Спосіб охолоджування пальників-фурм газоподібними технологічними середовищами

1. Спосіб охолоджування пальників-фурм газоподібними технологічними середовищами, який включає подачу технологічного охолоджуючого газу в робочий об'єм з подальшим відбором тепла, який відрізняється тим, що подачу технологічного 3 контур із швидкістю потоку 400-900 м/с в перерахунку на нормальний стан з його одноходовим завихренням. Очевидно, що за відомим способом і можна досягти необхідне охолоджування для роботи пристрою в гарячих умовах, але для його здійснення необхідні потоки газових носіїв з високими параметрами по витраті і тиску, а також створення газового потоку із швидкістю 400-900 м/с в перерахунку на нормальний стан вимагає не тільки великих енергетичних витрат, але і застосування дуже серйозного нагнітального устаткування. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу охолоджування пальниківфурм технологічними газами, в якому в результаті подачі потоку технологічного охолоджувача в робочий об'єм в прямотоці і багатократній зміні технічних і температурних параметрів (стану) забезпечується інтенсифікація результуючого перенесення тепла від тепло-передаючої поверхні (середовища) до струменевого натікаючого потоку охолоджуючого технологічного газового середовища з подальшим використовуванням нагрітого газу в технологічних процесах і за рахунок цього досягається ефективне охолоджування робочого об'єму, поліпшується теплова робота агрегату і підвищується економічність даного способу. Поставлена задача вирішена тим, що в способі охолоджування пальників-фурм технологічними газами, який включає подачу технологічного охолоджуючого газу в робочий об'єм з подальшим відбором тепла, згідно корисної моделі, подачу технологічного газу здійснюють в «прямотоці» всередину робочого об'єму, стиснення його з падінням тиску і збільшенням (зростанням) кінетичної енергії (швидкості), повторне стиснення технологічного газу, із збільшенням його швидкості і пониженням його температури, з подальшим доданням обертального руху в кільцевому робочому каналі і введенням нагрітого технологічного газу в робочий простір агрегату (печі). Додаткова відмінність полягає в тому, що швидкість охолоджуючого технологічного газу охолоджувача в кільцевому робочому об'ємі не перевищує 350-400 м/с. Пропонований спосіб охолоджування пальників-фурм пояснюють схемою його здійснення (фіг. 1). Пальник-фурма складається із зовнішнього трубного корпусу 1 з вихідним конусним соплом 2 з одного боку і щільно встановленого звужуючого частиною конфузора з іншої сторони. До верхньої частини конфузора щільно приєднаний циліндровий приймач 4 з глухою верхньою кільцевою кришкою 5 з компенсатором 6 і патрубком 7 для подачі газу - охолоджувача. Усередині трубного корпусу 1, конфузора 3 і циліндрового приймача 4 співвісно встановлена труба 8 з верхнім патрубком 10 для подачі палива з верхньою заглушкою 9 і вихідним соплом 11. На вході внутрішньої кільцевої трубної порожнини, утвореної трубами 1 і 8, встановлено у вигляді профільної фігурної обойми 12 звужуючий пристрій із зазором щодо внутрішньої поверхні трубного корпусу 1, а далі по всій довжині 59257 4 кільцевої внутрішньої поверхні трубного корпусу ряд лопатевих завихрювачів 13. Пропонований спосіб здійснюють таким чином. В охолоджуваний пальник-фурму спочатку подають паливо через патрубок 10 в трубу 8 і через сопло 11 в робочий об'єм печі і підпалюють його. Потім через патрубок 7 подають у внутрішню порожнину циліндрового приймача 4 технологічний газ-охолоджувач (переважно кисень), далі газохолоджувач потрапляє в конфузор 3 (звужуючий пристрій), при цьому на звужуючому зрізі тиск падає, а швидкість, і отже, кінетична енергія потоку зростає, після цього потік потрапляє всередину трубного корпусу 1, на вході якого розміщено звужуючий пристрій у вигляді профільної фігурної кільцевої обойми 12, яка встановлена із зазором щодо внутрішньої поверхні трубного корпусу 1. Потік технологічного газу-охолоджувача на зазорі одержує повторне стиснення з підвищенням швидкості і пониженням температури до - (80-90 °С), потім потоку додають обертальний рух за допомогою лопатевих завихрювачів 13 для кращого охолоджування внутрішньої поверхні трубного корпусу 1 і він через конусне сопло 2 потрапляє в робочий простір печі для участі в технологічному процесі. В запропонованому способі охолоджування пальників-фурм шляхом ефективного відбору тепла усередині робочого об'єму і використовуванням нагрітого газу в технологічному процесі вирішують за рахунок того, що, по-перше, подачу технологічного газу здійснюють багатократною зміною його фізичного і температурного стану (стиснення подвійне: спочатку з падінням тиску, але із зростанням кінетичної енергії і швидкості, повторне стиснення з підвищенням швидкості і пониженням температури до - (80-90 °С), а по-друге, доданням подачі газу обертального руху, що дозволить поліпшити теплотехнічні характеристики процесу, підвищити стійкість конструкції і зменшить її вагу. Крім того, пропонований спосіб охолоджування має переваги ще і в тому, що ті ж середовища, які надалі беруть участь в технологічному процесі, містять значну кількість тепла, а також більш низькі тиск і швидкість (350-400 м/с), а за рахунок цього економляться значні ресурси, оскільки застосовуються менш дорогі нагнітальні пристрої. Всі експерименти, опробування, вимірювання параметрів і порівняльні результати за способами охолоджування пальників-фурм по прототипу і пропонованому проводили на вогняному стенді Інституту газу НАН України. Вогняний стенд є футерованою високоглиноземистою цеглою камерою з поперечним перетином 1000  1000 мм і завдовжки більше 4000 мм. В процесі випробувань проводили вимірювання тиску, швидкості і температури охолоджуючого газу усередині фурми і зовні неї. При випробуваннях способів охолоджування підтримувалися постійні параметри: палива (V = 3 3 105 м /ч), кисню (V = 210 м /ч) і повітря (V=1020 3 м /ч) вентилятора, тиску в робочому просторі стенду 2-6 мм вод. ст. Крім того, всі порівняльні виміри починали через 5 хв. після встановлення в печі 1400 °С. 5 59257 Далі наведені приклади виконання способів охолоджування пальників-фурм по прототипу і пропонованому способу. Приклад 1 (по прототипу). Після нагріву вогняного стенду до 1400 °С в отвір торцевої стінки встановлювали фурму, охолоджувану технологічним газом з вдуванням його в робочий простір печі. У встановлену в робочий простір фурму подають на охолоджування кисень 3 з витратою Q = 210 м /ч і тиском Р = 16,0 атм. (для створення швидкості потоку V = 400-900 м/с) і природний газ для підтримки горіння з витратою Q = 3 105 м /ч і тиском Р = 3-4 атм. Після 5 хв. сталого режиму охолоджування проводили виміри швидкості і температури охолоджуючого потоку (кисню, а також температуру зовнішньої поверхні зовнішнього охолоджуваного циліндрового корпусу фурми в трьох точках: на вході в кільцевий зазор, всередині і на виході потоку. В цьому випадку вимушені підвищувати тиск охолоджувача до 16,0 атм., оскільки не було можливості досягти швидкості охолоджуючого потоку в межах 400-900 м/с (відбувався перегрів зовнішньої поверхні корпусу до практичної точки ~200 °С). Приклад 2 (за пропонованим способом). Після нагріву експериментального вогняного стенду до 1400 °С в отвір торцевої стінки встановлюють охолоджуваний пальник-фурму за пропонованим способом і подають природний газ з тією 3 ж витратою Q = 105 м /ч і тиском Р = 3,0-4,0 атм., а кисень на охолоджування з тією ж витратою 3 Q=210 м /ч, але з меншим тиском Р = 8,0 атм. (для створення швидкості потоку до Vп = 400 м/с). Після 5 хв. сталого режиму охолоджування проводили такі ж виміри, як і в прикладі 1. Показники випробувань прототипу і пропонованого способів приведені в таблиці 1. З даних таблиці 1 видно, що пропонований спосіб охолоджування по багатьох показниках краще відомого. 6 В технічному плані пропонований спосіб має такі переваги: поліпшення теплотехнічних характеристик процесу; економія охолоджуючого технологічного газу на 5,0 %; збільшення терміну і надійності експлуатації пальників-фурм на 1,23 %; економія вартості пальників-фурм на 1,2 %. Пропонований спосіб охолоджування пальників-фурм технологічними середовищами має перевагу перед прототипом в тому, що застосовуються газові середовища з більш низьким тиском і швидкостями, і за рахунок цього економляться значні ресурси, які одержують в більш економічних нагнітальних пристроях. Окрім кращої охолоджуючої дії на вживані для теплової роботи пристрої, яке виражається в більш високій їх стійкості (працездатності) в 1,23 рази (382 години), пропонований спосіб дозволяє поліпшити теплову роботу агрегату за рахунок внесення додаткового тепла, яке виходить за рахунок нагріву газуохолоджувача до +25 °С. В кінцевому результаті економія виконання пропонованого способу за рік складе: Е=(6,08-30000-5,325000)+ +(919800-876000) 1890=49900+82782=132682 грн. 6,08 - витрата пальників-фурм за відомим способом, шт.; 5,30 - витрата пальників-фурм за пропонованим способом, шт.; 30000 - вартість колишнього пальника-фурми, грн.; 25000 - вартість пропонованого пальникафурми, грн.; 3 1890 - вартість 1000 м природного газу, грн. Таблиця 1 Порівняльні показники вогневих випробувань способів охолодження технологічним газом за прототипом та винаходом № п/п 1. 2 3 4 5 6 7 Показники Тиск потока охолоджувача, атм. за прототипом запропонований 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 4,0 8,0 -5 -7 -9 -12 -15 -20 -50 -90 Температура всередині На вході в кільцевий зазор, охолоджуючого потоку, °С 1 точка Середина охолодж. потоку, -3 -4 -6 -9 -10 -12 -10 -20 2 точка Вихід, 3 точка -1 -2 -4 -6 +1 +2 +15 +25 Температура зовнішньої На вході 1 точка 28 31 35 40 43 50 35,0 30 поверхні кожуха, °С Середина, 2 точка 65 52 45 40 37 32 40 35 Вихід, 3 точка 72 68 60 52 45 38 50 42 Швидкість охолоджуючого потоку, м/с 150 200 300 400 650 900 300 400 Стійкість (працездатність) в рік, годину. 1340 1595 1690 1750 1840 1970 1975 2184 Вартість пальника-фурм, грн. 30000 25000 Витрата пальників-фурм за рік, шт. 6,08 5,3 3 Витрата газу, м /рік 919800 876000 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 59257 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601