Доменный воздухонагреватель Советский патент 1993 года по МПК C21B9/06 

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

.Известен доменный воздухонагреватель, содержащий рабочую камеру с футеровкой, расположенные в ней камеру горения с внешней футеровкой и насадку, выполненную с перевязкой блочных элементов в горизонтальных рядах всего объема насадки. В результате образуется насадка, в.которой все ее элементы жестко связаны между собой.

Известный воздухонагреватель имеет следующие недостатки. В связи с неравномерным распределением температур по сечению рабочей камеры, различные зоны сечения насадки испытывают разные температурные расширения. Действительно, теп- лоперенос через футеровку стены камеры горения вызывает повышение на 50-250°С (в зависимости от уровня расположения) температуры сопряженных зон насадки по

сравнению с центральными зонами. С другой стороны, теплопотери через футеровку радиальной стены воздухонагревателя понижают температуру периферийных зон насадки на 20-200°С по сравнению с центральными зонами. Указанная температурная неравномерность приводит к деформациям и разрушению насадочных изделий, выложенных вперевязку.

Известен доменный воздухонагреватель, содержащий рабочую камеру с футеровкой, расположенные в ней камеру горения с внешней футеровкой и насадку, выполненную из блочных элементов, устанавливаемых один над другим и образующих отдельные колонны. Благодаря отсутствию перевязки между блоками в гр- ризонтальных рядах и при наличии температурных швов между колоннами, последние могут свободно скользить друг относительно друга и компенсировать возникающие температурные расширения. Недостатком известного способа является то, что на практике эти вертикальные колонны весьма маЧГ w

о

го ю

лого поперечного сечения и высотой 30-40 м крайне неустойчивы и могут удерживаться в жестком положении только при опоре друг на друга или на футеровку стен рабочей камеры и камеры горения. Это приводит к быстрому износу как внутренних и внешних окатов стен, так и самих насадочных изделий и создает аварийные ситуации при ра- бЬте на высоких температурах.

Наиболее близким техническим реше- нием является доменный воздухонагреватель, содержащий рабочую камеру с футеровкой, расположенные в ней камеру горения с внешней футеровкой и насадку. Причем насадочные элементы, в соответст- еии с изотермическими зонами в сечении рабочей камеры воздухонагревателя, выкладываются концентрическими столбиками, отделенными друг от друга температурными швами. .....

Однако известный воздухонагреватель имеет следующие недостатки. Наличие большого количества температурных швов в массиве насадки для воздухонагревателя с внутренней камерой горения, характери-. зующёгося наклоном камеры горения в сторону насадки, приводит к значительному раскрытию части температурных швов и резкому понижению эффективности его тепловой работы. Кроме того механически взаимодействующие в области швов насадочные элементы быстро изнашиваются, а гидравлическое сопротивление их деформированных каналов растет, обусловливая повышение энергетических затрат на комп- ремйрование газовых сред., .

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы воздухонагревателя за счет увеличения стойкости насадки,;.

Поставленная цель достигается тем, что нйсаДочную камеру воздухонагревателя разбивают на три зоны, разделенные температурными швами (фиг. 1). При этом две из них (фиг. 1, а и б), толщиной 5 0,045-0,055 от внутреннего диаметра рабочей камеры воздухонагревателя и примыкающие - одна к наружной футеровке камеры горения по всей ее высоте, а другая к футеровке рабочей камеры воздухонагревателя от вер- ха насадки до глубины 0,5-0,6 ее высоты, выкладываются отдельными колоннами с внутренней перевязкой. Третья же, оставшаяся зона (фиг.2, с) выкладывается из насадочных элементов с взаимной перевязкой по всему ее массиву. Это позволяет независимо и свободно тёрмоудлиняться обозначенным выше трем зонам насадки, имеющим различные средние температуры. Ограниченное количество разделительных

температурных швов между зонами насадки, а также механическая устойчивость каждой из них достигаются за счет внутренних перевязок между на садочными изделиями, сохраняющих целостность как футеровок, так и насадки воздухонагревателя.

Толщина зон насадки (фиг.1, а и б) получена расчетным путем и определена снизу расстоянием, на котором осуществляется температурный перепад, больший Ю0°- 150°С, а сверху - границами центральной зоны насадки, где перепад температур отсутствует. При этом перепад температур в зоне насадки и расположенной вокруг наружной футеровки камеры горения достигает величины 100-150°С и более по всей высоте расположения шахты камеры горения примыкающей к насадке. Перепад же температур в зоне насадки примыкающей к футеровке рабочей камеры воздухонагревателя, достигающий значений 100-150°С и более начинается с 0,5-0,6 общей высоты насадки вплоть до ее верха. Перепады температур меньше 100°С (как это имеет место в центральных зонах нижних, наиболее механически напряженных уровней насадки) не приводит к разрушению насадочных элементов. Таким образом, принятая высота отдельной зоны насадки, примыкающей к футеровке рабочей камеры 0,5-0,6 высоты насадки от ее верхнего торца.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что,во-первых,насадка воздухонагревателя разбивается на три зоны, заданных размеров и геометрических форм, во-вторых,двё из этих зон, примыкающие к стенам камеры горения и-рабочей камеры воздухонагревателя, выкладываются отдельными колоннами с внутренней перевязкой, а третья - из насадочных изделий с взаимной перевязкой по всему .ее массиву, Таким образом, заявленный способ укладки насадочных изделий соответствует критерию, новизна.

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

Воздухонагреватель содержит штуцер 1 холодного дутья, соединенный с поднаса- дочным 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 с футеровкой 5 заполнена насадкой, разделенной температурными швами 6 на три зоны а, б и с, соединена вверху с куполом 7. Камера 8 горения с внешней футеровкой 9

соединена вверху с куполом 7, внизу с горелкой 10.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

В период нагрева насадки газ и воздух поступают в горелку 10, а затем, в камеру 8 горения и сгорают. Продукты горения передавая часть тепла внешней футеровке 9, поступают в рабочую камеру 3 и передают тепло насадке, разделенной температурны- ми швами б на три зоны а, б, и с, которые термоудлиняются независимо друг от друга, а затем выходят в поднасадочное устройство 2 и из него через штуцера 4 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 и футеровки стен, выходят в камеру 8 горения, откуда поступают в общий трубопровод горячего дутья.

При изучении других известных технических решений в данной области техники описанные выше признаки, отличающие за- являемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия..

П р и м е р. В доменном воздухонагревателе с внутренним диаметром рабочей камеры 8,5 м и высотой насадки 36 м (применительно к условиям работы доменной печи объема 2000 м3) насадочные изде- лия выкладываются в трех означенных зонах следующим образом. В зоне а, примыкающей к камере горения от уровня устья горелки (10 м) и до верха насадки несколько рядов насадки общей толщиной 0,4 м выкла- дываются колоннами, отделенными от остального массива насадки температурным швом с внутренней перевязкой насадочиых изделий внутри зоны. В зоне б, примыкающей к радиальной стене воздухонагревателя, от уровня 1.2 м и до верха насадки несколько рядов насадки общей толщиной 0,4 м выкладываются колоннами, отделенными от остального массива насадки с температурным швом и внутренней перевязкой насадочных изделий в этой зоне. Оставшал- с я третья зона с насадки выкладывается отдельно от указанных выше двух и также вперевязку по всему ее массиву.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышается стойкость насадки, и соответственно, эффективность работы воздухонагревателя; снижаются потери на износ футеровки стен и насадки; увеличивается в 1,5 раза межремонтный период воздухонагревателей.:

Ф о р м у л а и з о б р е т ё н и я .

.Доменный-воздухонагреватель, содержащий рабочую камеру с внутренней футеровкой, расположенные в ней камеру горения с внешней футеровкой и насадку, выполненную из трех зон, разделенных температурными швами, отличающий с я тем, что, с целью повышения эффективности работы,за счетувеличения стойкости насадки, зоны выложены отдельными колоннами с внутренней перевязкой, причем две из них выполнены толщиной 0,045-0,055 от внутреннего диаметра рабочей камеры и расположены: одна зона вокруг наружной футеровки ка.меры горения по всей ее высоте, другая - по внутренней футеровке рабочей камеры .на высоте 0,5-0,6 от верха насадки. .. : .

Сущность изобретения: насадку выполняют из трех зон, выложенных отдельными колоннами с внутренней перевязкой и разделенных температурными швами, причем две из них выполнены толщиной 0,45-0,055 от внутреннего диаметра рабочей камеры и расположены вокруг наружной футеровки камеры горения по всей ее высоте и по футеровке рабочей камеры на высоте 0,5-0,6 от верха насадки. 2 ил.