CS256439B1 - Compact cross recuperation burner for gaseous or liquid fuels - Google Patents

Abstract

Řeší se uspořádání rekuperačního hořáku a jeho napojení na pec s cílem zvětšit teplosměnnou plochu rekuperační .části a zvýšit tepelnou účinnost hořáku. Ústí spalin je umístěno ve stěně pece. Na ně navazuje spalinový kanál. V něm je kolmo na tok spalin uložen trubkový rekuperátor. Spalinový kanál s trubkovým rekuperátorem je opatřen vlastním hořákovým krytem. Hořákový kryt je jedním koncem připevněn o ocelové konstrukci pece. Jeho druhý konec je opatřen vývodem spalin s uzavxratelnou klapkou. Vnitřní strana hořákového krytu je opatřena izolací z keramických vláken. Ve spalinovém kanálu před trubkovým rekuperátorem je umístěna tryska pro přívod chladicího média. Využije se u nových i rekonstruovaných průmyslových pecíThe arrangement of the regenerative burner is solved and its connection to the furnace in order to increase it heat exchanging part and increase the thermal efficiency of the burner. Mouth the flue gas is located in the furnace wall. On them connects the flue gas channel. It is perpendicular in it a recuperator is placed on the flue gas flow. Flue gas duct with tubular recuperator it has its own burner cover. The burner cover is attached at one end on the steel structure of the furnace. His other end it is equipped with a flue gas outlet with closable flap. Burner inner side the cover is insulated from ceramic fibers. In the flue gas duct before the tubular a recuperator is placed a nozzle for coolant supply. Used with new ones industrial furnaces

Description

Vynález se týká uspořádání kompaktního křížového rekuperačního hořáku pro spalování plynných nebo kapalných paliv a k získávání části citelného tepla spalin k ohřevu spalovacího vzduchuoBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention

Při využívání odpadního tepla spalin z průmyslových pecí má ohřev spalovacího vzduchu přednost před jinými druhy zpětného získávání tohoto tepla, jeko jsou například výroba páiy nebo horké vody ve spalinových kotlích® To proto, že část citelného tepla spálily odcházejícího z pece, se v podobě tepla ohřátého vzduchu znova do pece vrací® Tato část se tedy využívá k účelu, pro který bylo teplo uvolňované spalováním plynu původně určenoo Protože v poslední době jde u průmyslových pecí ve většině případů o spalování ušlechtilých plynů, to je zemního plynu nebo svítiplynu, jejichž cena je vysoká, je rekuperace tepla spalin do spalovacího vzduchu metoda ekonomizace provozu velmi efektivní® Ohřevem spalovacího vzduchu spalinami se zvyšuje tepelná účinnost pecí, a to tím více, čím větší je poměr teploty vzduchu k teplotě spalin® Ohřev se obvykle děje v rekuperátorech, a to nepřímým způsobem přes teplosměnné plochy, jejichž velikost a uspořádání určují výši předehřevuo Tyto rekuperátory se umísťují do pecních odtahových kanálů a předehřátý vzduch se z nich k jednotlivým hořákům rozvádí tepelně izolovaným potrubím. Kromě výhod, má toto uspořádání také nedostatky® Moderní pece mají vždy zařízení pro automatickou regulaci teploty, která je u větších pecí zónová® Protože však je rekuperátor pro celou pec vždy jen jeden, je obtížné upravovat správné poměry spalování pro každou zónu samostatně. A to tím spíše, že regulace množství se z technických důvodů musí provádět na studeném vzduchu® Někdy je také pro umístění rekuperátoru nedostatek místa a jeho uložení působí potížeo Je totiž nutno provést kanálový obtok a soustavu hradítek, aby se umožnily opravy a čištění rekuperátoru, případně aby se pec mohla provozovat i v případě poruchy rekuperátoru®When utilizing waste heat from industrial furnaces, heating the combustion air takes precedence over other types of heat recovery, such as the generation of steam or hot water in flue gas boilers. This is because part of the sensible heat burned from the furnace is heated This part is therefore used for the purpose for which the heat released by the combustion of the gas was originally intended. Because in recent years industrial furnaces are in most cases burning noble gases, that is natural gas or coal gas, the cost of which is high , heat recovery of combustion gases into combustion air is a very efficient method of operating economics® Heating the combustion air with combustion gases increases the thermal efficiency of the furnaces, the more the air / flue gas temperature ratio is increased® Heating is usually done in recuperators indirectly These heat exchangers are placed in the furnace exhaust ducts and the preheated air is distributed to the individual burners by means of thermally insulated ducts. In addition to the advantages, this arrangement also has drawbacks. Modern furnaces always have an automatic temperature control device that is zone-based for larger furnaces. However, since there is only one recuperator for the entire furnace, it is difficult to adjust the correct combustion ratios for each zone. This is all the more so because the quantity control must be carried out in cold air for technical reasons. Sometimes there is also a lack of space for storing the heat exchanger and is difficult to store. It is necessary to carry out a channel bypass and slide set to allow repairs and cleaning so that the furnace can be operated even in the event of a heat exchanger® failure

S ohledem na uvedené potíže se v poslední době začaly prosazovat zvláštní hořáky, které mají vlastní rekuperátor®In view of these difficulties, special burners having their own recuperator® have recently become popular

256 439256 439

Tento rekuperátor je spolu s hořákem, jehož je částí, zabudován částečně nebo zcela ve vyzdívce pece. Je určen právě jen pro průchod spalin a vzduchu, které hořák produkuje a spotřebuje. To je výhodné, protože vzduch ohřátý teplem spalin přichází ihned do spalovacího hořáku, takže odpadají ztráty tepla v potrubí. Vzduch přivedený k hořáku je ve studeném stavu, takže na hořáku je možno přesně nastavovat poměr plynu a vzduchu. Každý hořák má proto své vlastní automatické zařízení, které ovládá tepelný příkon, takže pece mohou mít citlivou regulaci teploty v pracovním prostoru. Známé rekuperační hořáky mají společnou osu rekuperátoru a spalinového kanálu. Spaliny, které projdou rekuperátorem se v něm ochladí. Potom se spaliny obvykle odsávají ejekčním účinkem tlakového vzduchu přes přerušovač tahu přímo, nejčastěji neizolovaným potrubím, mimo pecní halu. Toto uspořádání je velmi jednoduché, ale má dvě základní nevýhody. První nevýhoda je v tom, že v zájmu dobrého využití citelného tepla spalin začíná vlastní rekuperátor téměř na úrovni vnitřní strany vyzdívky pece. To omezuje použití tohoto hořáku při teplotách v peci jen do 1 1OO°C, protože by se ozářené části rekuperátoru mohly snadno spálit. Druhá nevýhoda je přerušovač tahu. Je to zařízení sice jednoduché, ale dochází v něm k podstatnému snížení teploty spalin za rekuperátorem, takže již nelze dále využít zbytek tepla ve spalinách například k ohřevu vody.This recuperator, together with the burner of which it is a part, is incorporated partly or completely in the furnace lining. It is designed just for the passage of flue gas and air that the burner produces and consumes. This is advantageous because the air heated by the heat of the flue gas immediately enters the combustion burner so that heat loss in the duct is eliminated. The air supplied to the burner is in a cold state so that the gas / air ratio can be precisely adjusted on the burner. Each burner therefore has its own automatic device that controls the heat input so that the furnaces can have sensitive temperature control in the working area. The known recuperative burners have a common axis of the recuperator and the flue gas duct. The flue gases that pass through the heat exchanger are cooled in it. Thereafter, the flue gas is usually sucked out directly by the ejection effect of compressed air through a draft breaker directly, most often by non-insulated piping, outside the furnace hall. This arrangement is very simple but has two basic disadvantages. The first disadvantage is that, in order to make good use of the sensible heat of the flue gas, the actual recuperator starts almost at the level of the inside of the furnace lining. This limits the use of this burner at oven temperatures up to 110 ° C, as the irradiated parts of the recuperator could easily be burned. The second disadvantage is the draft breaker. Although this is a simple device, it significantly reduces the flue gas temperature downstream of the heat exchanger, so that the rest of the heat in the flue gas can no longer be used, for example, to heat water.

Jsou známé rekuperační hořáky křížové, jejichž rekuperační část má osu kolmou na spalinový kanál a spaliny procházejí kolmo na proud vzduchu a plynu. Proto je možné použít hořák i pro teploty nad 1 1OO°C, protože při vypnutí hořáku z provozu spaliny rekuperátorem neprocházejí a žádná jeho část neni ozářena sálajícími složkami pecní atmosféry nebo vyzdívky. Určitou nevýhodou tohoto uspořádání je jeho délka. Délka je sice vhodná pro použití u pecí s klasickou vyzdívkou šamotovou, ale málo vhodná pro použití u pecí a tenkými vyzdívkami z keramických vláken.Cross recuperative burners are known whose recuperative part has an axis perpendicular to the flue gas duct and the flue gases pass perpendicular to the air and gas flow. Therefore, it is possible to use the burner even for temperatures above 1 100 ° C, because when the burner is switched off the flue gases do not pass through the recuperator and no part of it is irradiated by the radiant components of the furnace atmosphere or lining. A certain disadvantage of this arrangement is its length. Although the length is suitable for use in furnaces with conventional fireclay lining, it is not suitable for use in furnaces and thin ceramic fiber linings.

Uvedené nedostatky souosých i křížových rekuperačních .7These shortcomings of coaxial and cross recuperation .7

256 439 hořáků odstraňuje kompaktní křížový rekuperační hořák pro plynná nebo kapalná paliva podle vynálezu. Ústí spalin je umístěno ve vyzdívce pece a ne ně navazuje spalinový kanál, v němž je kolmo na tok spalin uložen trubkový rekuperátor. Podstata vynálezu spočívá v tom, že spalinový kanál s trubkovým rekuperátorem je opatřen vlastním hořákovým krytem. Hořákový kryt je jedním svým koncem připevněn k ocelové konstrukci pece. Jeho druhý konec je opatřen vývodem spalin s uzavíratelnou klapkou.The 256 439 burners remove the compact cross-recuperative burner for gaseous or liquid fuels of the invention. The flue gas orifice is located in the furnace lining and is not connected to the flue gas channel in which a tubular recuperator is arranged perpendicular to the flue gas flow. The principle of the invention is that the flue gas duct with a tubular recuperator is provided with its own burner cover. The burner cover is attached with one end to the steel structure of the furnace. Its other end is provided with a flue gas outlet with a closable flap.

Hořák je možno použít v jakékoliv peci, a to jak u pecí rekonstruovaných, tak u pecí nových. Použití je nezávislé na vyzdívce pece. Vyzdívka může být ze šamotu i z keramických vláken. Hořák lze využívat i při teplotách nad 1 100°C. Vývod spalin z hořáku může mít libovolný směr , buá do pecního spalinového kanálu, nebo do odsávacího potrubí© Výhodná je rovněž jeho přizpůsobivost různým pracovním podmínkám, protože jeho jednotlivé díly lze upravovat jak rozměrově, tak materiálově. Další významnou předností je, že umožňuje i využívání tepla spalin, které prošly rekuperátorem a které se využívají například k získávání horké vody ve spalinovém kotli. Hořák tak šetří primární energii, a dovoluje navíc využíváni druhotných energetických zdrojů odpadního tepla spalin.The burner can be used in any furnace, both in reconstructed and new furnaces. The use is independent of the furnace lining. The lining may be of fireclay or ceramic fibers. The burner can also be used at temperatures above 1,100 ° C. The flue gas outlet from the burner can be in any direction, either into the furnace flue gas duct or into the exhaust duct. Its adaptability to different working conditions is also advantageous, since its individual parts can be modified both dimensionally and materially. Another significant advantage is that it also allows the use of heat from the flue gases that have passed through the recuperator and which are used, for example, to obtain hot water in the flue gas boiler. The burner thus saves primary energy and allows the use of secondary energy sources of waste heat of flue gases.

Izolace z keramických vláken, která je na vnitřní straně hořákového kryti} působí příznivě při vypnutí hořákuo Tato izolace na rozdíl od šamotových izolací nevydává sálavé teplo. Při vypnutí hořáku tedy nemůže dojít k přehřátí nechlazených trubek rekuperátoru a k jejich poškození přehřátím.The ceramic fiber insulation on the inside of the burner cover has a favorable effect when the burner is turned off. This insulation, unlike fireclay insulation, does not emit radiant heat. Therefore, when the burner is switched off, the uncooled heat exchanger tubes cannot be overheated and damaged by overheating.

Tryske pro přívod chladicího média, umístěná ve spalinovém kanálu před trubkovým rekuperátorem, umožňuje používat hořáku i v pecích s teplotami vyššími než 1 100°C. Při těchto teplotách se chrání trubky rekuperátoru chladicím vzduchem, nebo vodou, které se přivádějí do spalinového kanálů. Podle teploty ve spalinovém kanálu lze přívod chladicího média řídit automaticky.The coolant nozzle, located in the flue gas duct in front of the tube heat exchanger, allows the burner to be used in furnaces with temperatures above 1,100 ° C. At these temperatures, the heat exchanger tubes are protected by cooling air or water which is fed to the flue gas ducts. Depending on the temperature in the flue gas duct, the coolant supply can be controlled automatically.

256 439256 439

Příklad uspořádání kompaktního křížového rekuperačního hořáku pro plynná paliva podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu.An example of the arrangement of the compact cross-recuperative burner for gaseous fuels according to the invention is shown in the attached drawing.

Na obr.1 je podélný řez hořákem v nárysu a na obr_o 2 je řez ústím spalin v půdorysu·Fig. 1 is a longitudinal section of the burner in front view; and Fig _. 2 is a sectional view of the flue mouth in plan view.

Na ocelové konstrukci 20 pece je hořákovou deskou 14 připevněn hořákový kryt 1. Uvnitř hořákového krytu i je epalinový kanál 2. Spalinový kanál 2 je na jedné straně napojen na ústí 11 spalin. Ústí 11 spalin je vytvořeno v hořákovém kamenu 12. Hořákový kámen 12 je uložen ve vyzdívce 19 pece. Součástí hořákového kamene 12 je i hořákový kanál, který není na výkresu označen vztahovou značkouo Do hořákového kanálu ústí hořáková špička ,6ο Na druhé straně je spalinový kanálwapojen na vývod J spalin. Vývod J spalin je opatřen uzavíratelnou klapkou 4. Ve spalinovém kanálu 2 je uložen trubkový rekuperátor £, Trubkovým rekuperátorem £ prochází neoznačená plynová trubka, která se s trubkovým rekuperátorem £ spojuje v hořákové špičce ,6ο Hořákový kryt 1 je ne vnitřní straně opatřen izolací 2· Izolace 2 j® P^r®’ vedena s výhodou z keramických vláken₀ Keramická izolační vlákna nepřijímají teplo sáláním, ani je nevyzařují. Ve spalinovém kanálu 2 před trubkovým rekuperátorem £ je umístěna tryska 8 pro přívod chladicího média· Chladicí médium může být vzduch nebo vodao Chladicí médium se přivádí k trysce 8 přívodním potrubím 13. Přívodní potrubí 13 je opatřeno magnetickým ventilem 21. Magnetický ventil 21 elouží k uzavírání přívodu chladicího média. Hořák je dále opatřen přívodem 2 Plynu s uzavíracím kohoutem 16. Středem neoznačené plynové trubky prochází zapalovací a hlídací soupravaOn the steel structure 20 of the furnace, a burner cover 1 is attached by a burner plate 14. Inside the burner cover 1, the epaline channel 2 is connected. The flue gas orifice 11 is formed in the burner stone 12. The burner stone 12 is embedded in the furnace lining 19. The burner stone 12 also includes a burner duct, which is not indicated in the drawing by a burner tip. In the other hand, the flue gas duct is connected to the flue gas outlet J. The flue gas outlet J is provided with a closable flap 4. In the flue gas duct 2 there is a tubular heat exchanger 6, an unmarked gas pipe passes through the tubular heat exchanger 6, isolation 2 J® ® P ^r 'extends preferably a ceramic fiber insulation ₀ ceramic fibers do not receive the radiation heat, or is not radiate. In the flue gas duct 2 in front of the tube heat exchanger 8 there is a nozzle 8 for the coolant supply. The coolant can be air or water. coolant supply. The burner is further provided with a gas inlet 2 with a stopcock 16. The ignition and watch set passes through an unmarked gas pipe.

18. Zapalovací a hlídací souprava 18 slouží jednak k zapalování směsi plynu a vzduchu a jednak ke kontrole hoření. Hořák je dále opatřen přívodem 10 vzduchu se vzduchovou klapkou 17« které slouží k regulaci množství přiváděného vzduchu. Vývod J spalin je možno napojit připojovací pří- [ rubou 15 na nevyznačený spalinový kanál nebo na odsávací ’ potrubí.18. The ignition and monitoring set 18 serves both to ignite the gas / air mixture and to control combustion. The burner is further provided with an air inlet 10 with an air flap 17 'for regulating the amount of air supplied. The flue gas outlet J can be connected via a connecting flange 15 to an unmarked flue gas duct or a suction pipe.

256 439256 439

Kompaktní křížový rekuperační hořák pro plynná paliva pracuje takto. Nejprve se uvede v činnost zapalovací a hlídací souprava 18, u které se zapálí malý zapalovací hořák, který není na výkresu znázorněn. Potom se otevře plynový kohout 16 a vzduchová klapka 17. Směs plynu a vzduchu vytvořená v hořákové špičce 6 ee zapálí malým zapalovacím hořákem. Hořící směs prochází neoznačeným hořákovým kanálem do pracovního prostoru peceo V peci předají čerstvé spalipy část svého tepla ohřívanému materiálu a odcházejí ústím 11 spalin do spalinového kanálu 2. Zde procházejí trubkovým rekupeřátorem V trubkovém rekuperátoru 2 předávají část svého citelného tepla stěnám rekuperačních trubekoZ vnitřního povrchu rekuperačních trubek odebírá toto teplo spalovací vzduch, který přichází do hořáku z přívodu 10 vzduchu. Vzduch se při průchodu rekuperátorem 2 ohřívá, a tím zvyšuje tepelnou účinnost hořáku.The compact cross-recuperative burner for gaseous fuels works as follows. Initially, an ignition and monitoring assembly 18 is actuated in which a small ignition burner (not shown in the drawing) is ignited. The gas cock 16 and the air flap 17 are then opened. The gas-air mixture formed in the burner tip 6e is ignited by a small pilot burner. The burning mixture passes through an unlabeled burner channel into the furnace working space. In the furnace, fresh flue gases transfer some of their heat to the heated material and exit through the flue gas outlet 11 to the flue gas channel. this heat removes the combustion air that enters the burner from the air inlet 10. The air is heated as it passes through the heat exchanger 2, thereby increasing the thermal efficiency of the burner.

Podle uspořádání rekuperačních trubek lze zajistit postupné proudění spalovacího vzduchu v protiproudu, a tak docílit vysoký předehřev.Depending on the arrangement of the recuperation pipes, a gradual flow of combustion air in countercurrent can be ensured, thus achieving high preheating.

Jakmile se uzavře přívod plynu kohoutem 16 a přívod spalovacího vzduchu vzduchovou klapkou 17, uzavře se současně uzavíratelná klapka £. Tím se přeruší tok spalin okolo trubkového rekuperátoruAs soon as the gas inlet valve 16 and the combustion air inlet air valve 17 are closed, the closable valve 6 is closed at the same time. This interrupts the flue gas flow around the tubular heat exchanger

Vynálezu se využije u průmyslových pecí v hutnictví e ve strojírenství.The invention is applicable to industrial furnaces in metallurgy and mechanical engineering.

256 439256 439

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims (3)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1. Kompaktní křížový rekuperační hořák pro plynná nebo kapalná paliva, sestávající z ústí spalin umístěného ve vyzdívce pece, na něž navazuje spalinový kanál, v němž je kolmo na tok spalin umístěn trubkový rekuperátor, vyznačující se tím, že spalinový kanál (2) s trubkovým rekuperétorem (5) je opatřen vlastním hořákovým krytem (1), který je jedním svým koncem připevněn k ocelové konstrukci (20) pece a jeho druhý konec je opatřen vývodem (3) spalin s uzavíratelnou klapkou (4).A compact cross-recuperative burner for gaseous or liquid fuels, consisting of a flue gas orifice located in a furnace lining, followed by a flue gas duct in which a tubular recuperator is arranged perpendicular to the flue gas flow, characterized in that the flue gas duct (2) the recuperator (5) is provided with its own burner cover (1), which is attached at one end to the steel structure (20) of the furnace and its other end is provided with a flue gas outlet (3) with a closable flap (4). 2. Kompaktní křížový rekuperační hořák pro plynná nebo kapalná paliva podle bodu 1_F vyznačující se tím, že hořákový kryt (1) má na vnitřní straně izolaci (7) z keramických vlákenoSecond cross compact recuperative burner for gaseous or liquid fuel _F according to claim 1, characterized in that the burner housing (1) has on the inner side of the insulation (7) of ceramic fibers 3. Kompaktní křížový rekuperační hořák podle bodu 1 a 2, vyznačující se tím, že ve spalinovém kanálu (2) před trubkovým rekuperátorem (5) je v hořákovém krytu (1) umístěna tryska (8) s přívodem chladicího média·Compact cross recuperative burner according to Claims 1 and 2, characterized in that a nozzle (8) with a coolant supply is located in the burner housing (1) in the flue gas duct (2) upstream of the tube heat exchanger (5). 1 výkres1 drawing