БЛОК ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1994 года по МПК C21B9/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к теплообменникам регенеративного типа с неподвижной насадкой и автономной топкой.

Для нагрева воздуха до высоких температур широко применяются теплообменники регенеративного типа. Например, воздух нагревался в теплообменнике с промежуточным циркулирующим теплоносителем- каолиновыми шарами. Однако подобную конструкцию нельзя применить, если имеется большая разность давлений между греющей и нагреваемой средой, в частности, при нагреве доменного дутья.

Известны доменные воздухонагреватели, характеризующиеся тем, что они содержат корпус, неподвижную регенеративную насадку, топку с подводящими и отводящими газоходами, воздуховоды холодного и горячего дутья и переключающую арматуру. Насадка попеременно нагревается топочными газами с давлением 0,1 МПа и охлаждается дутьевым воздухом с давлением 0,55 МПа (абс), который нагревается до 1200-1250^оС. Это устройство является наиболее близким к предложению по технической сущности и достигаемому эффекту.

Недостатки доменных воздухонагревателей описанной конструкции.

1. Из-за переменной температуры горячего воздуха на выходе из насадки она на 50-150^оС ниже максимально возможной достигаемой средней температуры дутья, даже в попарно-параллельном режиме включения воздухонагревателей.

2. Стабилизация температуры дутья сопровождается изменением расхода воздуха, в результате чего 10% воздуха высокого давления сбрасывается через снорты в атмосферу.

3. Воздух высокого давления теряется при периодическом заполнении корпуса воздухонагревателя.

4. Отключающая газовая арматура работает в очень тяжелых условиях: при температуре газов 1200-1450^оС и перепаде давлений 0,45 МПа.

Целью изобретения является повышение температуры нагрева воздуха и уменьшение его потерь.

Цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус, регенеративную насадку, топку с подводящими и отводящими газоходами, воздуховоды холодного и горячего дутья и переключающую арматуру, насадка выполнена в виде параллельно включенных секций, каждая из которых подключена через клапаны к воздуховодам и отводящему газоходу и имеет индивидуальную топку для работы под наддувом. Кроме того, отводящие газоходы подключены к газовой утилизационной бескомпрессорной турбине (ГУБТ).

Предложение отличается от прототипа наличием параллельно включенных секций насадки, оснащенных переключающей арматурой и индивидуальными топками, способными работать под давлением, присоединением отводящих газоходов к ГУБТ. Поэтому оно соответствует критерию "Новизна".

Поиск по смежным классам патентной и научно-технической литературе не выявил аналогов, в которых цели изобретения достигались бы с помощью совокупности предложенных технических признаков. Поэтому предложение соответствует критерию "Существенные отличия".

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Теплообменник включает корпус 1 с неподвижной огнеупорной насадкой 2, опирающейся на решетку 3. Перегородками 4 насадка разделена на параллельно включенные по газам секции. Каждая из них имеет топки 5 с газовыми 6 и воздушными 7 клапанами, отсечными клапанами холодного дутья 8 и горячего дутья 9, установленными на воздуховодах холодного дутья 10 и горячего дутья 11. Последние подключены к коллектору 12 горячего дутья. Каждая секция имеет также отсечной газовый клапан 13, которым секции присоединены к отводящему газовому коллектору 14, газоходу 15 и ГУБТ 16. К клапанам 7 через коллектор 17 присоединен воздуховодом 18 компрессор 19.

Воздухоподогреватель работает следующим образом.

Корпус 1 постоянно находится под избыточным давлением 0,4-0,5 МПа, так как режим нагрева насадки предусматривает то же давление газов, что и при охлаждении насадки. В связи с этим топочные камеры (топки 5) отапливаются природным газом, а воздух для горения подведен к ним от компрессора 19. Секции насадки 2 включаются в режим нагрева и охлаждения поочередно друг за другом со смещением по времени, например, 1-2 мин. В режиме нагрева насадки клапаны 8 и 9 закрыты, клапаны 6, 7 и 13 - открыты, топливо сжигается в топке 5. Продолжительность нагрева каждой секции определяется температурой отходящих газов под решеткой 3, которая не должна превышать 450-500^оС. Общее число секций, единовременно стоящих на нагреве, не менее 10, поэтому включение и отключение очередных секций практически не изменяет температуры отходящих газов.

Разрез на чертеже соответствует положению клапанов в режиме нагрева насадки (это секции а).

В режиме нагрева дутья клапаны 6, 7 и 13 закрыты, а клапаны 8 и 9 - открыты. Каждая секция 2 охлаждается до тех пор, пока температура дутья за ней не опустится до заданной, например 1220^оС. Поскольку переключение секций 2 на нагрев дутья происходит достаточно часто (через 1-2 мин), то средняя температура дутья сохраняется постоянной при неизменном общем расходе воздуха через охлаждаемые секции 2 (положение б).

При нагреве и охлаждении насадки давления продуктов горения и воздуха равны, поэтому через соседние секции, разделенные перегородками 4, нет перетока газов даже при неплотности перегородок. Все отсечные клапаны в закрытом состоянии имеют равные давления с обеих сторон разделительной поверхности.

Отходящие продукты горения топлива собираются в коллекторе 14 и при средней температуре 250^оС и давлении 0,5 МПа поступают на ГУБТ 16. В газовой турбине давление газов снижается до 0,112 МПа, а температура - до 120-150^оС.

Преимущества предложения обусловлены следующим.

Выравнивание давления в секциях 2 в периодах нагрева и охлаждения насадки позволяет часто и без потерь воздуха переключать секции с одного режима на другой. При достаточно большом числе секций насадки теплообменник работает в режиме, аналогичном режиму воздухоподогревателя типа "Ротемюлле", в котором при неподвижной насадке температуры газов и воздуха на выходе стабильны. По этой причине отпадает необходимость изменения производительности воздушного компрессора и сбрасывать сжатый воздух в атмосферу.

Включение большого числа нагревательных секций со смещением в режиме нагрева дутья позволит до предела использовать возможности попарно-параллельного режима работы и поднять среднюю температуру дутья на 80-100^оС.

Срабатывание давления продуктов горения в ГУБТ компенсирует расход энергии на сжатие воздуха, подаваемого в камеры горения. Установка в комплексе может рассматриваться как ГТУ с автономной компрессией воздуха и высокотемпературной камерой горения, после которой температура продуктов горения понижается внешним (по отношению к циклу ГТУ) теплоносителем. Работа расширения газов превысит не только работу сжатия воздуха на горение, но и работу сжатия доменного дутья.

Кроме того, отходящие газы при расширении в ГУБТ охладятся на 100-120^оС, и, таким образом, их тепло будет утилизировано без устройства специальных охладителей.

Наличие большого числа маленьких камер горения вместо одной большой топки позволит увеличить стойкость огнеупоров и срок службы отсечной арматуры (клапанов 6 и 7).

Упростится режим управления работой доменного воздухонагревателя: необходимо будет лишь по заданной программе переключать секции 2.

Воздухонагреватели содержат корпус, огнеупорные насадки, образующие параллельные секции с перегородками. Каждая секция подключена через арматуру к воздуховодам холодного и горячего дутья и отводящему газовому коллектору. Секции имеют индивидуальные камеры горения, соединенные с трубопроводом природного газа и сжатого воздуха и приспособленные для работы в газовом режиме под наддувом. Газовый коллектор подключен к газовой бескомпрессорной турбине. 1 ил.

БЛОК ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащий воздухонагреватели, каждый из которых имеет насадку и камеру горения и соединен патрубками с трубопроводами горячего и холодного дутья, газопроводом, воздухопроводом и отводящим газоходом, а также переключающую арматуру, отличающийся тем, что он снабжен корпусом, общим для всех воздухонагревателей, установленных в нем с возможностью параллельной работы, а также аппаратом для понижения давления, посредством патрубка, соединенным с отводящим газоходом, причем трубопровод холодного дутья посредством патрубка соединен с воздухопроводом.