горизонтально продолжающейся плоскости торцевых стенок 415, 415'. За счет выравнивания горелок 432А, 432В, 432С, 432А', 432В', 432С' на двух торцевых стенках (т.е. стенок, являющихся «зеркальным отражением» друг друга относительно размещения горелок) пламя от средних горелок 432В, 432В' часто объединяется в перекрывающийся участок 446 пламени. Это способствует образованию излишнего тепла, по меньшей мере, в группе каналов 448 рядом с серединой нагревателя 418. Факелы пламени 434А, 434А', 434С, 434С' от торцевых горелок 432А, 432А', 432С, 432С' часто завихряются в направлении группы каналов 448 за счет вихревых тепловых потоков в топке (не показано) в нагревателе 418. В частности, факелы пламени 434А, 434А', 434С, 434С' завихряются в направлении левостороннего и правостороннего участков этих каналов 448, которые являются такими же, как в случае с каналом, показанным на Фиг.5В. Эти факелы пламени 434А, 434А', 434С, 434С' также могут излишне нагревать группы каналов 448.
На Фиг.5С показаны горелки 432А-432С, 432А'-432С', наклоненные для компенсирования вихревых тепловых потоков в топке (не показано). Горелки 432А, 432А', 432В, 432В', 432С, 432С' могут быть наклонены на угол от 1 градуса до 30 градусов относительно горизонтальной плоскости торцевых стенок 415, 415'. Предпочтительно, горелки 432А, 432А', 432В, 432В', 432С, 432С' наклонены на угол от 7 градусов до 15 градусов в любом из двух направлений (т.е. в положительном или отрицательном направлении, как описано выше в отношении других исполнений нагревателя). Предпочтительно, соответствующие горелки наклонены на одинаковый угол, но в противоположных направлениях. Например, один комплект средних горелок 432В может быть наклонен на угол -7 градусов, а противолежащий комплект средних горелок 432В' может быть наклонен на угол +7 градусов. Ядра 436В, 436В' факелов пламени и языки 438В, 438В' факелов пламени смещены относительно их положения, показанного на Фиг.5А. Таким образом, факелы пламени 434В, 434В' не будут перекрываться, в результате чего снижается вероятность излишнего нагрева группы каналов 448.
Горелки 432А, 432А' наклонены таким образом, что языки 428А, 438А' факелов пламени расположены ближе к огнеупорным стенкам 414, чем в случае, когда эти горелки 432А, 432А' находятся в первом положении. В отрегулированном положении горелки 432А, 432А' даже могут контактировать с огнеупорными стенками 414. Аналогично, горелки 432С, 432С' наклонены таким образом, что языки 438С, 438С' факелов пламени расположены ближе к огнеупорным стенкам 414, чем в случае, когда эти горелки 432С, 43СА' находятся в первом положении. В отрегулированном положении горелки 432С, 432С' даже могут контактировать с огнеупорными стенками 414. Другими словами, факелы пламени 434А, 434А', 434С, 434С' завихряются в сторону от группы каналов 448, а не в направлении к ним. По существу, факелы пламени 434А, 434А', 434С, 434С' и языки 438А, 438А', 438С, 438С' факелов пламени больше не расположены рядом или близко к группе каналов 448, имеющих определенную форму. Это уменьшает вероятность того, что группа каналов 448 будет подвергаться воздействию излишнего тепла или будет повреждена. Кроме того, расположение факелов пламени 434А, 434А', 434С, 434С' ближе к огнеупорным стенкам 414 позволяет нагревать огнеупорные стенки 414, что обеспечивает более равномерную передачу лучистого тепла нагревателю 418. Помимо этого, нагрев огнеупорных стенок 414 уменьшает вихревые тепловые потоки в топке за счет устранения различия температур между стенкой и остальной частью нагревателя 418.
На Фиг.6А-6D показано другое исполнение нагревателя 518. Подобно нагревателям, показанным на Фиг.1C-4В, множество регулируемых горелок 532А-532L расположено на полу 522 или основании нагревателя и образует факелы пламени (не показано), которые продолжаются вверх в вертикальном направлении (т.е. горелки являются горелками нижнего нагрева). Как и в описанных выше исполнениях, регулируемые горелки 532А-532L могут быть расположены в основании 522 из огнеупорного материала или камня. Однако в отличие от описных выше исполнений нагревателя, по меньшей мере, один канал в этом исполнении является каналом серпантинного типа (Фиг.6В). Как показано на Фиг.6В, канал 520 продолжается вертикально от основания или пола 522 и, следовательно, параллельно направлению факелов пламени (не показано) от регулируемых горелок 532А-532L. Однако, как показано на Фиг.6В, вместо сводчатой или U-образной формы участки канала имеют волнообразную форму, т.е. участки, продолжающиеся в вертикальном направлении, соединены U-образным участком. Технологический поток (не показано) входит во впускной коллектор (не показано) и движется по волнообразному участку и затем выходит через выпускной коллектор (не показано).
Как показано на Фиг.6А и 6С, множество каналов, каждый из которых имеет множество волнообразных участков, расположено по периметру нагревателя 518. Дополнительные каналы, проходящие перпендикулярно каналам, расположенным по периметру, образуют, по меньшей мере, одну подсекцию нагревателя. Другими словами, каналы образуют решетку. Предпочтительно, каналы образуют шесть (6) подсекций 521А-521F решетки. Однако каналы могут образовывать большее или меньшее количество подсекций.
Как показано на Фиг.6А и 6С, регулируемые горелки 532А-532L расположены в каждой подсекции 521А-521F нагревателя 518. Предпочтительно, в каждой подсекции расположено две регулируемые горелки. Однако в каждую подсекцию может быть включено больше или меньшее количество горелок. Предпочтительно, регулируемые горелки в каждой подсекции, по существу, выровнены в направлении Z, однако они могут быть смещены. Предпочтительно, в направлении Х выровнено три регулируемых горелки. Однако они тоже могут быть смещены.
На Фиг.6D показаны потоки 544 дымового газа в топке, которые обычно возникают в нагревателе 518, показанном, например, на фиг.6А и 6С. Эти потоки 544, в общем, являются вихревыми и протекают против часовой стрелки. По существу, они могут создавать в нагревателе 518 эффект «вихря». Когда горелки 532А-532L находятся в первом или нейтральном положении, как показано на Фиг.6А, эти потоки 544 уводят факелы пламени (не показано) от регулируемых горелок 532А-532L в направлении каналов.
На Фиг.6С показаны горелки 532А-532L, отрегулированные для компенсирования этих завихряющихся потоков 544. Регулирование горелок 532А-532L таким образом, чтобы факелы пламени были наклонены, завихрялись или располагались, по существу, в направлении, противоположном эти потокам, позволяет сцентрировать факелы пламени относительно каналов, как показано выше в отношении других исполнений. Другими словами, факелы пламени могут быть наклонены в направлении или против направления завихрения потоков. В отрегулированном положении факелы пламени (не показано) нарушают завихряющиеся потоки 544. Кроме того, положение горелок 532А-532L и потоки 544 позволяют расположить языки факелов пламени и точки интенсивного тепла (не показано), по существу, на равном расстоянии между противолежащими группами каналов. Это препятствует перегреву и повреждению каналов.
На Фиг.6С показаны предпочтительные положения регулируемых горелок 532А-532L, однако горелки 532А-532L могут быть расположены иным образом. Другими словами, подобно регулируемым горелкам, показанным на Фиг.1А и 1В, эти регулируемые горелки наклонены только относительно воображаемой горизонтальной исходной линии. Горелки 532А, 532С, 532F, 532Н, 532К, 532L наклонены относительно оси X, Y и Z. Горелки 532С и 532J остаются в первом или нейтральном положении.
Горелки 532В, 532D, 532G, 532I могут быть наклонены на угол от 1 градуса до 30 градусов или от -1 градуса до -30 градусов. Предпочтительно, горелки 532В, 532D, 532G, 532I наклонены на угол от 7 градусов до 15 градусов или от -7 градусов до -15 градусов относительно горизонтальной исходной плоскости. Горелки 532А, 532С, 532F, 532Н, 532К, 532L могут быть отрегулированы на угол от 1 градуса до 50 градусов относительно направлений Х и Z или на угол от -1 градуса до -50 градусов. Предпочтительно, горелки 532А, 532С, 532F, 532Н, 532К, 532L расположены под углом от 45 градусов до -45 градусов относительно направления Х и Z. Предпочтительно, горелки 532А, 532С, 532F, 532Н, 532К, 532L наклонены под углом от 1 градуса до 30 градусов или от -1 градуса до -30 градусов относительно горизонтальной исходной плоскости. Предпочтительно, горелки 532А, 532С, 532F, 532Н, 532К, 532L наклонены под углом от 7 градусов до 15 градусов или от -7 градусов до -15 градусов относительно горизонтальной исходной плоскости.
На Фиг.7А-7С показано другое исполнение нагревателя 618. Подобно нагревателям, показанным на Фиг.1C-6D, регулируемые горелки 632А-632Н расположены на полу 622 нагревателя 618 и образуют факелы пламени (Фиг.7С), которые продолжаются вверх в вертикальном направлении (т.е. они являются горелками нижнего нагрева). Как и в исполнениях, описанных выше, регулируемые горелки 632А-632Н могут быть расположены в основании 622 из огнеупорного материала или камня.
В отличие от описанных выше исполнений нагревателя, это исполнение содержит множество горизонтально продолжающихся каналов 620. Предпочтительно, нагреватель 618 содержит, по меньшей мере, два канала 620А, 620В, которые продолжаются, по существу, параллельно относительно основания 622 или исходной плоскости. Каналы 620А, 620В могут иметь фактически любое сечение, например овальное, круглое, квадратное, прямоугольное и т.д. Предпочтительно, каналы 620А, 620В имеют закрытое круглое сечение. Каналы 620А, 620В содержат технологический поток (не показано) и образуют поверхность лучистого излучения (не показано), как описано выше в отношении предыдущих исполнений. В частности, технологический поток входит во впускной коллектор (не показано) и движется по центральному участку каналов 620А, 620В и затем движется через выпускной коллектор (не показано).
Между каналами расположено множество регулируемых горелок 632А-632Н. Предпочтительно, вдоль каналов 620А, 620В (т.е. в направлении X) продолжаются восемь регулируемых горелок 632А-632Н, однако может быть предусмотрено большее или меньшее количество горелок. Предпочтительно, регулируемые горелки 632А-632Н, по существу, выровнены в направлении Z.
На Фиг.7А показаны регулируемые горелки 632А-632Н в первом или нейтральном положении. В этом положении потоки 648 дымового газа уводят факелы пламени или в направлении канала 620А или в направлении канала 620В. Это приводит к образованию точек интенсивного тепла близко или к каналу 620А или к каналу 620В, как описано выше со ссылкой на Фиг.1А и 1В.
На Фиг.7С показана регулируемая горелка 632Н в первом положении. В этом положении горелка 632Н, по существу, находится в горизонтальном положении относительно, по существу, горизонтальной воображаемой исходной плоскости 40. Ядро 636 факела пламени 634 расположено, по существу, по центру относительно каналов 620А и 620В. Однако язык 638 факела пламени 634 может быть не сцентрирован и может быть расположен больше в направлении или канала 620А или канала 620В. Другими словами, язык 638 факела пламени 634 может быть расположен со смещением от центра относительно канала 620А или 620В. Это может быть вызвано боковыми потоками дымового газа в топке. Язык 638 может образовывать точку 642 интенсивного тепла рядом с каналом 620В. Как показано на Фиг.7С, потоки вынуждают факел пламени 634 наклоняться к каналу 620В. Это приводит к образованию точки 642 интенсивного тепла рядом с каналом 620В, что может вызвать повреждение этого канала. Наклон горелки во второе положение позволяет сцентрировать точку 642 интенсивного тепла, как описано выше со ссылкой на Фиг.1А и 1В. В нейтральном положении, показанном на Фиг.7С, факел пламени 634 может наклоняться к каналу 620А, если потоки 648 больше отклоняют факел пламени 634 к правой стороне.
На Фиг.7В показаны регулируемые горелки 632А-632Н, отрегулированные для компенсирования боковых потоков 648 топливного газа в нагревателе. Регулирование регулируемых горелок 632А-632Н, как показано на Фиг.7В, в частности факелов пламени 632А, 632Н и 632В, 632G и 632С, 632F, в противоположных направлениях, позволяет расположить факелы пламени от соответствующих горелок таким образом, чтобы они нарушали эти потоки 648. Положение факела пламени и потоков позволяет расположить языки факела пламени и точки интенсивного тепла, образуемые горелками 632А-632Н, по существу, на равном расстоянии от каналов 620А, 620В. Это, по существу, равноудаленное положение предотвращает перегрев или повреждение каналов.
Горелки 632D, 632Е могут оставаться в нейтральном положении. Горелки 632А и 632Н наклонены только в направлении Х относительно горизонтальной исходной плоскости. Горелки 632С и 632F наклонены только в направлении Z относительно горизонтальной исходной плоскости. Горелки 632В и 632G регулируются в направлениях Х и Z. Горелки 632А и 632Н могут быть наклонены на угол от 1 градуса до 30 градусов или от -1 градуса до -30 градусов. Предпочтительно, горелки 632А и 632Н наклонены на угол от 7 до 15 градусов ил от -1 градуса до -15 градусов. Горелки 632С и 632F могут быть наклонены на угол от 1 градуса до 30 градусов или от -1 градуса до -30 градусов. Предпочтительно, горелки 632С и 632F наклонены на угол от 7 до 15 градусов или от -1 до -15 градусов. Горелки 632В и 632G могут быть отрегулированы на угол от 1 градуса до 50 градусов относительно направлений Х или Z или от -1 градуса до -50 градусов. Предпочтительно, горелки 632D и 632G расположены под углом 45 градусов или -45 градусов относительно направлений Х и Z. Горелки 632В и 632G могут быть расположены под углом от 1 градуса до 30 градусов или от -1 градуса до -30 градусов относительно горизонтальной исходной плоскости. Предпочтительно, горелки 632В и 632G наклонены под углом от 7 градусов до 15 градусов или от -7 градусов до -15 градусов относительно горизонтальной исходной плоскости.
Как указано выше, каждая горелка, используемая в каждом исполнении нагревателя, является регулируемой. По существу, каждая регулируемая горелка содержит средство для быстрого и легкого регулирования ее положения в реальном режиме времени или во время эксплуатации.
Фактически, для регулирования горелки может быть использовано любое средство, пока это средство регулирования позволяет горелке обеспечивать различные положения факела пламени относительно канала и может поддерживать регулируемые горелки, масса которых составляет 40-800 кг (100-2000 фунтов). Предпочтительно, каждая горелка весит 200-600 кг (500-1500 фунтов).
Предпочтительно, горелки 32, 132, 232, 332, 432, 532, 632 могут быть наклонены влево или вправо, вперед или назад и в промежуточном положении. Например, в исполнении, показанном на Фиг.1А и 1В, средство регулирования позволяет наклонять горелку 32 или к левостороннему вертикальному участку 20А или к правостороннему участку 20В при наклоне в переднем или заднем направлении (т.е. в направлении Z).
Средство регулирования позволяет горелке 32, 132, 232, 332, 432, 532, 632 поворачиваться на триста шестьдесят градусов (360°). Средства поворачивания могут включать в себя любое количество подшипников и зубчатых шестерней или соединений, таких как сферический шарнир или двойной сферический шарнир, поворотный кронштейн с осью поворачивания, кулачковый вал, коленчатый вал и т.п. Средство поворачивания или средство относительного поворачивания также может включать в себя стопорный механизм. Средство наклона может включать в себя ось поворачивания и стопорный механизм или рычаг. Кроме того, средство регулирования может включать в себя средство выпуска горелки 32 вверх или убирания ее вниз.
Средство регулирования также содержит средство стопорения регулируемой горелки 32, 132, 232, 332, 432, 532, 632 на месте. Фактически, для стопорения горелки 32 на месте может быть использовано любое средство, такое как стопорные винты, зубья и т.д. или другие элементы, которые обеспечивают механическое препятствование поворачиванию, наклону или вращению горелки 32. Кроме того, средство регулирования может включать в себя электромеханическое средство для регулирования и стопорения горелки 32 на месте.
На Фиг.8 показан разрез участка печи 10, имеющей огневую горелку 32, расположенную на огнеупорном полу или основании 22. Горелка может быть любой описанной здесь регулируемой горелкой. Кроме того, горелка может быть расположена вдоль стенки, а не в основании. Горелка 32 включает в себя исполнение, по меньшей мере, одного регулирующего средства 700. Печь 10 может быть печью, показанной на Фиг.1А и 1В. Однако должно быть понятно, что может использоваться печь, имеющая средство регулирования по другим исполнениям печи.
На Фиг.8 показано основание 22. Основание 22 имеет первую поверхность 22А и противолежащую вторую поверхность 22В. Основание 22 также имеет отверстие с камерой или каналом 27, содержащим горелку 32. Факел пламени 34, образуемый горелкой 32, может продолжаться, по существу, вверх через отверстие. В отверстии по периметру уложен огнеупорный материал 23. Камера 27 горелки продолжается от отверстия вниз. Камера 27 имеет с одного конца отверстие, позволяющее факелу пламени 34 продолжаться через основание 22. Камера 27 имеет другое отверстие на другом конце, которое действует в качестве впуска 35 воздуха. Впуск 35 воздуха может представлять собой группу заслонок 37, известных по существующему уровню техники. Камера 27 может, фактически, иметь любую форму и иметь, фактически, любое сечение, например квадратное, прямоугольное, овальное, круглое и т.д. Между противоположными концами может быть предусмотрен изгиб.
В верхнем направлении от канала 27 к отверстию в основании 22 продолжается, по меньшей мере, одна горелка 32. Горелка 32 содержит, по меньшей мере, одну топливную трубу, в этом случае газовую трубу 29, которая сообщается, по меньшей мере, с одним источником топлива, который представляет собой конечную станцию 33 газопровода. Горелка 32 также может быть соединена с монтажной плитой горелки (не показано). На конце, противоположном конечной станции 33 газопровода, к газовой трубе 29 присоединен, по меньшей мере, один стабилизатор 31 факела пламени, где факел пламени 34 выпускается из горелки. С внутренней части стенок камеры 27 имеется, по меньшей мере, одна керамическая труба 25, которая служит для защиты камеры 27 от воздействия чрезмерного тепла горелки.
Регулирующее средство 700 содержит, по меньшей мере, одно поворотное устройство 702А, 702В, прикрепленное ко второй поверхности 22В основания 22. Два поворотных устройства 702А, 702В, по одному с каждой стороны канала 27, могут быть прикреплены ко второй поверхности 22В основания 22. Поворотные устройства 702А, 702В имеют первый конец, прикрепленный к основанию, и второй конец, прикрепленный к соединителю. Первый конец прикреплен ко второй поверхности 22В и фиксируется на месте, а второй конец является поворотным. Опорная поверхность разделяет первый конец и второй конец. Поворотные устройства 702А, 702В могут поворачиваться на 360° в направлении или по часовой стрелке или против часовой стрелки в направлении Y. Со вторым концом поворотных устройств 702А, 702В и втулкой 706А, 706В соединен соединитель 704А, 704В. Соединитель 704А, 704В может быть жесткой штангой. Каждая втулка 706А, 706В содержит поворотную опору 708А, 708В. Поворотные опоры 708А, 708В соединены с газовой трубой 29. К каждой втулке 706А, 706В прикреплена стопорная гайка 720А, 710В для фиксации относительного положения поворотной опоры 708А, 708В. По меньшей мере, к одной поворотной опоре 708А, 708В крепится, по меньшей мере, один указатель 712 угла поворота для указания относительного положения поворотной опоры 708А, 708В.
Для регулирования положения горелки 32, по меньшей мере, одно поворотное устройство 702А, 702В поворачивается или по часовой стрелке, или против часовой стрелки. Поворачивание, по меньшей мере, одного поворотного устройства 702А, 702В позволяет поворачивать, по меньшей мере, один поворотный элемент 708А, 708В. Поворачивание, по меньшей мере, одного из опорных элементов 708А, 708В во втулке 706А, 706В позволяет перемещать поворотный элемент 708А, 708В к газовой трубе 29 горелки. Контакт между поворотным элементом 708А, 708В и газовой трубой 29 обеспечивает наклон горелки (Фиг.1В). Поворачивание, по меньшей мере, одного поворотного устройства 702А, 702В в противоположном направлении позволяет перемещать поворотный элемент от газовой трубы 29, что позволяет перемещать горелку 32 в нейтральное положение (Фиг.1А). Горелка 32 может наклоняться или поворачиваться в любом направлении. Направление зависит от того, какое поворотное устройство поворачивается и, следовательно, какой поворотный элемент перемещается относительно газовой трубы.
Кроме того, нагреватели по вышеуказанным исполнениям могут иметь, по меньшей мере, один датчик (не показан). Предпочтительно, датчик расположен в каналах или рядом с ними, в частности рядом с участками каналов, которые часто повреждаются из-за воздействия чрезмерного тепла. Датчик предназначен для считывания температуры на участке или рядом с участком канала вблизи датчика. Если датчик считывает температуру, которая равна или превышает заданную максимальную температуру, датчик приводит в действие средство регулирования положения факела пламени, так чтобы факел пламени перемещался от датчика и перегретого участка канала. Датчики также могут быть расположены в другом месте и могут быть предназначены для считывания параметров окружающей среды, например скорости и направления ветра. Если скорость ветра соответствует или превышает заданную скорость, датчик передает данные на средство регулирования с целью регулирования горелки для компенсации воздействия ветра. В частности, датчик может передавать данные на средство регулирования для перемещения или наклона горелки в направлении, противоположном направлению ветра (например, против ветра). Величина перемещения или наклона может зависеть от скорости ветра. Таким образом, датчики обеспечивают автоматическое регулирование горелки в режиме реального времени в зависимости от окружающих условий.
Горелка может регулироваться автоматически, как в случае с датчиком, описанным выше, или удаленно вручную. В частности, к регулируемой горелке может быть подключен компьютер (не показано). Компьютер может включать в себя программное обеспечение, которое взаимодействует со средством регулирования, чтобы пользователь мог дистанционно регулировать горелку посредством команд, вводимых в компьютер. Кроме того, компьютер может быть предназначен для регулирования положения горелки в ответ на сообщения датчика. В частности, входные данные могут представлять собой ряд команд для перемещения горелки согласно заданным условиям. Например, программное обеспечение позволяет пользователю вводить заданное пороговое значение температуры. Датчик будет считывать температуру на участке или рядом с участком канала. Если температура соответствует или превышает заданное пороговое значение температуры, датчик посылает сигнал на компьютер. Компьютер и программное обеспечение будут приводить в действие средство регулирования для перемещения горелки относительно канала.
Несмотря на то что нагреватель, по меньшей мере, с одной горелкой был описан с учетом примерных конструкций, он не ограничивается ими. Наоборот, приложенная формула изобретения должна истолковываться в широком смысле и включать в себя другие варианты и конструкции, которые могут быть выполнены специалистами в этой области техники без отклонения от существа изобретения. Предполагается, что это описание распространяется на любые описанные здесь усовершенствования или варианты. Таким образом, предлагается устройство, представленное выше со ссылкой на приведенное описание и приложенные чертежи.