ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК C21B9/00 

Изобретение относится преимущественно к высокотемпературному нагреву доменного дутья и других газообразных теплоносителей, применяемых в металлургии и энергетике.

Известна высокотемпературная воздухонагревательная установка [1] доменной печи, содержащая блок воздухонагревателей (регенеративных теплообменников) для нагрева дутья и устройство для перемешивания доменного и природного газов, применяемых для обогрева воздухонагревателей.

Недостатками такой установки являются большие потери тепла (15% и более) с уходящими газами и соответственно относительно низкий (менее 70-75%) коэффициент полезного действия воздухонагревателей; необходимость для получения высокой температуры нагрева дутья добавлять к доменному газу не менее 10% (по объему) дорогостоящего природного; загрязнение атмосферы теплом уходящих газов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является высокотемпературная воздухонагревательная установка [2] доменной печи, содержащая блок воздухонагревателей для нагрева дутья и рекуператоры для нагрева доменного газа и воздуха горения.

Недостатки известной установки заключаются в том, что требуются дополнительные площади для размещения рекуператоров, возможны образование и взрыв горючей смеси при нарушении герметичности рекуператора для нагрева газа, необходимо иметь дополнительную систему дымо- и газовоздухопроводов и соответственно повышенную мощность тяго- дутьевых устройство для перемещения газообразных теплоносителей. Все это снижает стойкость установки, ее эксплуатационную надежность и экономичность, затрудняет ее реализацию.

Устранение указанных недостатков достигается тем, что в высокотемпературной воздухонагревательной установке доменной печи, содержащей блок воздухонагревателей для нагрева дутья и рекуператор для нагрева воздуха горения, рекуператор разбит на секции, размещенные в поднасадочном пространстве воздухонагревателей и работающие одновременно с ними в периоды нагрева их насадки.

На чертеже изображения предлагаемая высокотемпературная воздухонагревательная установка доменной печи.

Установка содержит воздухонагреватели 1 с размещенными в них секциями 2 рекуператора. Они служат для нагрева насадки 8 в период нагрева насадки и дутья в период нагрева дутья.

Секции 2 рекуператора, расположенные в поднасадочном пространстве 4 воздухонагревателей 1, имеют систему металлических труб, через стенки которых происходит теплообмен между охлаждаемыми движущимися внутри труб продуктами горения, покидающим насадку 3, и нагреваемым воздухом, смывающим их снаружи и поступающим к ним из отверстий 5 воздуха в стене камеры 6 горения, соединенных посредством коллектора 7 воздуха с трубопроводом 8 воздуха. Они служат для нагрева воздуха в период нагрева насадки 3 воздухонагревателей 1.

Насадка 3 воздухонагревателей 1 охватывает камеру 8 горения и сверху соединена с подкупольным пространством 9, а внизу через посредство поднасадочной решетки 10 с поднасадочным пространством 4. Она служит промежуточным теплоносителем между продуктами горения и дутьем, которые периодически проходят через нее.

Поднасадочное пространство 4 воздухонагревателей 1, примыкающее в нижней своей части снаружи к трубопроводу 11 дыма, а в верхней трубопроводу 12 холодного дутья, служит для обеспечения равномерного распределения дутья и продуктов горения по сечению насадки 1 и размещении в нем секции 2 рекуператора. Отверстия 5. расположенные по периметру стены камеры 6 горения, граничащей с нижней частью секции 2 рекуператора, соединяют коллектор 7 воздуха с секцией 2 рекуператора и служат для равномерной подачи воздуха в нее.

Камера 6 горения, расположенная в средней части воздухонагревателей 1 и соединенная внизу с соплом 13 горелки, а вверху с насадкой 3 через подкупольное пространство 9, служит для сжигания в ней газа.

Коллектор 7 воздуха, являющийся продолжением трубопровода 8 воздуха, вместе с отверстиями 5 воздуха служит для равномерного подвода воздуха горения в секции 2 рекуператора. Трубопровод 8 воздуха, заканчивающийся в нижней части поднасадочного пространства 4 коллектором 7 воздуха, служит для подачи воздуха, предварительно проходящего и нагреваемого в секции 2 рекуператора и нагреваемого в секции 2 рекуператора, в сопло 13 горелки для сжигания газа.

Подкупольное пространство 9 расположено в верхней части воздухонагревателей 1 и соединено с камерой 6 горения насадкой 3 и трубопроводом 14 горячего дутья. Оно служит для подвода продуктов горения к насадке 3 в период ее нагрева и для отвода из нее горячего дутья через трубопровод 14 в период нагрева дутья. Поднасадочная решетка 10 расположена под насадкой 3 воздухонагревателей 1 и сверху примыкает к насадке 3, в снизу - поднасадочному пространству 4. Она служит для передачи нагрузки от насадки 3 через кладку стен воздухонагревателя 1 и камеры 6 горения на фундамент.

Трубопровод 11 дыма соединен с нижней частью, поднасадочного пространства 4 воздухонагревателей 1 и служит для отвода дыма из воздухонагревателей 1 в период нагрева насадки 3.

Трубопровод 12 холодного дутья примыкает к верхней части поднасадочного пространства 5 воздухонагревателей 1 и служит для подачи холодного дутья в воздухонагревателе 1 в период нагрева дутья.

Сопло 13 горелки соединено сверху с камерой 6 горения, снизу с трубопроводом 15 газа, а сбоку, через посредство отверстий 16 нагретого воздуха в ее стенке и коллектора 17 нагретого воздуха с примыкающими к нему отверстиями 18 нагретого воздуха в стене камеры 6 горения, с секцией 2 рекуператора, откуда к нему поступает нагретый воздух. Оно служит для перемещения газа с воздухом, воспламенения смеси и формирования направления движения факела в камере 6 горения воздухонагревателя 1.

Трубопровод 14 горячего дутья, примыкающий к подкупольному пространству 9, служит для отвода горячего дутья из воздухонагревателей 1.

Трубопровод 15 газа, примыкающий в верхней части поднасадочного пространства 4 воздухонагревателей 1 к соплу 13 горелки, служит для подвода газа в сопло 13 горелки и способствует формированию требуемой характеристики факела.

Отверстия 16 нагретого воздуха, расположенные по периметру стенки сопла 13 горелки и примыкающие снаружи к коллектору 17 нагретого воздуха, служат для подвода воздуха в сопло 13 горелки.

Коллектор 17 нагретого воздуха, к которому снаружи примыкают отверстия 18 нагретого воздуха, служит для подвода и равномерного распределения нагретого воздуха по отверстиям 16 нагретого воздуха в стенке сопла 13 горелки.

Отверстия 18 нагретого воздуха, расположенные по периметру стены камеры 6 горения, граничащей с верхней частью секции 2 рекуператора и примыкающие к коллектору 17 нагретого воздуха, служат для равномерного отвода нагретого воздуха из секции 2 рекуператора и способствуют равномерному омыванию ее поверхности нагреваемым воздухом.

Высокотемпературная воздухонагревательная установка работает следующим образом.

Для непрерывной подачи горячего дутья в доменную печь один из воздухонагревателей 1 блока работает в режиме нагрева дутья, а остальные в режиме нагрева насадки.

В воздухонагревателях 1, работающих в режиме нагрева насадки 3, газ по трубопроводу 15 поступает непосредственно в сопло 13 горелки, а воздух из трубопровода 8 проходит последовательно коллектор 7 воздуха, отверстия 5 воздуха и секцию 2 рекуператора, где он нагревается, и через отверстия 18, коллектор 17 и отверстия 16 нагретого воздуха поступает в сопло 13 горелки, где начинается их перемешивание и горение смеси. Из сопла 13 горелки смесь продуктов горения, газа и воздуха поступает в камеру 6 горения, где происходит дожигание газа и откуда продукты горения выходят в подкупольное пространство 9. Из подкупольного пространства 9 продукты горения поступают в насадку 3 и, охлаждаясь в ней, выходят в верхнюю часть поднасадочного пространства 4 и, опускаясь по металлическим трубам секции 2 рекуператора и дополнительно охлаждаясь в ней вследствие теплоотдачи омывающему эти трубы снаружи воздуху, выходят в нижнюю часть поднасадочного пространства 4 и оттуда в примыкающий к нему трубопровод 14 дыма.

После окончания нагрева насадки 3 воздухонагреватель 1 переводится на нагрев дутья.

В воздухонагревателе 1, работающем в режиме нагрева дутья, холодное дутье из трубопровода 12 холодного дутья подается в верхнюю часть поднасадочного пространства 4, из которого оно поступает в насадку 3 и, нагреваясь за счет тепла насадки 3 и ее стен, выходит в подкупольное пространство 9 и оттуда в трубопровод 14 горячего дутья. Преимущество изобретения заключается в эксплуатационной надежности, экономичности и экологичности, а также в простоте и компактности, что позволит реализовать его не только при сооружении новых, но, что особенно важно, при реконструкции действующих высокотемпературных воздухонагревательных установок доменных печей. Все эти преимущества предложенной установки достигаются благодаря разбивке рекуператора для нагрева воздуха горения на секции и их размещению в поднасадочном пространстве ее воздухонагревателей.

Внедрение предлагаемой высокотемпературной воздухонагревательной установки доменной печи по сравнению с базовой, в качестве которой принимается высокотемпературная воздухонагревательная установка доменной печи с применением для нагрева дутья смеси доменного и природного газов, позволит иметь высокую температуру (1350^oC и выше) нагрева дутья при использовании одного доменного газа, до 5% и более снизить удельный расход сжигаемого в доменных печах кокса, повысить на10% коэффициент полезного действия установки и в 1,5 2 раза снизить тепловое загрязнение атмосферы.

Литература
1. Локшин П.И. Бюллетень ЦИИН ЧМ, 1958, N 23, 16 19.

2. Ницкевич Е.А. Теплоэнергетика доменного производства. М. Металлургия, 1966, 227 228.

Изобретение относится к высокотемпературному нагреву доменного дутья и других газообразных теплоносителей, применяемых в металлургии и энергетике. Сущность изобретения заключается в том, что в высокотемпературной воздухонагревательной установке доменной печи, содержащей блок воздухонагревателей /регенеративных теплообменников/ для нагрева дутья и рекуператор для нагрева воздуха горения, рекуператор разбит на секции, размещенные в поднасадочном пространстве воздухонагревателей и работающие одновременно с ними в периоды нагрева их насадки. 1 ил.

Высокотемпературная воздухонагревательная установка доменной печи, включающая блок воздухонагревателей с насадкой и центральной камерой горения, и рекуператор для нагрева воздуха горения, отличающаяся тем, что рекуператор выполнен в виде секций, размещенных между нижней и верхней с соединенными с ними трубопроводами соответственно дыма и холодного дутья частями поднасадочного пространства воздухонагревателей, с возможностью обеспечения нагрева воздуха горения в период нагрева насадки воздухонагревателей.