188900. lajstromszámú szabadalom • Elrendezés főleg Siemens-Martin-kemencében használatos nagynyomású égőfejek égési folyamatának intenzitásnövelésére
1 188 900 2 A találmány tárgya elrendezés főleg Siemens —Martin-kemencében használatos nagynyomású égőfejek égési folyamatának intenzitásnövelésére, amely égőfejekkel gáznemű és/vagy folyékony tüzelőanyag égethető el. Az a tény, hogy az ipari kemencék fajlagos hőfelhasználását és teljesítményét, főleg Siemens - Martin-kemencék esetében, döntő mértékben a nagynyomású égőfejek határozzák meg, ez alapvetően befolyásolta az égőfejek konstrukciójának szempontjait. Az utolsó két évtized során hatottak a kutatási eredmények — főleg a modell kísérletek az áramlástechnika területén - a nagynyomású égőfejek kialakítására. Mindenekelőtt az impulzuselv fontosságát ismerték fel, azaz a láng kinetikai energiájának a hőátadási viszonyokra gyakorolt hatását a Siemens —Martin-kemencékben. Gáznemű és/vagv folyékony tüzelőanyag égetésére különböző felépítésű nagynyomású égőfejek váltak ismertté, amelyek nagy kinetikai energiájú láng előállítására nagynyomású földgáz mellett az olajelégetésére nagynyomású porlasztószereket, sűrített levegő, ül- gőz formájában alkalmaznak. Eközben mutatkozott meg, hogy a tiszta gőzporlasztásnak az a hátránya, hogy a lánghőmérséklet a fűtőolaj porlasztásához, szükséges gőzmennyiség miatt, erősen csökken és az elérhető legnagyobb lánghőmérséklet értéke a disszociációs hőveszteség következtében a sűrített levegő porlasztás esetében elért értékek alatt van. Ezért a tiszta gőzporlasztással üzemeltetett nagynyomású égőfejek kedvezőtlenebb üzemi értékeket értek el az ipari kemencék fajlagos hőfelhasználására és teljesítményére vonatkozóan. A földgázhányad nagyobb, mint 65 %-ra történő növekedésével az összmennyíséghez viszonyítva a DD-PS 100 530 sz. NDK-beli szabadalmi leírásból ismert égőfej fajtáknál, valamint a W. Hansen „Tüzeléstechnikai kézikönyv”-ből ismert kettős- és többszörös porlasztóknál, amelyek sűrített levegővel működnek, az a hátrány adódott, hogy a lángok az adagolás és beolvasztás, valamint olvasztási fázisokban nem rendelkeznek a szükséges égéshőmérséklettel, és a fövetés olvasztási fázisában a láng szükséges emisszióképessége hiányzott, mivel egyrészt a nagynyomású földgáz kiterjedésénél a mennyiség növekedésével a lehűtő hatás növekedett és másrészt a kemencebélés irányába ható sugárzó hő hányada a nagyobb földgázmennyiség miatt csökken. A maximális égéshőmérséklet csök- Kenésévei és a sugárzással történő hőátadás visszaesése miatt a Siemens-Martin-kemencék teljesítmény- és fajlagos hőfelhasználás adatai kedvezőtlenül alakultak. Az eddig a gyakorlatban ismert nagynyomású égőfejek esetében a gáznemű és folyékony tüzelőanyagok csak egy meghatározott keverési arányig tesznek eleget a Siemens—Martin-kemencékkel szemben támasztott követelményeknek a maximális égéshőmérséklet, valamint a szükséges lángsugárzás tekintetében. Tehát egy korlátozott tartományban működnek gazdaságosan. A találmány célja, hogy az említeti típusú nagynyomású égőfejeket oly módon alakítsuk ki, hogy az ismertetett gazdasági hátrányokat kiküszöböljük a több mint 65 %-os földgázhányad alkalmazása esetén és ezzel a Siemens—Martin-kemencék üzemelését egy széles alkalmazási tartományon belül a teljesítmény és a fajlagos hőelhasználás tekintetében gazdaságosabbá tegyük. A találmány feladata, hogy a gőz meghatározott nyomással történő speciális befúvásával az égési folyamat intenzitás fokozásának olyan hatását érjük el, hogy függetlenül a gáznemű és folyékony tüzelőanyagok keverési arányától a stabil és teljes égés mellett a maximális lánghőmérsékletet és a láng nagy sugárzóképességét biztosítsuk, hogy a kemencetérben javított hőátadási viszonyokat teremtsünk. A kitűzött feladatot oly módon oldjuk meg. hogy a nagynyomású égőfejek önmagában ismert keverőkamrájában az áramlási irány mentén a gőzbefúvására csövet helyezünk el, amely az égőfej hossztengelyén van elrendezve és az ehhez csatlakozó keverőcső előtt meghatározott távolságban végződik. A cső végét előnyösen kúp alakúan szűkülő fúvókaként képezzük ki. A fúvóka az égőfej nagyságától függően az égőfej impulzusának 1/15-étől 1/10-éig terjedő impulzuserőhöz illeszkedően van kialakítva. Az égőfej nagysága az alkalmazott égőfej teljesítményét meghatározza. A kemencetípustól és az égőfej használati feltételeitől függően különböző teljesítményű égőfejeket alkalmaznak. Az égőfej 1 impulzusa az alábbi összefüggéssel jellemezhető I = m • c ahol m — másodpercenként kiáramló tömeg (kg/s), C - kiáramlás sebessége (m/s). Kritikus kiáramlási sebesség és az égőfej fúvókáján keletkező kritikus nyomása - amely nagyobb, mint a kemencetérben levő ellennyomás - esetén az égőfej impulzusa az alábbi összefüggéssel fejezhető ki : l = m„'Cw, + f(„CT1 —P0) ahol m,nilK — másodpercenkénti maximális kiáramló tömeg (kg/s), Ckrit - kritikus kiáramlási sebesség, f - a fúvóka keresztmetszete (cm2) „C” - az alkalmazott gáztól függő állandó P, - gáznyomás az égőfej fúvókájánál (N/ctn2) P0 - a kemencetérben levő nyomás (N/cm2). Az impulzuserő az a hatás, amelyet a fúvókéval ellátott csövön keresztül a keverőkamrába bejuttatott gőzsugár a keverőkamrában fejt ki. Az impulzuserőt a tisztítandó, ill. intenzifikáló égőfej égőfejimpulzusára vonatkoztatjuk. A láng kinetikai energiájának legnagyobb kiegészítő hozamát a találmány szerint azzal érjük el, hogy a gőzbefúvásra kialakított cső előnyösen kiválasztott bevezetési mélysége mellett a fúvóka át5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
