ДОМЕННЫЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК C21B9/00 

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

Известен доменный воздухонагреватель, содержащий камеру насадки, внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья и второй, дополнительной, тангенциальной горелкой, которая позволит более эффективно дожигать топливо в шахте камеры горения (а.с. N 840125, МКИ С 21 В 9/00, 23.06.81).

В известном воздухонагревателе установка дополнительного горелочного устройства над существующим, т. е. в высокотемпературной зоне внутренней камеры горения, приведет к развитию крипа огнеупоров в узле сочленения кожуха воздухонагревателя и подводящего трубопровода. Кроме того установка дополнительной горелки потребует значительных капитальных вложений на обустройство рабочих площадок, электроприводов, отсечных и регулирующих клапанов, оборудования КИП и автоматики для контроля зажигания.

Наиболее близким техническим решением (а.с. N 250170, МКИ С 21 В 9/00, 15.02.78) является доменный воздухонагреватель, содержащий рабочую камеру насадки и внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья. Причем камера горения ниже горизонта подачи газообразного топлива из горелки заполнена насадкой, предназначенной для подогрева смесительного воздуха, для чего поднасадочное устройство в основании камеры горения соединено трубопроводом со штуцером холодного дутья.

Однако известный воздухонагреватель имеет следующие недостатки. Насадка в основании камеры горения располагается ниже горизонта подачи газообразных реагентов горения и, таким образом, не влияет на процесс их диффузионного перемешивания и химического взаимодействия. В то же время в полости поднасадочного устройства камеры горения может накапливаться смесь непрореагировавших доменного газа и воздуха горения, что приведет к хлопкам в этой зоне. Кроме того, указанное расположение насадки не предотвращает динамического удара газовых струй из горелочного устройства в разделительную стену камеры горения.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, - интенсификация сгорания доменного газа в камере горения и повышение стойкости ее футеровки. При этом достигается получение такого технического результата, как повышение тепловой эффективности работы воздухонагревателя и снижение выбросов в атмосферу монооксида углерода.

Это достигается тем, что в доменном воздухонагревателе, содержащем камеру насадки, внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья и дополнительной насадкой в камере горения, указанная насадка располагается на днище камеры горения. Для минимизации газодинамического сопротивления камеры горения указанная насадка выполнена ступенчатой и примыкает к разделительной стене до уровня 0,3-0,5 от внутреннего диаметра воздухонагревателя, что соответствует верхней кромке угла раскрытия газового потока из устья горелки. При этом в зоне наиболее интенсивного смешения газообразных реагентов горения на поверхности указанной насадки реализуется каталитическое беспламенное горение топлива, которое имеет в 20-50 раз большую интенсивность, нежели диффузное (Равич М.Б. Поверхностное беспламенное горение. - М.-Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1949 - с. 354).

Кроме того, данное размещение насадки в камере горения предотвратит динамический удар газообразных реагентов горения в разделительную стену и стабилизирует как тепловой аккумулятор температуры футеровки в камере горения воздухонагревателя.

Оптимальная высота насадки, располагаемой в камере горения, определена расчетным путем и ограничена по минимуму верхней кромкой угла раскрытия газового потока из устья горелки, а по максимуму стойкостью элементов указанной насадки в условиях истечения из устья горелки газообразных реагентов.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что, во-первых, в камере горения на уровне подачи газообразных реагентов горения в области раскрытия газового потока располагается насадка, выполненная ступенчатой, и примыкает к разделительной стене до уровня 0,3-0,5 от внутреннего диаметра воздухонагревателя. Таким образом заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

На фиг.1 изображен воздухонагреватель после его разогрева в рабочем состоянии, на фиг. 2 - сечение А-А.

Воздухонагреватель содержит штуцер 1 холодного дутья, соединенный с поднасадочным устройством 2. Поднасадочное устройство 2, расположенное в нижней части воздухонагревателя, соединяет рабочую камеру 3 со штуцером 1 холодного дутья и штуцерами 4 дыма. Рабочая камера 3 заполнена насадкой и соединена вверху с куполом 5. Камера горения 6 с разделительной стеной 7 соединена сверху с куполом 5, в средней части - со штуцером 8 горячего дутья, внизу - с горелкой 9. Насадка 10 ступенчатой формы располагается на днище шахты камеры горения напротив устья горелки 9 и примыкает к разделительной стене 7.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

В период нагрева газ и воздух горения поступают в горстку 9 и далее в газоходы насадки 10, где осуществляется поверхностное горение топлива. На втором, диффузном этапе горения, в верхней части шахты камеры горения, а также в зоне купола 5 горение завершается и продукты горения поступают в рабочую камеру 3. Здесь они передают тепло насадке, после чего выходят в поднасадочное устройство 2 и из него через штуцеры 4 дыма отводятся в общий дымоход.

В период охлаждения насадки холодное дутье через штуцер 1 подают в поднасадочное устройство 2, из которого оно поступает в рабочую камеру 3 и, нагреваясь за счет тепла насадки, выходит из-под купола 5 в камеру 6 горения, откуда поступает в штуцер 8 и общий трубопровод горячего дутья. При этом в силу циркуляции дутье в зоне насадки 10 частично отдает ей тепло в начальный период дутья, когда оно имеет повышенную температуру, вследствие чего к нему подмешивается меньшее количество охлаждающего воздуха за байпасом в общем трубопроводе горячего дутья.

При изучении других известных технических решений в данной области техники описанные выше признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Пример. В доменном воздухонагревателе с внутренним диаметром 8,44 м, высотой насадки 40,64 м, оснащенном камерой горения чечевицеобразной формы общей высотой 36,7 м (применительно к условиям работы доменной печи объемом 3200 м³), дополнительная насадка из стандартных огнеупорных изделий с размерами 230х114х65 мм выполнена ступенчатой и расположена на днище камеры горения. Высота примыкания насадки к разделительной стене камеры горения - до уровня 4 м, общий вес 30 т.

Использование предлагаемого воздухонагревателя обеспечивает по сравнению с существующим следующие преимущества: более полное дожигание топлива, снижение до уровня 0,15% выбросов в атмосферу монооксида углерода, снижение выбросов за счет приближения расхода воздуха к стехиометрическому соотношению, повышение стойкости разделительной стены воздухонагревателя, а также эффективности и надежности работы аппарата в целом.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к высокотемпературному нагреву дутья и других газообразных теплоносителей. Доменный воздухонагреватель содержит камеру насадки, внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья, разделительной стеной и дополнительной насадкой, которая выполнена ступенчатой, расположена на днище камеры горения и примыкает к разделительной стене до уровня 0,3-0,5 от внутреннего диаметра воздухонагревателя. Использование изобретения обеспечивает повышение тепловой активности работы воздухонагревателя и снижение выбросов в атмосферу монооксидного углерода. 2 ил.

Доменный воздухонагреватель, содержащий камеру насадки, внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья, разделительной стеной и дополнительной насадкой в камере горения, отличающийся тем, что дополнительная насадка выполнена ступенчатой, расположена на днище камеры горения и примыкает к разделительной стене до уровня 0,3-0,5 от внутреннего диаметра воздухонагревателя.