ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК C21B9/00 

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

Известен воздухонагреватель доменной печи, содержащий насадку, центральную камеру горения и соединенную с ней горелку [1].

Недостатки известного воздухонагревателя заключаются в том, что расположение горелки в верхней высокотемпературной части воздухонагревателя - вблизи купола снижают стойкость кладки верха горелки и примыкающей к ней кладки камеры горения из-за роста температурных колебаний и соответственно возникновения опасных термических напряжений в этих элементах кладки, интенсивно нагреваемых излучением из подкупольного пространства в период дутья и резко охлаждаемых холодными газом и воздухом горения, поступающими из горелки в период нагрева насадки; затрудняет возможность контроля за воспламенения продуктов горения в насадку, а также возможность ремонта горелки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является воздухонагреватель [2] доменной печи, содержащий насадку, центральную камеру горения, горелку, размещенную в основании камеры горения - в зоне поднасадочного пространства и кольцевой коллектор воздуха, образуемый с внешней стороны металлическим кожухом и соединенный с соплом горелки отверстиями, размещенными по периметру стены основания камеры горения.

Недостатки известного воздухонагревателя заключаются в том, что выполнение отверстий в основании стены камеры горения для подачи воздуха в сопло горелки в сочетании с циклическими колебаниями температуры кладки в этой зоне, обусловленными ее нагревом излучением из подкупольного пространства и высокотемпературной зоны камеры горения в периоды нагрева дутья и охлаждением при омывании холодными воздухом и газом в периоды нагрева насадки, могут вызвать разрушение кладки в зоне отверстий и преждевременный выход из строя камеры горения и воздухонагревателя в целом, а неравномерность термической деформации металлического кожуха кольцевого коллектора воздуха, обусловленная неравномерностью омывания его газообразными теплоносителями, и его громоздкость могут нарушить газоплотность кожуха, что в свою очередь приведет к перетоку газов и снижению температуры нагрева дутья. Все это снижает стойкость воздухонагревателя, его эксплуатационную надежность и экономичность.

Цель изобретения - повысить стойкость воздухонагревателя, его эксплуатационную надежность и экономичность.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый воздухонагреватель доменной печи, содержащий насадку, поднасадочное пространство, коллектор воздуха, центральную камеру горения, соединенную с соплом горелки, размещенной в камере горения в зоне поднасадочного пространства, при этом в зоне поднасадочного пространства часть камеры горения выполнена расширенной, верхняя часть канала газа горелки расположена в сопле с возможностью образования между соплом и верхней частью канала газа кольцевой щели, через которую сопло соединено с коллектором воздуха, расположенными внутри расширенной части камеры горения. При этом диаметр d_p расширенной цилиндрической части камеры горения равен 1,3-1,5 внутреннего диаметра d₀ основной ее части. Это вызвано тем, что при d_p>l,5d₀ снижается стойкость камеры горения, а при этом d_p<l,3d_o затрудняется монтаж и ремонт горелки.

На фиг.1 изображен предлагаемый воздухонагреватель, разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1.

Воздухонагреватель содержит насадку 1, охватывающую центральную камеру 2 горения и соединенную сверху с подкупольным пространством 3, а внизу через посредство поднасадочной решетки 4 с поднасадочным пространством 5. Она служит промежуточным теплоносителем между продуктами горения и дутьем, которые проходят через нее. Камера 2 горения, расположенная в средней части воздухонагревателя и соединенная внизу с соплом 6 горелки, а вверху с насадкой 1 через подкупольное пространство 3, служит для сжигания газа в ней. Подкупольное пространство 3 расположено в верхней части воздухонагревателя и соединено с центральной камерой 2 горения насадкой 1 и штуцером 7 горячего дутья. Оно служит для подвода продуктов горения к насадке 1 в период ее нагрева и для отвода из нее горячего дутья в период нагрева дутья. Поднасадочная решетка 4 расположена под насадкой и примыкает к насадке 1 и поднасадочному пространству 5. Она служит для передачи нагрузки от насадки 1 или через кладку стен воздухонагревателя и расширенной части камер 2 горения, как показано на фиг.1, или через опорные колонны на фундамент.

Поднасадочное пространство 5, расположенное в нижней части воздухонагревателя и примыкающее снаружи к штуцерам 8 дыма и холодного дутья, а вверху через поднасадочную решетку 4 к насадке 1, служит для обеспечения равномерного распределения дутья и продуктов горения по сечению насадки 1. Сопло 6 горелки, размещенной в расширенной части камеры 2 горения в зоне поднасадочного пространства 5, служит для перемешивания газа с воздухом, воспламенения смеси и формирования направления движения факела в камере 2 горения. Штуцер 7 горячего дутья, примыкающий к подкупольному пространству 3, служит для отвода горячего дутья из воздухонагревателя. Штуцер 8 дыма и холодного дутья, расположенные в нижней части воздухонагревателя, соединены с поднасадочным пространством 5 и служат для отвода продуктов горения из воздухонагревателя в период нагрева насадки и подачи холодного дутья в него в период нагрева дутья. Канал 9 газа с футерованным торцом расположен в поднасадочном пространстве 5 и соединенный с соплом 6 горелки через отверстия 10 газа служит для подвода газа в сопло горелки 6. Отверстия 10 газа, расположенные по периметру верхней части канала 9 газа, сообщаются через посредство кольцевой щели 11 воздуха с соплом 6 горелки, служат для подвода газа в сопло 6 горелки. Коллектор 12 воздуха, расположенный внутри расширенной части камеры 2 горения и соединенный посредством кольцевой щели 11 с соплом 6 горелки, служит для равномерного распределения воздуха по периметру кольцевой щели 11 воздуха. Кольцевой канал 13 воздуха, расположенный в поднасадочном пространстве 5 и соединенный посредством коллектора 12 воздуха с кольцевой щелью 11 воздуха, служит для подвода воздуха в сопло 6 горелки.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

В период нагрева насадки 1 газ из отверстий 10 канала 9 и воздух из кольцевого канала 13 посредством коллектора 12 и кольцевой щели 11 поступают в сопло 6 горелки, где начинается их перемешивание и горение смеси. Из сопла 6 горелки смесь продуктов горения, газа и воздуха поступает в камеру 2 горения, где происходит дожигание газа и откуда продукты горения выходят в подкупольное пространство 3. Из подкупольного пространства 3 продукты горения поступают в насадку 1 и, охлаждаясь в ней, выходят в поднасадочное пространство 5, откуда через штуцеры 8 отводятся в общий дымоход. В период нагрева дутья холодное дутье через штуцеры 8 подается в поднасадочное пространство 5, из которого оно поступает в насадку 1 и, нагреваясь за счет тепла насадки и ее стен, выходит в подкупольное пространство 3 и оттуда через штуцер 7 горячего дутья отводится в общий трубопровод горячего дутья. Преимущество изобретения заключается в повышении стойкости, эксплуатационной надежности и экономичности воздухонагревателя, что достигается благодаря расширению камеры горения в зоне поднасадочного пространства и размещению в этой расширенной части независимой от камеры горения сопла горелки и коллектора воздуха.

Внедрение предлагаемого воздухонагревателя по сравнению с базовым, в качестве которого принимается наиболее близкий ему аналог - воздухонагреватель с центральной камерой горения доменной печи объемом 2000 м³, позволит на 6-8% увеличить к.п.д. воздухонагревателя и на 60-80^oС повысить температуру нагрева дутья, что эквивалентно уменьшению на 1,5-2,0% удельного расхода кокса и увеличению на 0,75-1,0% производительности доменной печи.

Источники информации
1. А.с. СССР 1148871, кл. С 21 В 9/02, 1985.

2. Патент РФ 2001957, кл. С 21 В 9/02, 1993.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к высокотемпературному нагреву доменного дутья. Воздухонагреватель доменной печи содержит насадку, поднасадочное пространство, коллектор воздуха, центральную камеру горения, соединенную с соплом горелки, размещенной в камере горения в зоне поднасадочного пространства. Камера горения в зоне поднасадочного пространства расширена, а горелка и коллектор воздуха с примыкающей к нему кольцевой щелью для подвода воздуха в сопло горелки размещены внутри расширенной части камеры горения - в зоне поднасадочного пространства. Внутренний диаметр расширенной цилиндрической части камеры горения равен 1,3-1,5 внутреннего диаметра основной части камеры горения. Использование изобретения обеспечивает повышение стойкости воздухонагревателя, его эксплуатационной надежности и экономичности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Воздухонагреватель доменной печи, содержащий насадку, поднасадочное пространство, коллектор воздуха, центральную камеру горения, соединенную с соплом горелки, размещенной в камере горения в зоне поднасадочного пространства, отличающийся тем, что в зоне поднасадочного пространства часть камеры горения выполнена расширенной, верхняя часть канала газа горелки расположена в сопле с возможностью образования между соплом и верхней частью канала газа кольцевой щели, через которую сопло соединено с коллектором воздуха, расположенным внутри расширенной части камеры горения. 2. Воздухонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что внутренний диаметр расширенной цилиндрической части камеры горения равен 1,3-1,5 внутреннего диаметра основной ее части.