Устройство воздуховода доменныхпЕчЕй Советский патент 1981 года по МПК F16L59/00 

1

Изобретение относится к металлургической теплотехнике, а именно к теплосмену между высокотемпературным газовоздушным потоком и тепловоспринимающей поверхностью, в частности горячим воздухом, протекающим в воздухопроводе доменной печи, и охлаждаемыми клапанами воздухонагревателей.

Известно устройство футерованного цилиндрического воздухопровода для транспорта горячего воздуха, нагретого в воздухонагревателях, в доменную печь, состоящее из металлического воздухопровода, прокладочного материала, огнеупорной цилиндрической обмуровки 1.

Известно также устройство футерованного цилиндрического воздухопровода с фланцевым соединением для размещения отсечного охлаждаемого клапана, например горячего дутья, включающего металлический воздухопровод, прокладочный материал, фланцы и огнеупорную футеровку в несколько (3-4) окатов 2.

Недостатком известного устройства является то, что при движении высокотемпературного газовоздущного потока по воздухопроводу и омыванин поверхностей нагрева клапана, конвективная составляющая теплообмена значительна и ведет к значительному тепловосприятию клапаном и снижению температуры горячего воздуха на 12-14°С в режиме дутья воздухонагревателя.

Целью изобретения является снижение тепловой нагрузки на клапан путем снижения составляющей теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что

футеровка со стороны входа потока горячего воздуха в клапан выполнена в виде конффузора с малым основанием (сужением), переходящим в цилиндр с последующим резким расширением в сторону клапана, причем проходное сечение сужения образует расширение потока таким образом, что создается зона отрыва потока от поверхности клапана по всей его длине, создаваемая центральным углом сужения,

равным 16-20°, и отношением площадей проходных сечений сужения и клапана 0,6-0,7. .

Отнощение площадей проходных сечений сужения и клапана 0,6-0,7 выбрано изследующих соображений: при истечении струи газа из сопла с последующим резким расширением потока происходит постепенное расширение до тех пор, пока она не займет все поперечное сечение большого канала (воздуховода). При этом граничный раДиус любого сечения струи вычисляется по соотношению

I X + R,,

где а - опытная константа расширения газового потока струи,равная 0,09; X - расстояние от среза сопла по ходу потока до любого поперечного сечения газовой струи; RO - радиус сужения (сопла).

Из приведенного следует, что для клапана с проходным диаметром, равным 1100 мм, с расстоянием между фланцами крепления к воздуховоду 500 мм максимальный радиус , при котором присоединение расширяюш,егося газового потока произойдет в зоне дальнего от среза сужения фланца, равен 500 мм, или отношение радиуса сужения к радиусу воздуховода .R Q 0,9. Однако в этом случае не произойдет снил ;ение конвективной составляюш,ей теплообмена на дальнем участке клапана. Это свидетельствует о том, что указанное отношение радиусов целесообразно принять меньше 0,9, а именно 0,6- 0,7. В то же время уменьшение последнего отношения меньше 0,6-0,7 повлечет резкое возрастание гидравлического сопротивления участка.

Известно, что угол сужения диффузора должен исключить зоны застоя газового потока и создать минимальное гидравлическое сопротивление участка. Это обеспечивается центральным углом сужения, равным 16-20°.

Таким образом, создание зоны с отрывом потока от стенки (поверхности нагрева) при помош,и сужения позволяет уменьшить коэффициент теплоотдачи конвективной составляюш,ей за счет снижения скорости движения потока в зоне отрыва потока.

На фиг. 1 показан обш,ий вид предложенного воздуховода с установлением между фланцами охлаждаемого отсечного клапана, например, горячего дутья; на фиг. 2 - узел I фиг. 1.

Воздухопровод имеет кожух 1, служаший для транспорта газовоздушного потока и восприятия внутреннего избыточного давления от воздуха и веса кладки 2, служащей для ограждения кожуха 1 от нагрева, отсечной охлаждаемый клапан 3 для отделения нагревателя от воздухопровода,плавный переход 4, предназначенный для изменения большего диаметра воздухопровода на меньший, цилиндрическое сужение 5 для сжатия потока и отрыва его от стенок поверхностей нагрева клапана 3, резкое расширение 6, служащее для создания перепада давления при расширении потока и зоны отрыва потока от стенок.

Высокотемпературный газовоздушный поток под избыточным давлением омывает

кладку 2, ограледающую кожух 1 от нагрева. Ири входе потока в переход 4 происходит увеличение скорости его движения и в цилиндрическом сужении 5 она достигает максимального значения. При входе потока

в резкое расширение происходит отрыв потока от тепловоспринимающих поверхностей клапана 3 и создается зона, в которой коэффициент теплоотдачи конвекции снижается, тепловая нагрузка на клаиан,

а также термическое напрял ение металла уменьшается.

При дальнейшем движении структура потока восстанавливается до характеристик, имеющих место перед входом его

в плавный переход.

Паличие сужения перед входом потока в зону расположения клапана позволяет снизить тепловую нагрузку за счет уменьшения конвективной составляющей теплообмена.

Формула изобретения

1.Устройство воздуховода доменных печей, включающее воздуховод, фланцы,

охлаждаемый клапан, футеровку, отличающееся тем, что, с целью снижения тепловой нагрузки на клапан путем уменьшения конвективной составляющей теплообмена, футеровка выполнена в виде конфузора, переходящего в цилиндр с последующим расширением в сторону клапана.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конфузор выполнен с центральным

углом 16-20 и соотношением проходных сечений сужения конфузора и клапана 0,6-0,7.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Инструкция по футеровке и сушке доменных печей и их вспомогательных устройств. ПИ-30651. М., Гипромез, 1974, с. 64, рис. 43.

Фиг.