| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2072476
СИСТЕМА ОПАЛЕННЯ Повітронагрівачі
Ім'я винахідника: Воловик А.В .; Разиграєв В.І .; Нетронін В.І .; Зубар С.Н .; Дубов Б.Г.
Ім'я патентовласника: Акціонерне товариство відкритого типу "Северсталь"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.07.27
Використання: в воздухонагревателях доменних печей та інших горілчаних пристроях. Суть винаходу: система опалення включає дві і більше пальників, розташованих одна над іншою в камері горіння, забезпечених змішувальними патрубками, патрубками подачі газу і повітря, повітропроводом, вентилятором і змішувальну камеру. Відстань між центрами сусідніх пальників вибирають з певного співвідношення, а в патрубку подачі газу і / або повітря кожного пальника встановлена формує касета з поздовжніми наскрізними каналами і гідравлічним діаметром 0,005-0,10 гідравлічного діаметра патрубка, вихідна перетин якої збігається з вихідним перетином цього патрубка, вихідна перетин відстоїть від вихідної на відстані 0,5-1,0 гідравлічного діаметра патрубка.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до чорної металургії, точніше до пальникових пристроїв воздухонагревателей доменних печей.
Відома конструкція для нагріву доменного дуття (патент США N 3216709, кл. 269-19 від 21.09.61), що має дві і більше пальників, розташованих одна над іншою. При цьому одна з пальників повинна бути з попередніми перемішуванням газу і повітря, що забезпечує поперечне розподіл факела в камері згоряння і тим самим усуває пульсації тиску продуктів згоряння.
Однак, відома пристрій розроблений таким чином не усуває пульсації тиску, так як організація попереднього зміщення газу і повітря в одній з пальників, при мають місце на практиці коливаннях швидкості виходу газоповітряної суміші і наявності постійного джерела займання, функції якого виконує нагріта футерування камери згоряння, сприяє коливанням тепловиділення в штуцері і камері пальника, і отже, є джерелом пульсацій тиску продуктів згоряння (Шкляр Ф.Р. Малкін В.М. Каштанова С.П. та ін. Доменні повітронагрівачі, М. Металургія 1982, с. 41, 47). Крім цього, при одночасно працюючих пальниках пульсації, створювані кожним пальником, можуть підсумовуватися і при певних амплітудно-фазових співвідношеннях ще більш посилюватися.
Метою винаходу є усунення перерахованих вище недоліків і підвищення теплової продуктивності воздухонагревателей.
Мета досягається тим, що в запропонованій системі опалення повітронагрівачів, що включає дві і більше пальників, розташованих одна над іншою, в камері горіння забезпечених змішувальними патрубками, подачі газу і повітря, повітропроводом, вентилятором, змішувальної камерою і камерою горіння, згідно із запропонованим, відстань між центрами сусідніх пальників вибирають із співвідношення: 
, А в патрубку подачі газу і (або) повітря кожного пальника встановлена формує касета з поздовжніми наскрізними каналами і гідравлічним діаметром 0,05-0,10 гідравлічного діаметра патрубка, вихідна перетин якої збігається з вихідним перетином цього патрубка, вхідний перетин відстоїть від вихідної на відстані 0,5-1,0 гідравлічного діаметра патрубка, де l відстань між сусідніми пальниками, м, 
фізична швидкість руху середовища в камері горіння, м / с,
f власна частота 1-ої гармоніки коливань стовпа газів в камері горіння, Гц,
n ціле число довжин хвилі, 0, 1, 2. n,
до величина, що змінюється в межах 0,15-0,85.
Суть винаходу полягає в наступному. Установка формує касети у вихідному перерізі газу і / або повітря з пропонованими співвідношеннями її розмірів забезпечує зменшення пульсацій при горінні за рахунок формування потоку з турбулентними вихорами менших розмірів, в порівнянні з вихідними великомасштабними вихорами, розміри яких порівнянні з діаметрами патрубків подачі газу і повітря, в яких вони утворюються і є причиною появи пульсацій тиску продуктів згоряння при горінні. При цьому виконання касет довжиною менше 0,5, а діаметра осередки (d г) менше 0,05 гідравлічного діаметра (D г) Відповідне патрубка недоцільно, тому що не забезпечує стійкого формування струменів на виході з касет і призводить до зайвих енергетичних витрат на місцеві опори. Виконання касет довжиною понад 1,0 D г і діаметра осередки d г, більше 0,1 D г і недоцільно, тому що пульсації при цьому будуть сильніші, ніж при зазначених вище співвідношеннях.
Збіг вихідного перетину касети з вихідним перетином патрубка подачі газу і / або повітря забезпечує протікання процесів змішання по розвиненою поверхні стійких, сформованих касетою окремих цівок, що складаються з дрібних вихорів, і призводить до утворення на цій поверхні шару суміші, що відповідає стехиометрическому співвідношенню газу з повітрям. Ця суміш запалюється і вигорає на довжині цівки, достатньої для утворення стійкого шару продуктів згоряння, який перешкоджає змішанню залишилася основної частини газу і повітря в змішувальному патрубку, що сприяє переносу займання і горіння в камеру горіння, що має в порівнянні зі змішувальним патрубком значно більший перетин і обсяг, і зменшення пульсацій при горінні.
Розташування пальників на певній відстані один від одного дозволяє зрушити по фазі частоти залишкових пульсацій, що створюються кожним пальником в камері горіння, і тим самим зменшити амплітуди коливань тиску при спалюванні газів. Для пояснення цього приймалося, що пульсації тиску є результатом періодично змінюється надходження в камеру згоряння і подальшого займання певних порцій газоповітряної суміші.
 |
 |
 |
На фіг. 1 зображена розрахункова схема взаємодії процесів горіння сусідніх пальників: 1 умовно показано перетин, в якому встановлена перша пальник; 2 перетин установки другий пальника; 3 умовне хвилеподібна зміна збурень, що вносяться порціями газоповітряної суміші від першої пальника при періодичному згорянні газоповітряної суміші в часі, l довжина хвилі збурень, м; l відстань між центрами сусідніх пальників, м. Беручи величину амплітуди збурення, пропорційній кількості газоповітряної суміші, яка подається через пальник, і позначивши загальний витрата суміші одиницею, витрата суміші через другу пальник а, а через першу відповідно 1 а, запишемо закон зміни коливань, внесених другий пальником у вигляді: |
З огляду на те, що коливання складаються на рівні другої пальника по ходу газів, а й те, що коливання, що вносяться першої пальником, запізнюються на час t щодо коливань, внесених другий пальником, зміни коливань від пальника 1 на рівні пальника 2 запишуться у вигляді:
A 1 = (1-a) sin (t- 
) (2)
Додавання амплітуд пульсацій дає наступну залежність: 
За визначенням: 
де l шукане відстань між пальниками, м;
l довжина хвилі коливань, м.
З урахуванням (4) вираз (3) запишеться у вигляді: 
На фіг.2 криві 1, 2, 3 зображують залежність R від l / 
, Розраховані за формулою (5) при наступних співвідношеннях витрат (А): 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 0,9. Як видно з фіг.2, для всіх значень (а) найбільш різке зменшення амплітуди R спостерігається в інтервалі від 0,15 до 0,85 і в загальному вигляді в інтервалі l (0,15-0,85) l. З урахуванням періодичності косинусоидальной функції l (0,15-0,85) l + n (6), де n 0, 1, 2, 3, 4, n відповідає цілому числу довжин хвиль.
Довжина хвилі в залежності (6) визначається з акустичних властивостей камери горіння і фізичної швидкості руху газів в камері горіння за виразом: 
де 
фізична швидкість газів в камері згоряння, м;
f частота коливань стовпа газів в камері горіння, Гц.
Установка формують касет в початковій ділянці повітропроводу після дифузора вентилятора зменшує турбулентні пульсації швидкості повітря, що виникають через недосконалість дифузора вентилятора, і при виході з колеса вентилятора, що має кінцеве число лопаток, сприяє зменшенню масштабу турбулентності коливань потоку повітря і пов'язаних з ним пульсацій при горінні .
На фіг. 3 зображена конструкція системи опалення. Система опалення включає в себе камеру горіння 1, змішувальний патрубок 2, газові пальники 3, патрубки 4 подачі газу, патрубки 5 подачі повітря горіння, що формують касети 6, вентилятор 7, дифузор 8 вентилятора, яка формує касету 9, дросельні запірно-регулюючі клапани 10, отделітельний клапани 11 газового пальника, l - відстань між центрами сусідніх пальників.
Система опалення працює наступним чином.
Повітря від вентилятора 7 через дифузор 8 надходить в касету 9, де формується в окремі струмені при ослабленні турбулентних пульсацій швидкості, і далі через клапан 10 і патрубок 5 подачі повітря потрапляє в касети 6, де формується в окремі струмені, що створюють оптимальні умови для змішування і горіння частини повітря і газу, що надходить через патрубки 4, в змішувальному патрубку 2. Основна ж частина газу запалюється і горить в камері горіння 1. Відстань l між пальниками вибирається відповідно до залежності, наведеної у формулі винаходу. Нижче проводиться приклад розрахунку цієї відстані при наступних вихідних даних, відповідних робочим режимам роботи пальників воздухонагревателей.
1. Загальна витрата повітря на 1 апарат 150000 м 3 / год
в тому числі: на 1-шу пальник 75000 м 3 / год
на 2-у пальник 75000 м 3 / год
2. Загальний витрата суміші доменного та природного газу на 1 апарат 150000 м 3 / год
в тому числі: на 1-шу пальник 75000 м 3 / год
на 2-у пальник 75000 м 3 / год
3. Температура продуктів згоряння в камері горіння 1350 o C
4. Склад димових газів: CO 2 17,43%
N 2 70,91%
H 2 O 9,83%
O 2 1,83%
5. Висота камери згоряння (за кресленнями) 32 м
6. Діаметр камери згоряння 3,52 м
розрахунок
1. Швидкість звуку С при температурі в камері горіння: 
де за таблицями з урахуванням складу і температури димових газів
C p / C v 1,37
газова стала R 8310 Дж / (кмоль · град);
молярна маса газу по його складу 
29,85 кмоль;
абсолютна температура Т 1350 +273 1623 o C.
Підставивши значення величин, отримаємо швидкість звуку: 
2. Частота коливань стовпа газів в камері згоряння для труби, закритої з одного боку: 
де L висота камери згоряння задана, L 32 м;
D діаметр камери згоряння задана, D 3,52 м;
Підставивши значення, знаходимо: 
3. Площа живого перетину камери згоряння:
F = 
d 2/4 = 0,785 (3,52) 2 = 9,73 м 2
4. Фізична швидкість димових газів в камері згоряння від 1-ої по ходу руху пальника: 
5. Стандартна довжина хвилі обурень в камері горіння 
6. За формулою 
знаходимо ряд інтервалів допустимих місць установки другий пальника щодо першої, в залежності від До і (або) n:
Так при n 0
l к = 0,15 4,29 · 0,15 0,64 м;
l к = 0,85 4,29 · 0,85 3,64 м,
відстань між центрами першої і другої пальників необхідно вибирати в інтервалі l 0,64 3,65 м;
при n 1;
l к = 0,15 4,29 · 1,15 4,93 м,
l к = 0,85 4,29 · 1,85 7,94 м,
відстань між центрами першої і другої пальників необхідно вибирати в інтервалі l 4,93 7,94 м.
Розрахунок відстані l між центрами 2-ий і 3-ій, 3-ій і 4-ій і т.д. пальниками ведеться аналогічним чином.
Відповідно до фіг.2 установка пальників на відстані l між ними дозволить значно знизити амплітуду пульсацій.
Використання винаходу дозволяє значно зменшити пульсації тиску при спалюванні особливо великих кількостей газів і за рахунок цього реалізувати наступні переваги:
зменшаться шкідливі викиди в атмосферу при збільшенні ефективності спалювання палива;
зменшаться витрати на спорудження і ремонт воздухонагревателей за рахунок скорочення кількості апаратів в блоці з чотирьох до двох-трьох;
підвищиться температура гарячого дуття при постійній температурі купола;
підвищиться ефективність використання палива і зниження його витрати не менше ніж на 5%
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Система опалення повітронагрівачів, що включає дві і більше пальників, розташованих одна над іншою в камері горіння, забезпечених змішувальними патрубками, патрубками подачі газу і повітря, повітропровід, вентилятор і змішувальну камеру, яка відрізняється тим, що відстань l між центрами сусідніх пальників вибирають із співвідношення
а в патрубку подачі газу і / або повітря кожного пальника встановлена формує касета з поздовжніми наскрізними каналами і гідравлічним діаметром 0,05 0,10 гідравлічного діаметра патрубка, вихідна перетин якої збігається з вихідним перетином цього патрубка, вхідний перетин відстоїть від вихідної на відстані 0, 5 1,0 гідравлічного діаметра патрубка,
де фізична швидкість руху середовища в камері горіння, м / с;
f власна частота 1-й гармоніки коливань стовпа газів в камері горіння;
k величина, що змінюється в межах 0,15 0,85;
n число довжин хвилі.
Версія для друку
Дата публікації 25.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.