Спосіб підвищення однорідності температури в нагрівальній печі

Реферат: Спосіб підвищення однорідності температури в нагрівальній печі (200; 300), в якій щонайменше два злитки (201; 301) встановлені для їх нагрівання з нахилом до відповідної з першої і другої протилежних внутрішніх стінок нагрівальної печі (200; 300) таким чином, що злитки (201; 301) формують видовжений простір (203; 303), що має V-подібний поперечний переріз між ними при погляді вздовж першої і другої стінок. Винахід відрізняється тим, що щонайменше одна окрема трубка (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника із вмістом кисню щонайменше 85 мас. % і щонайменше одна окрема трубка (210, 220; 310, 320) для подачі палива розташовані в стінці печі з їх отворами, відкритими в печі (200; 300) на відстані один від одного, і таким чином, що окисник і паливо, відповідно, можуть подаватися у вказаний Vподібний простір (203; 303) і згорати в ньому, і тим, що отвір трубки (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника розташований вище отвору трубки (210, 220; 310, 320) для подачі палива і спрямований таким чином, щоб окисник проходив похило вниз і в поздовжньому напрямку вказаного V-подібного простору (203; 303). UA 107834 C2 (12) UA 107834 C2 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Опис Даний винахід стосується способу підвищення однорідності температури в нагрівальній печі типу нагрівального колодязя. Під час нагрівання злитків в нагрівальних печах злитки звичайно розташовують з нахилом до протилежних внутрішніх стінок в нагрівальній печі, і вони спираються на під печі, часто знаходячись на шарі окалини від попередніх партій. У таких печах бажано досягати хорошої однорідності температури, іншими словами, мінімізувати температурні градієнти в печі. Однак з конфігурацією печі, що звичайно використовується, в яку злитки вміщені з нахилом до внутрішніх стінок печі, існують проблеми. Згідно з відомим рівнем техніки, для нагрівання таких нагрівальних печей використовуються повітряні пальники. Такі повітряні пальники споживають достатньо великі об'єми повітря і палива, приводячи до одержання великих об'ємів гарячих газоподібних продуктів згоряння, циркулюючих в печі. Наприклад, при розташуванні повітряного пальника на одній з коротких сторін печі і випускного отвору на цій же короткій стороні, але нижче або вище пальника, може бути досягнута поздовжня циркуляція вздовж всієї печі, таким чином, що об'єми газу від повітряного пальника можуть приводити до достатньої однорідності температури в печі. Однак для зменшення кількості генерованих СО і О х і для підвищення ефективності використання енергії все більш часто використовується паливо-кисневе горіння, тобто, коли використовується окисник з високим вмістом кисню для спалювання палива. Оскільки такі окисники містять значно менше баласту в формі азоту, ніж у випадку, коли як окисник використовується повітря, генеруються менші об'єми газоподібних продуктів згоряння, в багатьох випадках, не більше 1/5 в порівнянні з відповідним повітряним пальником, і тому важче досягати достатньої однорідності температури. Зокрема, звичайно верхні частини злитків можуть перегріватися, тоді як нижні частини залишаються дуже холодними. Існують обмежені можливості напрямку реакції згоряння в більш холодні частини печі через ризик локального перегрівання поблизу місця згоряння. Звичайно також неможливо компенсувати меншу кількість газоподібних продуктів згоряння, збільшуючи потужність паливокисневих пальників. Розташування великої кількості паливо-кисневих пальників в одній і тій же печі є можливим, але таким, що дуже дорого коштує. Крім того, результат все ще не буде адекватним, оскільки бажано нагрівати різні кількості злитків в одній і тій же печі в різних випадках. Даний винахід вирішує вказані вище проблеми. Таким чином, даний винахід стосується способу збільшення однорідності температури в нагрівальній печі, в якій щонайменше два злитки, які необхідно нагріти, встановлені з нахилом до відповідної першої і другої протилежних внутрішніх стінок нагрівальної печі таким чином, що злитки формують видовжений простір, що має V-подібний поперечний переріз між ними при погляді вздовж першої і другої стінок, і відмінному тим, що щонайменше одна окрема трубка для вдування окисника із вмістом кисню щонайменше 85 ваг. % і щонайменше одна окрема трубка для вдування палива розташовані в стінці печі з їх отворами, відкритими в піч на відстані один від одного, і так, що окисник і паливо, відповідно, можуть подаватися у вказаний Vподібний простір і згоряти там, і тим, що отвір трубки для вдування окисника розташований вище отвору трубки длявдування палива і спрямований таким чином, щоб окисник проходив похило вниз і в поздовжньому напрямку вказаного V-подібного простору. Далі винахід буде описаний детально з посиланнями на ілюстративні варіанти здійснення винаходу і на прикладені креслення, на яких: фіг. 1 - вигляд в перспективі з частковим перерізом, що показує відому нагрівальну піч; фіг. 2 - вигляд нагрівальної печі, показаної на фіг. 1, з довгої сторони; фіг. 3 - вигляд зверху нагрівальної печі, показаної на фіг. 1; фіг. 4 - вигляд в перспективі з частковим перерізом, що показує нагрівальну піч згідно з першим переважним варіантом здійснення даного винаходу; фіг. 5 - вигляд нагрівальної печі, показаної на фіг. 4, з довгої сторони; фіг. 6 - вигляд нагрівальної печі, показаної на фіг. 4, з короткої сторони; фіг. 7 - вигляд зверху нагрівальної печі, показаної на фіг. 4; фіг. 8 - вигляд, відповідний показаному на фіг. 5, але що показує нагрівальну піч згідно з другим переважним варіантом здійснення даного винаходу і що спостерігається з довгої сторони; фіг. 9 - вигляд нагрівальної печі, показаної на фіг. 8, з короткої сторони; і фіг. 10 - вигляд зверху нагрівальної печі, показаної на фіг. 8. 1 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 1-3 показана з використанням єдиного набору посилальних позицій відома нагрівальна піч 100, в якій десять злитків 101 нагрівають з розташуванням в два ряди по п'ять злитків в кожному. Злитки спираються на шар 102 з окалини від попередніх партій і встановлені з нахилом двома рядами до протилежних внутрішніх стінок відповідних довгих сторін печі 100 в поздовжньому напрямку 104 печі 100. Піч 100 нагрівають з використанням відомого повітряного пальника 103, орієнтованого в поздовжньому напрямку 104 печі 100. Повітряний пальник 103 встановлений в стінці в одному з коротких кінців печі 100. Оскільки піч показана з частковим перерізом на фіг. 1-3, вказаний короткий кінець, а також склепіння печі 100 і одна з її довгих сторін не показані. Гарячі газоподібні продукти згоряння від повітряного пальника 103 проходять в напрямку 104 вздовж рядів злитків 101 і відбиваються в дистальному короткому кінці 105 печі, проходячи назад до короткого кінця, в якому встановлений повітряний пальник 103, і звідти випускаються через випускний канал 106 для топкових газів. Оскільки повітряний пальник 103 і випускний канал 106 встановлені в одній стінці в печі 100, але на різних висотах, виникає природна конвекція, що приводить до достатньої однорідності температури у всій топковій камері. На фіг. 4-7 із загальними посилальними позиціями показана нагрівальна піч 200, в якій застосований спосіб згідно з даним винаходом для підвищення однорідності температури. Піч 200 значною мірою подібна печі 100, показаній на фіг. 1-3. В печі 200 розташовані щонайменше два злитки 201. Злитки 201 розташовані в два ряди вздовж головного поздовжнього напрямку 250 печі 200, при цьому кожний нахилений до відповідної першої і другої протилежних внутрішніх стінок нагрівальної печі 200 таким чином, що злитки 201 формують простір 203, що має V-подібний поперечний переріз (див. фіг. 6), між і над ними вздовж вказаних першої і другої внутрішніх стінок. Вказані внутрішні стінки, переважно, складають внутрішні стінки довгих сторін печі 200. На фіг. 4-7, які показані з частковим перерізом, одна зі вказаних стінок не показана. Злитки 201 спираються на шар 202 з окалини, подібної шару 102. Як альтернатива, злитки 201 можуть спиратися прямо на під печі. Випускний канал 206 для топкових газів розташований в одній з коротких сторін печі 200. Переважно щонайменше одна окрема трубка 211, 212 для подачі окисника і щонайменше одна окрема трубка 210 для подачі палива розташовані в стінці печі таким чином, що їх отвори знаходяться всередині і відкриті в піч 200 на відстані одна від одної таким чином, що окисник і паливо, відповідно, можуть подаватися в V-подібний простір 203 між злитками 201 і взаємодіяти в ньому. Нижня трубка 210 для подачі палива і дві трубки 211, 212 для подачі окисника, розташовані вище отвору трубки 210 для подачі палива, спільно формують сукупність або групу трубок для подачі. Група також може бути виконана з іншими конфігураціями трубок для подачі палива і окисника за умови, що отвір щонайменше однієї трубки для подачі окисника розташований вище щонайменше однієї трубки для подачі палива. Переважно, відстань між трубками для подачі окисника і палива становить щонайменше 5 см. Окисник, що подається через щонайменше одну, але, переважно, всі трубки для подачі окисника, має, згідно з винаходом, вміст кисню, що становить щонайменше 85 ваг. %, переважно щонайменше 95 ваг. %. Паливо може бути будь-яким придатним звичайним газоподібним, рідким або твердим паливом, таким як нафтовий або природний газ. Переважно, паливо являє собою газоподібне паливо або рідке паливо. Переважно щонайменше одна з трубок 211, 212 для подачі окисника, переважно, всі трубки 211, 212 для подачі окисника, розташовані так, що їх отвір розташований вище отвору щонайменше однієї трубки 210 для подачі палива і спрямовані таким чином, що окисник проходить похило вниз і в поздовжньому напрямку V-подібного простору 203 по суті паралельно вказаним першій і другій стінкам печі. Іншими словами, окисник подають в V-подібний простір 203 між злитками 201 таким чином, що спрямований похило вниз потік окисника проходить в поздовжньому напрямку 250 печі 200. Крім того, переважно, потік окисника від кожної з трубок 211, 212 для подачі окисника орієнтують для перерізу району в просторі 203, в який подають паливо з використанням трубки 210 для подачі палива. Переважно щонайменше один потік окисника і щонайменше один потік палива зустрічаються в просторі 203. Оскільки окисник має високий вміст кисню, кількість гарячих газоподібних продуктів згоряння, що генеруються паливом і окисником, що подається через трубки 210, 211, 212 для подачі, буде істотно меншим, ніж відповідна кількість газоподібних продуктів згоряння, що генеруються повітряним пальником 103 при відповідних теплотворних потужностях. Як описано вище, робота з таким окисником звичайно спричиняє погіршення однорідності температури. А саме, очевидно, що важко досягати достатньо високих температур в основі V-подібного 2 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 простору 203 між злитками 201, тобто, поблизу шару 202 окалини біля основи печі 200, а також в просторі 205 (див. фіг. 6), що має трикутний поперечний переріз і що знаходиться під злитками 201, між злитками 201 або рядом злитків і стінкою печі, до якої нахилений злиток або злитки 201. Таким чином, окисник проходить з трубок 211, 212 для подачі і зустрічається з паливом, що виходить з трубки 210 для подачі палива в V-подібному просторі 203 між злитками 201. Оскільки окисник подається таким чином через окрему трубку для подачі, геометричну форму і швидкість потоку окисника можна регулювати так, що він може нести суміш палива, що одержується, і окисника вниз до основи V-подібного простору 203. Таким чином, температура там може бути збільшена без збільшення ризику перегрівання, який міг би відбуватися, наприклад, коли повітряний пальник розташований ближче в основі, або якби окрема трубка для подачі окисника була розташована таким чином, що вона відкрита прямо в безпосередній близькості до злитків 201. Трубка 210 для подачі палива може бути розташована горизонтально і таким чином, щоб потік палива був спрямований по суті прямо вздовж основного поздовжнього напрямку Vподібного простору. Однак переважно, щоб трубка для подачі палива була дещо нахилена вниз відносно горизонтальної площини під кутом максимум 5°. Відповідні потоки окисника з трубок 211, 212 для подачі в цьому випадку спрямовані з таким же або більшим кутом нахилу відносно горизонтальної площини. Таким чином, спрямований похило вниз потік окисника може нести горючу суміш вниз до основи V-подібного простору. Згідно з переважним варіантом здійснення винаходу щонайменше одна трубка 211, 212 для подачі окисника відкрита вище всіх точок подачі палива, тобто, в даному прикладі, трубки 210 для подачі палива, яка розташована в тій же стінці печі, в якій розташований отвір трубки, що стосується, наприклад, даного 211, 212 для подачі окисника. Це приводить до того, що все паливо, що подається через трубки 210, 211, 212 задіяної групи, подається вниз в V-подібний простір 203 з використанням потоку окисника з трубки, що стосується справи для подачі. Згідно з особливо переважним варіантом здійснення винаходу, окисник подається з високою швидкістю щонайменше через одну трубку 211, 212 для подачі окисника, переважно, трубку 212 для подачі окисника, отвір якої розташований у верхньому положенні в кожній відповідній групі. Це приводить до збільшеної конвекції в топковій камері, яка компенсує меншу кількість газоподібних продуктів згоряння в порівнянні з тим, якби один або декілька повітряних пальників використовувалися замість паливо-кисневого пальника, який виконаний в формі групи трубок 210, 211, 212 для подачі. Переважно, швидкість подачі становить щонайменше 100 м/с і в багатьох варіантах застосування приводить до достатньої конвекції в топковій камері. Гази атмосфери печі всмоктуються в горючу суміш, що знижує температуру горіння і, таким чином, приводить до зменшення формування NOx. У цьому випадку, в комбінації з описаним вище похилим потоком окисника, вся топкова камера, включаючи основу V-подібного простору 203, буде достатньо нагріта без будь-якого ризику локального перегрівання. Згідно з особливо переважним варіантом здійснення винаходу, окисник вдувають щонайменше через одну трубку 211, 121 для подачі окисника з швидкістю, яка є щонайменше звуковою швидкістю. Це приводить до сильного збільшення конвекції і рециркуляції у всій топковій камері з відповідним підвищенням однорідності температури і зменшенням генерування NOx і СО. Такий спосіб особливо переважний у великих печах. Найбільш переважно подавати окисник щонайменше через одну трубку 211, 212 для подачі окисника зі швидкістю щонайменше з числом Маха 1,5. Така висока швидкість подачі, як було виявлено, приводила до конвекції, яка збільшується як функція швидкості нелінійним чином. Вище числа Маха близько 1,5 може бути досягнуте згоряння безполум'яного типу, коли згоряння може здійснюватися в більшій частині топкової камери одночасно без чітко помітного полум'я. Таким чином, це приводить до дуже хорошої однорідності температури навіть у важкодоступних частинах топкової камери. Переважно щонайменше одна трубка 211, 212 для подачі окисника, більш переважно, кожна трубка для подачі окисника, встановлена таким чином, що відповідні потоки окисника в топкову камеру орієнтовані під кутом більшим 0°, але не більшим 20°, найбільш переважно, між 3 і 5° відносно горизонтальної площини. Таким чином щонайменше одна трубка 211, 212 для подачі окисника відхиляється від горизонтального положення в напрямку, позначеному стрілкою 251. У нагрівальній печі 200 нормального розміру це приводить до того, що суміш окисника і палива подається достатньо далеко до основи V-подібного простору 203 таким чином, що може бути досягнута бажана однорідність температури. 3 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з особливо переважним варіантом здійснення винаходу, використовують більше однієї трубки 211, 212 для подачі окисника, розташованої з їх відповідними отворами один вище іншого, як показано на фіг. 4-7. В цьому випадку, переважно, щоб кут нахилу вниз відносно горизонтальної площини, під яким спрямовується одержаний потік окисника, дорівнював або був більшим для трубок 212 для подачі окисника, що мають відповідні отвори, розташовані вище, ніж для трубок 211 для подачі окисника, що мають відповідні отвори, розташовані нижче. У даному ілюстративному випадку з двома трубками 211, 212 для подачі окисника, переважно, нижня трубка 211 для подачі окисника має кут більшим 0° і не більшим 10°, в той час як верхня трубка 212 для подачі окисника має кут більший 0° і не більший 20°, однак щонайменше такий же кут, як у верхньої трубки 212 для подачі окисника. За допомогою розташування декількох трубок для подачі окисника таким чином одна вище іншої, сумарний потік палива і окисника можна регулювати таким чином, що може бути досягнуте хороше поширення палива і окисника в просторі 205. В ілюстративному варіанті здійснення винаходу, показаному на фіг. 4-7, перша група або сукупність трубок для подачі, що містить трубку 210 для подачі палива і дві трубки 211, 212 для подачі окисника, розташована в одній із коротких сторін печі 200, і друга група трубок для подачі, що містить трубку 220 для подачі палива і дві трубки 221, 222 для подачі окисника, розташована в іншій, протилежній короткій стороні печі 200. Обидві групи трубок для подачі, таким чином, містять відповідну трубку 210, 220 для подачі палива, над отвором якої розташовані отвори двох відповідних трубок 211, 212, 221, 222 для подачі окисника. Кожна така група може бути виконана з іншими конфігураціями трубок для подачі палива і окисника, якщо щонайменше одна нахилена вниз трубка для подачі окисника із вмістом більше 85 ваг. % кисню має її отвір, розташований вище рівня щонайменше для однієї трубки для подачі палива в кожній групі. Як можна бачити на фіг. 5 і 6, дві групи трубок для подачі розташовані на різних висотах в печі 200. При такому розташуванні однорідність температури може бути додатково підвищена завдяки ефектам циркуляції, виникаючим в топковій камері. У цьому випадку, переважно, щоб трубка 210 для подачі палива, що має її отвір, розташований на найменшій висоті в першій групі трубок 210, 211, 212 для подачі, була розташована з її отвором на висоті над подом печі, яка становить від 0,7 до 1,2 метра вище рівня над подом печі, на якому розташований отвір 220 трубки для подачі, яка розташована на самій меншій висоті у другій групі трубок 220, 221, 222 для подачі. Крім того, переважно, щоб всі такі групи трубок 210, 211, 212, 220, 221, 222 для подачі палива і окисника, отвори яких розташовані таким чином, що відповідна трубка для подачі відкрита в V-подібний простір 203, були розташовані так, щоб будь-який отвір трубки для подачі не був розташований на рівні по вертикалі відносно поду печі настільки високо, щоб, таким чином, викликати ризик перегрівання злитків 201, як прямого наслідку локальної подачі теплової енергії палива або окисника, який подається через таку трубку для подачі. Цей рівень по вертикалі буде залежати від конструкції печі 200, а також від розташування і форми злитків 201, але переважно, щоб отвір такої трубки не був розташований на рівні нижче 1,5 метрів над подом. На фіг. 8-10, види яких відповідають видам на фіг. 5-7, показаний альтернативний варіант здійснення винаходу, в якому нагрівальна піч 300 подібно до описаної вище в зв'язку з фіг. 4-7 містить злитки 301, що утримуються шаром 302 окалини і нагріваються двома протилежними групами трубок 310, 320 для подачі палива в комбінації з трубками 311, 312, 321, 322 для подачі окисника. Стрілка 350 означає поздовжній напрямок печі 300. Посилальною позицією 306 позначений випускний канал для топкових газів. Однак, як можна найчіткіше бачити на фіг. 9 і 10, трубки 311, 312 для подачі окисника не тільки нахилені відносно горизонтальної площини в напрямку повороту, вказаного стрілкою 351, аналогічно трубкам 211, 212 для подачі на фіг. 4-7, але трубки 311, 312 для подачі також відхилені в горизонтальній площині відносно поздовжньої вертикальної площини і в напрямку повороту, вказаного стрілкою 352. У результаті, суміш окисника, що одержується і палива в Vподібному просторі 303 (див. фіг. 9) між злитками 301 може поширюватися більш рівномірно, ніж це можливо тільки за допомогою розташування трубок 311, 312 для подачі під кутом відносно горизонтальної площини відповідно до описаного вище. Переважно регулювати кути кожної індивідуальної трубки для подачі окисника залежно від фактичного варіанта застосування, таким чином, щоб розподіл температури, що одержується в V-подібному просторі 303 став настільки однорідним, наскільки можливо. Особливо переважно, щоб щонайменше дві трубки 311, 312 для подачі окисника були встановлені з розташуванням їх отворів в топковій камері одна вище іншої і таким чином, щоб їх відповідний окисник міг надходити в топкову камеру під різними кутами в горизонтальній площині і/або у вертикальній 4 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 площині. Це приводить до рівномірного поширення суміші палива/окисника при збереженні можливості підтримувати низький ризик локального перегрівання через окисник, що подається. Переважно, кут в горизонтальній площині в напрямку 352 повороту між потоком окисника з кожної індивідуальної трубки для подачі окисника і основним поздовжнім напрямком Vподібного простору 303 становить 10° або менше в будь-якому напрямку. Особливо переважно, щоб щонайменше одна трубка 311, 312, 321, 322 для подачі окисника, переважно, всі такі трубки були переспрямовуваними таким чином, щоб можна було переспрямовувати їх відповідний потік окисника в горизонтальній площині і/або у вертикальній площині. Це буде робити піч 300 регульованою залежно від попередніх робочих умов, що змінюються, наприклад, при різних кількостях і/або різних розмірах злитків 301, що нагріваються. Згідно з переважним варіантом здійснення винаходу, в печі використовують більше, ніж одну трубку для подачі окисника, переважно, в комбінації з однією трубкою для подачі палива, таким чином, що теплову енергію в печі регулюють в ході роботи за допомогою включення або вимкнення однієї або декількох трубок для подачі, в той час як кількість палива, що подається регулюють таким чином, щоб воно в кожний момент часу або щонайменше протягом деякого часу стехіометрично відповідало всій кількості кисню, що подається в окисники. Щоб зменшити загальну теплову потужність в печі від деякої більш високої величини до деякого меншого рівня потужності, трубкою для подачі окисника можна керувати пульсаційним чином, коли періоди часу включеного і вимкнутого стану регулюють таким чином, щоб одержувати бажану середню потужність, що видається. Крім того або як альтернатива, одна або декілька трубок для подачі окисника можуть бути повністю вимкнуті. У цьому контексті переважно починати здійснення способу нагрівання з всіма включеними трубками для подачі окисника таким чином, що загальна теплова потужність максимальна. Як тільки піч досягла деякої заданої робочої температури, одна або декілька трубок для подачі окисника можуть працювати або пульсаційним чином, або, як альтернатива, можуть бути вимкнуті. Це зменшення загальної теплової потужності може здійснюватися в ході одного або декількох етапів за допомогою зміни кількості включених трубок для подачі окисника і/або зміни інтервалів часу для однієї або декількох трубок для подачі окисника, працюючих пульсаційним чином. Після цього загальна теплова потужність може бути послідовно зменшена таким же чином, тоді як робоча температура підтримується в печі, доки злитки не досягнуть бажаної кінцевої температури. Потім загальна теплова потужність може бути додатково зменшена таким же чином, як описано вище, так, щоб температурна рівновага переважала протягом часу витримування з постійною температурою злитка. У ході всієї цієї процедури, переважно щонайменше одна трубка для подачі окисника постійно працює з повною потужністю. Крім того, переважно, щоб щонайменше одна трубка для подачі окисника, що є трубкою для подачі окисника, що має отвір, розташований в печі вище всіх з трубок для подачі в групі, що містить щонайменше трубку для подачі палива і щонайменше одну трубку для подачі окисника, працювала з повною потужністю. Особливо переважно, щоб ця щонайменше одна трубка для подачі окисника працювала з вказаними вище високими швидкостями подачі. Таким чином, можна регулювати загальну теплову потужність в широкому діапазоні теплових потужностей і завжди забезпечувати задовільну конвекцію і однорідність температури у всій топковій камері, включаючи V-подібний простір між злитками. Якщо необхідно загальна теплова потужність, яка нижча, ніж та, що досягається, коли тільки одна трубка для подачі окисника працює в повну потужність, переважно, щоб тільки одна трубка для подачі окисника працювала пульсаційним чином. Ця одна трубка для подачі окисника, в цьому випадку, переважно, є трубкою для подачі окисника, яка має отвір, розташований на самій меншій висоті в групі, що містить щонайменше одну трубку для подачі палива і щонайменше одну трубку для подачі окисника, при цьому одна трубка для подачі має отвір, розташований вище щонайменше однієї трубки для подачі палива, через яку подається паливо. Для подальшого підвищення однорідності нагрівання при здійсненні способу згідно з даним винаходом, також переважно, щоб окисник подавався через інші трубки для подачі окисника або через інші групи трубок для подачі окисника навперемінно. Таким чином, може підтримуватися однакова загальна теплова потужність, але з використанням трубок, що чергуються для подачі окисника. Це приводить до одержання однорідності температури протягом періоду часу і зменшує ризик локального перегрівання в так званих "гарячих плямах". Особливо переважно перетворити існуючу нагрівальну піч, яка працює із звичайними повітряними пальниками, для роботи з використанням паливо-кисневого горіння за допомогою установки однієї або декількох трубок для подачі палива і однієї або декілька трубок для подачі 5 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 окисника, працюючих як описано вище. За допомогою такого перетворення, що приводить до такої роботи, існуючу нагрівальну піч можна рентабельно перетворити для більш нешкідливого для навколишнього середовища паливо-кисневого горіння, не стикаючись з проблемами неповної однорідності нагрівання в печі. Знов з посиланнями на нагрівальну піч 200, показану на фіг. 4-7, також переважне підвищення однорідності нагрівання в печі 200 за допомогою розташування щонайменше однієї трубки 230 для подачі окисника із вмістом кисню, що становить щонайменше 85 ваг. %, в стінці печі таким чином, щоб отвір трубки для подачі був розташований всередині печі 200 і таким чином, щоб окисник міг подаватися безпосередньо в простір 205, що має трикутний поперечний переріз (див. фіг. 6), який існує щонайменше під одним злитком 201, який, в свою чергу, нахилений до внутрішньої стінки нагрівальної печі 200, між злитком 201 і стінкою. Те, що окисник може подаватися безпосередньо в простір 205, потрібно розуміти таким чином, що потік окисника, що надходить з трубки 230 для подачі, проходить в простір 205 без зіткнення з будьякими перешкодами. Переважно, трубка 230 для подачі відкрита безпосередньо в простір 205, але вона також може бути відкрита якимсь чином зовні і вдувати потік окисника в простір 205. У випадку, якщо декілька злитків 201 розташовані в печі 200 вздовж однієї стінки печі, цей простір 205 з трикутним поперечним перерізом загалом становить видовжену, по суті циліндричну конфігурацію, що має трикутний поперечний переріз і частково відділений від гарячої частини печі 200. У випадку, коли використовується паливо-кисневе горіння для нагрівання печі 200, важко досягати достатньо підвищених температур також в просторі 205. Це приводить до проблем як у випадку, якщо один або декілька злитків 201 нахилені поздовжнім рядом до однієї внутрішньої стінки, так і у випадку, якщо злитки нахилені до обох протилежних довгих сторін, як показано на фіг. 4-7. Висота шару 202 окалини змінюється в ході роботи, і також за час декількох робочих циклів. Оскільки трубки 230, 240 для подачі окисника, отвори яких відкриті прямо в простір 205, можуть виявлятися нижче рівня шару 202, коли значні об'єми окалини знаходяться на поді печі, переважно розташовувати всі трубки для подачі, відкриті в простір 205 під злитками 201, на такій висоті, щоб можна було контролювати рівень окалини і звільняти під печі від окалини раніше, ніж вона досягне рівня отворів встановлених трубок для подачі. Особливо переважно, щоб трубки 230, 240 для подачі окисника були розташовані з їх отворами на висоті над подом печі, яка вище максимального рівня для шару окалини, що утворюється в печі в ході роботи. Більш конкретно, переважно, щоб вони були розташовані на висоті вище поду печі, що становить 0,5-1,0 метри. Крім того, переважно, окисник, що подається з трубки 230 для подачі, що аналогічно подається з трубок 211, 212 для подачі, подається з підвищеними швидкостями, переважно щонайменше 100 м/с, більш переважно щонайменше звуковою швидкістю, найбільш переважно щонайменше з числом Маха 1,5. При таких підвищених швидкостях подачі досягаються вказані вище переваги з точки зору однорідності температури і малих температур полум'я, в свою чергу, приводячи до малого генерування СО і NO x. Це дуже важливо для виключення локального перегрівання в порівняно вузькому просторі 205 під злитками 201 і додатково приводить до того, що трубка 230 для подачі може бути розташована з її отвором, що знаходиться вище вздовж внутрішньої стінки печі 200, без ризику локального перегрівання злитків, що викликається 201 при малих глибинах 202 шару окалини. Крім того, високошвидкісний потік окисника, що вдувається, буде всмоктувати гарячі топкові гази в простір 205 з оточуючих частин печі 200, що додатково збільшує однорідність нагрівання в печі 200 за допомогою розподілу теплової енергії в простір 205. Автори даного винаходу несподівано виявили, що формування окалини в ході роботи має тенденцію споживати велику кількість кисню. Було відмічено, що це в деяких випадках може привести до недостатності кисню в реакції згоряння, в результаті чого концентрація СО в атмосфері печі може дуже швидко збільшуватися. Згідно з переважним варіантом здійснення винаходу, це явище використане таким чином, що основне згоряння в основній топковій камері, включаючи частини печі 200, складені простором 205, безперервно регулюється таким чином, що воно є стехіометричним завдяки регулюванню за допомогою зменшення загальної кількості окисника, що подається через трубки 211, 212 для подачі окисника, отвори яких розташовані вище простору 205. Отже, це буде приводити до підвищених рівнів СО в атмосфері печі. Цей СО тоді окислюється в просторі 205 за допомогою окисника, що додатково подається щонайменше з 85 ваг. % кисню, що подається через трубку 230 для подачі окисника в простір 205. В результаті подачі цього додаткового окисника досягається загальна стехіометрична рівновага в печі 200. 6 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У цьому випадку, таким чином, додаткове паливо не подається в простір 205. Замість цього окисник, що подається через трубку 230 для подачі, взаємодіє головним чином з СО, сформованим при неповному згорянні палива в печі 200, з використанням окисника, що подається в частину печі, яка не складена простором під злитком. Таким чином, згоряння палива має місце в ході двох етапів в печі 200, а саме, в ході першого етапу, під час якого формується СО, і подальшого етапу, під час якого має місце повне згоряння до одержання CO2. На фіг. 8-10 показаний альтернативний варіант здійснення винаходу, в якому окрема трубка 331 для подачі палива подає додаткове паливо крім палива, що подається через трубки 310, 320 для подачі в V-подібний простір 203, і в інші частини топкової камери в простір 305 (див. фіг. 9), з яким окисник, що подається через трубку 330, повинен взаємодіяти. У цьому випадку, не потрібне регулювання у бік зменшення кількості окисника, що подається до іншої частини топкової камери, для одержання стехіометричного згоряння. Згідно з переважним варіантом здійснення винаходу, в просторі 205, 305 розташовані більше однієї трубки для подачі окисника. Таким чином, на фіг. 4-7 відповідна трубка 230 для подачі також розташована в протилежному короткому кінці печі 200 в доповнення до трубки 230 для подачі таким чином, що вона відкрита в простір 205 під злитками 201, які нахилені до протилежної довгої сторони печі. У цьому випадку, коли щонайменше два злитки 201, які повинні бути нагріті, нахилені до однієї кожної з відповідних першої і другої протилежних внутрішніх стінок нагрівальної печі 200 таким чином, що формується відповідний простір 205 з трикутним поперечним перерізом під кожним відповідним злитком, звичайно переважно, щоб щонайменше одна відповідна трубка 230, 240 для подачі окисника, що має, вміст кисню щонайменше 85 ваг. %, була розташована в одній відповідній стінці печі з її отвором, розташованим таким чином, щоб вона була відкрита в печі 200, і таким чином, щоб окисник міг подаватися у відповідний простір 205, і так, щоб кожна трубка 230, 240 для подачі, крім того, була розташована з її отвором, відкритим в одній протилежній стінці печі, і спрямована таким чином, щоб потоки окисника спільно створювали циркулюючий потік в печі 200. Отже, на фіг. 7, циркулюючий потік, що починається від трубки 240 для подачі, буде рухатися в напрямку 250 до протилежного короткого кінця перпендикулярно відносно отвору трубки 230 для подачі, потім назад до першої короткої сторони і, нарешті, перпендикулярно назад до отвору трубки 240 для подачі. Таке розташування буде приводити до хорошої однорідності температури у всьому просторі 205 під всіма злитками, розташованими в печі 200. На фіг. 8-10 показана відповідна конфігурація, що містить трубки 330 і 340 для подачі окисника, відповідно. У цьому випадку, також показана переважна, але не необхідна конструкція з однією відповідною трубкою 331, 341 для подачі палива, що використовується в комбінації з кожною трубкою 330, 340 для подачі окисника. Те, що було указано вище відносно роботи, що чергується, з декількома різними трубками для подачі окисника для підвищення однорідності температури, також дійсне для роботи трубок 230, 240, 330, 340 для подачі. Отже, можна здійснювати роботу, наприклад, трубок 230, 240 для подачі чином, що чергується, таким чином, що працюють спочатку одна 230, потім інша 240, після чого знов перша 230 трубка, в той час як трубка, яка в кожний момент часу не задіяна, навпаки вимикається. Також можна і переважно виконувати таку роботу, що чергується з використанням як трубок 230, 240, 330, 340 для подачі окисника, відкритих в простір 205, 305, так і трубок 211, 212, 221, 222, 311, 312, 321, 322 для подачі окисника відкритих в простір 203, 303. З таким режимом роботи однорідність температури може бути максимізована протягом довгого часу, і локальне перегрівання можна виключати способом, який може легко пристосуватися до поточних робочих умов. Згідно з переважним варіантом здійснення винаходу, температуру в печі вимірюють з використанням звичайних датчиків температури (не показані) в різних місцеположеннях, де можна чекати локальне перегрівання, і роботою, що чергується, керують таким чином, щоб теплова потужність була зменшена в місцях, де виміряна температура настільки висока, що виникає ризик перегрівання, тобто, де температура вища деякої заданої величини, яка залежить від матеріалу, що нагрівається. У зв'язку з вказаним вище, що стосується споживання кисню в процесі формування окалини, для контролю концентрації СО в печі також переважно вимірювати рівень вмісту кисню в печі в ході роботи, наприклад, з використанням одного або декількох звичайних кисневих датчиків, і на основі цієї виміряної величини або цих виміряних величин керувати кількістю кисню, що подається через трубки 230, 240, 330, 340, 205, 305, 211, 212, 221, 222, 311, 312, 321 для подачі окисника таким чином, щоб концентрація кисню в печі підтримувалася по суті постійною. Керування, наприклад, може здійснюватися за допомогою безперервного регулювання подачі окисника через одну або декілька трубок для подачі окисника або керування однією або 7 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 декількома трубками для подачі окисника пульсаційним чином з відповідними співвідношеннями між часом у ввімкнутому стані і часом у вимкнутому стані. Це приводить, з одного боку, до того, що кількість СО в топкових газах можна регулювати до бажаних низьких рівнів, а, з іншого боку, до того, що будь-яке догорання палива в просторі 205, 305 може бути оптимізоване. Вище були описані переважні варіанти здійснення винаходу. Однак для фахівця в даній галузі техніки буде очевидно, що в описані варіанти здійснення винаходу можуть бути внесені багато які модифікації без відходу від ідеї винаходу. Наприклад, паливо-кисневе горіння згідно з даним винаходом може використовуватися як доповнення до однієї або декількох існуючих повітряних пальників в нагрівальній печі для підвищення максимальної продуктивності нагрівальної печі або зменшення потужності повітряного пальника з продуктивністю, що підтримується, але з меншим негативним впливом на навколишнє середовище. Крім того, трубки для подачі окисника і палива, показані на фіг. 4-10 і описані вище, можуть бути скомпоновані в інших комбінаціях. Наприклад, більше трубок для подачі окисника можуть бути розташовані для нагрівання особливо важкодоступних просторів і/або створення додаткової турбулентності в печі залежно від фактичних робочих умов. Трубки для подачі, відкриті в V-подібний простір, можуть не бути розташовані центрально у вказаному просторі, але можуть, наприклад, бути розташовані з їх відповідними отворами, декілька зміщеними в горизонтальній площині. У цьому випадку, переважно, нахилений вниз потік окисника перерізає район, в який подають паливо в V-подібний простір. Крім того, може використовуватися більше трубок для подачі палива в кожній сукупності або групі як альтернатива в інших місцях в печі таким чином, щоб паливо подавалося в місцеположення, що перерізається одним або декількома високошвидкісними потоками окисника. Нарешті, можна розташувати одну трубку для подачі окисника на малій висоті в кожному з кутів в печі таким чином, щоб окисник подавався з обох напрямків в простір під злитками вздовж обох довгих сторін печі. Таким чином, винахід не обмежено описаними варіантами його здійснення і може модифікуватися в межах об'єму прикладеної формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб підвищення однорідності температури в нагрівальній печі (200; 300), в якій щонайменше два злитки (201; 301) для їх нагрівання встановлені з нахилом до відповідної з першої і другої протилежних внутрішніх стінок нагрівальної печі (200; 300) таким чином, що злитки (201; 301) формують видовжений простір (203; 303), що має V-подібний поперечний переріз між ними при погляді вздовж першої і другої стінок, який відрізняється тим, що щонайменше одна окрема трубка (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника із вмістом кисню щонайменше 85 мас. % і щонайменше одна окрема трубка (210, 220; 310, 320) для подачі палива розташовані в стінці печі з їх отворами, відкритими в піч (200; 300) на відстані одна від одної, і таким чином, що окисник і паливо, відповідно, можуть подаватися у вказаний Vподібний простір (203; 303) і згорати в ньому, причому отвір трубки (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника розташований вище отвору трубки (210, 220; 310, 320) для подачі палива і спрямований таким чином, щоб окисник проходив похило вниз і в поздовжньому напрямку вказаного V-подібного простору (203; 303). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що отвір трубки (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника розташований вище точкок (210, 220; 310, 320) подачі палива, які розташовані в тій же самій стінці печі, в якій розташований отвір трубки (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що окисник подають зі швидкістю щонайменше 100 м/с. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що окисник подають зі звуковою швидкістю або більшою швидкістю. 5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що трубка (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника і трубка (210, 220; 310, 320) для подачі палива, відповідно, спрямовані таким чином, що відповідні потоки зустрічаються у V-подібному просторі (203; 303). 6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що трубка (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника встановлена таким чином, що окисник проходить в топкову камеру під кутом між 0° і 20° відносно горизонтальної площини. 8 UA 107834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що трубка (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника встановлена таким чином, що окисник проходить в топкову камеру під кутом між 3° і 5° відносно горизонтальної площини. 8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що трубка (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника встановлена з можливістю переспрямовування таким чином, щоб було можна регулювати кут потоку окисника і у горизонтальній, і у вертикальній площинах залежно від робочих умов. 9. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що щонайменше дві трубки (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника встановлені таким чином, щоб їх отвори були розташовані один над одним в топковій камері й таким чином, що відповідний окисник з трубок (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) може проходити в топкову камеру під різними кутами в горизонтальній і/або вертикальній площинах. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що трубки (212, 222; 312, 322) для подачі окисника, отвори яких розташовані відносно вище, розташовані таким чином, що відповідний окисник з таких трубок для подачі може надходити в топкову камеру під кутом відносно горизонтальної площини, який дорівнює або порівняно більший, ніж кут потоків окисника з трубок (211, 221; 311, 321), отвори яких розташовані на порівняно менших висотах. 11. Спосіб за п. 9 або 10, який відрізняється тим, що теплову потужність печі (200; 300) в ході роботи регулюють, по-перше, однією або декількома трубками (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника за допомогою їх вмикання або вимикання і, по-друге, за допомогою регулювання кількості палива, що подається, для стехіометричної відповідності повній подачі кисню в окиснику. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 9-11, який відрізняється тим, що однорідність температури в печі (200; 300) додатково підвищують за допомогою подачі окисника, що чергується, через різні трубки (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника або групи трубок для подачі окисника. 13. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що рівень вмісту кисню в печі (200; 300) вимірюють, наприклад, з використанням одного або декількох кисневих датчиків, причому кисень, що подається через трубку (211, 212, 221, 222; 311, 312, 321, 322) для подачі окисника в ході роботи, регулюють таким чином, що концентрація кисню в печі (200; 300) підтримується по суті постійною. 14. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що перша група трубок (210, 211, 212; 310, 311, 312), складена щонайменше однією трубкою для окисника із вмістом кисню щонайменше 85 мас. %, а також щонайменше однією трубкою для подачі палива, розташована з їх отворами в короткій стороні печі (200; 300), причому додаткова група трубок (220, 221, 222; 320, 321, 322), складена щонайменше однією трубкою для окисника із вмістом кисню щонайменше 85 мас. %, а також щонайменше однією трубкою для подачі палива, розташовані з їх отворами, що знаходяться в протилежній короткій стороні печі (200; 300), при цьому всі трубки для подачі в першій групі розташовані з їх отворами, що знаходяться на висоті вище поду печі, яка становить від 0,9 до 1,5 метрів вище рівня над подом печі, на якому знаходиться отвір трубки для подачі другої групи, отвір якої розташований на найнижчій висоті. 9 UA 107834 C2 10 UA 107834 C2 11 UA 107834 C2 12 UA 107834 C2 13 UA 107834 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14