Саморегенерирующая промышленная горелка и промышленная печь для выполнения саморегенерирующихся процессов горения - RU2016119146A

1. Саморегенерирующая промышленная горелка (10), содержащая

головку (11), с которой связаны по меньшей мере одна первая форсунка (12) для впрыскивания топлива, которая может быть связана на входе с узлом (13) подачи топлива, и по меньшей мере одна пара вторых форсунок (14, 15), которые могут поочередно и выборочно пропускать через себя воздух для горения и газообразные продукты сгорания,

трубчатый корпус (16), который открыт на противоположных концах и расположен на передней части указанной головки (11) соосно с указанной по меньшей мере одной первой форсункой (12) и из одного конца которого, ближайшего к поверхности указанной головки (11), выходят наружу или выступают указанная первая форсунка (12) и по меньшей мере одна пара вторых форсунок (14, 15), а противоположный конец корпуса отдален от указанной поверхности, причем, когда горелка (10) установлена в камере (101) сгорания, в частности, камере промышленной печи (100), указанный трубчатый корпус (16) проходит внутрь указанной камеры (101) сгорания,

отличающаяся тем, что

каждая из указанных вторых форсунок (14, 15) содержит по меньшей мере одну первую трубчатую часть (140, 150), которая в радиальном направлении лежит снаружи указанного трубчатого корпуса (16) и на конце которой выполнено по меньшей мере одно первое отверстие (14а, 15а), причем указанное первое отверстие предназначено для поочередного выпуска указанного воздуха для горения и для впуска указанных газообразных продуктов сгорания и лежит в радиальном направлении снаружи указанного трубчатого корпуса (16),

при этом указанный трубчатый корпус (16) имеет по меньшей мере одно радиальное отверстие (17), проходящее через его боковую стенку и действующее в качестве впускного отверстия для по меньшей мере воздуха для горения, выходящего из одной из указанных вторых форсунок указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), или по меньшей мере из одной их части, в указанный трубчатый корпус (16), где указанный воздух смешивается с топливом, выходящим из указанной по меньшей мере одной

первой форсунки (12).

2. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что указанный трубчатый корпус (16) имеет несколько указанных радиальных отверстий (17), расположенных отстоящими друг от друга вдоль по меньшей мере одной периферической части указанного трубчатого корпуса (16).

3. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна первая форсунка (12) проходит в указанный трубчатый корпус (16) вплоть до по меньшей мере его продольной части, в которой выполнено указанное по меньшей мере одно радиальное отверстие (17).

4. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что каждая вторая форсунка из указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) имеет указанное соответствующее первое отверстие (14а, 15а), предназначенное для поочередного выпуска воздуха для горения и впуска газообразных продуктов сгорания и расположенное радиально снаружи указанного трубчатого корпуса (16) у соответствующего указанного радиального отверстия (17) и на определенном расстоянии (d) от внешней боковой поверхности указанного трубчатого корпуса (16).

5. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что указанная первая трубчатая часть (140, 150) каждой из указанных вторых форсунок (14, 15) указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок имеет центральную продольную ось (А), наклоненную к центральной продольной оси (В) указанного трубчатого корпуса (16).

6. Горелка (10) по п. 5, отличающаяся тем, что указанная центральная продольная ось (А) первой трубчатой части (140, 150) каждой указанной второй форсунки (14, 15) имеет по меньшей мере один первый компонент (α_R) с наклоном в радиальном направлении, проходящий в направлении указанной центральной продольной оси (В) указанного трубчатого корпуса (16).

7. Горелка (10) по п. 6, отличающаяся тем, что указанная центральная продольная ось (А) первой трубчатой части (140, 150) каждой указанной второй форсунки (14, 15) имеет второй компонент (α_T) с наклоном в тангенциальном направлении.

8. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пару тепловых аккумуляторов (19, 20), которые отделены друг от друга и расположены выше по потоку от лицевой поверхности указанной головки (11),

противоположной той поверхности, из которой выходят наружу или выступают указанная по меньшей мере одна первая форсунка (12) и указанная по меньшей мере одна пара вторых форсунок (14, 15), и которые находятся в проточном сообщении со вторым отверстием (14b, 15b) соответствующей второй форсунки указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), предназначенным для поочередного впуска воздуха для горения и выпуска газообразных продуктов сгорания, причем указанное второе отверстие (14b, 15b) лежит напротив указанного первого отверстия (14а, 15а),

и дополнительно содержит устройство (21) коммутации потока для коммутации потока, проходящего через указанные вторые форсунки указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) и соответствующие указанные тепловые аккумуляторы (19, 20), причем указанное устройство (21) коммутации потока выполнено с возможностью регулирования между первым положением, в котором воздух для горения подается через один из указанных тепловых аккумуляторов указанной по меньшей мере одной пары тепловых аккумуляторов (19, 20) и соответствующую указанную вторую форсунку указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), а газообразные продукты сгорания отводятся через другую вторую форсунку указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) и соответствующие тепловые аккумуляторы указанной по меньшей мере одной пары тепловых аккумуляторов (19, 20), и вторым положением, в котором потоки воздуха для горения и газообразных продуктов сгорания через указанные тепловые аккумуляторы указанной по меньшей мере одной пары тепловых аккумуляторов (19, 20) и соответствующие вторые форсунки указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) инвертированы.

9. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что указанное первое отверстие (14а, 15а) каждой из указанных вторых форсунок указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), предназначенное для поочередного выпуска воздуха для горения или впуска газообразных продуктов сгорания, лежит в плоскости, ортогональной или наклонной по отношению к соответствующей указанной центральной продольной оси (А) соответствующей первой трубчатой части (140, 150).

10. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что каждая вторая форсунка указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) содержит

трубчатую часть, которая выступает из указанной головки (11) и на которой выполнен по меньшей мере один радиальный паз (22).

11. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что содержит пару указанных первых форсунок (12, 12'), расположенных соосно друг с другом, и узел (23) коммутации потока подаваемого топлива, выполненный с возможностью коммутации потока топлива, подаваемого указанными первыми форсунками (12, 12') указанной пары между по меньшей мере одной первой рабочей конфигурацией указанной горелки, в которой указанная горелка (10) работает в условиях локализации пламени или, в любом случае прикрепления пламени к указанному трубчатому корпусу (16), а указанное топливо подается через первую форсунку (12) указанной пары первых соосных форсунок, которая окружает другую форсунку, и по меньшей мере одной второй рабочей конфигурацией, в которой указанная горелка (10) работает в условиях отрыва пламени от указанного трубчатого корпуса (16), или в беспламенном режиме, а указанное топливо подается через первую форсунку (12') указанной пары первых соосных форсунок, которая находится внутри другой форсунки.

12. Горелка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну пару третьих форсунок (24) для впрыскивания топлива, которые связаны, на входе, с указанным узлом (13) подачи топлива и которые расположены радиально снаружи указанного трубчатого корпуса (16) и по существу параллельно указанной продольной оси (В) указанного трубчатого корпуса, и узел (23) коммутации потока подаваемого топлива, выполненный с возможностью коммутации потока топлива, подаваемого указанной по меньшей мере одной первой форсункой (12) и указанными третьими форсунками (24), между по меньшей мере одной первой рабочей конфигурацией указанной горелки, в которой указанная горелка (10) работает в режиме локализованного пламени, или в любом случае пламени, прикрепленного к указанному трубчатому корпусу (16), а указанное топливо подается через указанную по меньшей мере одну первую форсунку (12), и по меньшей мере одной второй рабочей конфигурацией, в которой указанная горелка (10) работает в беспламенном режиме, а указанное топливо подается через указанную по меньшей мере одну пару третьих форсунок (24).

13. Горелка (10) по одному из пп. 1-12, отличающаяся тем, что каждая вторая форсунка из указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок

(14, 15) содержит вторую трубчатую часть (142, 152), которая в радиальном направлении лежит снаружи указанного трубчатого корпуса (16) и на конце которой выполнено по меньшей мере одно вспомогательное отверстие (14с, 15с), предназначенное для поочередного выпуска воздуха для горения и впуска газообразных продуктов сгорания, и которая в радиальном направлении расположена снаружи указанного трубчатого корпуса (16), причем центральная продольная ось (А') указанной второй трубчатой части (142, 152) по существу параллельна указанной центральной продольной оси (В) указанного трубчатого корпуса (16).

14. Промышленная печь (101) для тепловой обработки изделий, в частности, полуфабрикатов и изделий из железа и стали, металлов и неорганических материалов, содержащая камеру (101) для термической обработки, ограниченную стенками и сводом, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну горелку (10), которая выполнена по одному из пп. 1-13 и которая связана, установлена или встроена в указанную по меньшей мере одну из указанных стенок или указанный свод, причем указанный трубчатый корпус (16) проходит в указанную камеру (101).

15. Способ управления горелкой (10), выполненной по одному из пп. 1-13, при применении в камере (101) сгорания, в частности, в камере промышленной печи (100) для термической обработки изделий, в частности, полуфабрикатов и изделий из железа и стали, металла и неорганических материалов, включающий:

подачу указанного топлива через указанную по меньшей мере одну первую форсунку (12) со скоростью введения, составляющей от 15 м/с до 30 м/с;

подачу воздуха для горения путем введения его в одну из указанных вторых форсунок указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) со скоростью введения, составляющей от 30 м/с до 100 м/с, с созданием, тем самым, струи воздуха для горения, которая остается по существу когерентной по меньшей мере на расстоянии, которое отделяет указанное соответствующее первое отверстие (14а, 15а) от наружной боковой поверхности указанного трубчатого корпуса (16), причем по меньшей мере одна часть воздуха для горения, подаваемого таким образом, поступает через указанное по меньшей мере одно радиальное отверстие (17) в указанный трубчатый корпус (16), где

она смешивается с топливом, подаваемым указанной по меньшей мере одной первой форсункой (12), для того, чтобы генерировать пламя, локализованное или в любом случае прикрепленное к указанному трубчатому корпусу (16);

отведение газообразных продуктов сгорания, выходящих из конца указанного трубчатого корпуса (16), противоположного концу, обращенному к указанной головке (11), или в любом случае находящегося в камере (101) сгорания, всасывание их с наружной стороны указанного трубчатого корпуса (16) через другую из указанных вторых форсунок указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15) со скоростью всасывания, составляющей от 30 м/с до 100 м/с.

16. Способ по п. 15, в котором

при указанной подаче воздуха для горения, перед введением его в указанную соответствующую вторую форсунку указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), пропускают указанный воздух для горения через тепловой аккумулятор по меньшей мере одной пары тепловых аккумуляторов (19, 20), которые отделены друг от друга и расположены выше по потоку от поверхности указанной головки (11), противоположной той поверхности, из которой выходят или выступают указанная по меньшей мере одна первая форсунка (12) и указанная по меньшей мере одна пара вторых форсунок (14, 15), и которые находятся в проточном сообщении со вторым отверстием (14b, 15b) соответствующей второй форсунки указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), предназначенным для поочередного впуска воздуха для горения и выпуска газообразных продуктов сгорания, причем второе отверстие (14b, 15b) расположено напротив указанного первого отверстия (14а, 15а), при этом

при указанном отведении газообразных продуктов сгорания пропускают газообразные продукты сгорания, всосанные другой из указанных вторых форсунок указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15), через другой тепловой аккумулятор указанной по меньшей мере одной пары тепловых аккумуляторов (19, 20), и при этом дополнительно

инвертируют через заранее заданные промежутки времени потоки воздуха для горения и газообразных продуктов сгорания, которые проходят через указанные вторые форсунки указанной по меньшей мере одной пары вторых форсунок (14, 15).

17. Способ по п. 15, в котором прерывают указанную подачу топлива через указанную по меньшей мере одну первую форсунку (12) и подают топливо путем введения его через дополнительную первую форсунку (12'), расположенную соосно и внутри указанной первой форсунки, со скоростью введения, составляющей от 80 м/с до 130 м/с, для генерации, когда температура внутри камеры (101) сгорания больше температуры самовоспламенения указанного топлива, беспламенного горения ниже по потоку от указанного трубчатого корпуса (16), или для генерации пламени, оторванного от указанного трубчатого корпуса (16).

18. Способ по одному из пп. 15-17, в котором, когда температура внутри указанной камеры (101) сгорания больше температуры самовоспламенения указанного топлива, прерывают указанную подачу топлива через указанную по меньшей мере одну первую форсунку (12) и подают топливо путем введения его через указанную по меньшей мере одну пару третьих форсунок (24) для впрыскивания топлива, расположенных радиально снаружи указанного трубчатого корпуса (16) и по существу параллельно указанной продольной оси (В) указанного трубчатого корпуса, со скоростью введения, составляющей от 80 м/с до 130 м/с, для генерации беспламенного горения ниже по потоку от указанного трубчатого корпуса (16).