Доменный воздухонагреватель Советский патент 1982 года по МПК C21B9/04 

Цель изобретения - повышение сто кости футеровки и увеличение эффективности нагрева дутья. Цель достигается тем, что по все му наружному периметру металлическо камеры уложены компенсационные огне упорные маты. Выходные отверстия в кладке разделительной стенки выполнены под углом 30-бо и оси камеры горения по направлению к куполу. С увеличением угла cL увеличивается инжектирующая способность выходящего воздуха и улучшается тяга. На фиг.1 изображен доменный воздухонагреватель, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 на фиг.З - вид Б на фиг.И на которо видны отверстия для выхода подогрет го воздуха в рабочее пространство камеры горения): на фиг. - полость, горизонтальный разрез; на фиг.5 разрез В-В на фиг.. Доменный воздухонагреватель состоит из металлического кожуха 1, к внутренней поверхности которого примыкает огнеупорная кладка 2. Воз духонагреватель содержит камеру насадки 3 и встроенную камеру горения 4, объединенные общим куполом 5. В камере горения 4 установлены штуцеры гооячего дутья 6 и горелки 7. Камеру насадки 3 от камеры горения 4 отделяет многослойная разделительная стенка 8, состоящая из слоев 9 и 10 огнеупорной кладки воздухоохлаждаемы металлических листов 11, образующих полость, по периметру листов уложены компенсационные огнеупорные маты 12. Металлические листы 11, образующи полости, установлены от низа камеры горения 4 на высоту,составляющую 10-2,0 средних диаметров камеры горения. Полость между листами 11 с противоположных ее концов связана с пат рубками подачи сжатого воздуха 13В верхней части полости между листами 11 и в слоях 9 и 10 разделительной стенки 8, примыкающей к камере горения , выполнены отверстия I, соединяющие полость между листами 11 с рабочим пространством камеры горения 4. Выходные отверстия 1 выполнены под углом 30-60 к оси камеры по направлению к куполу.Внутр полости из листов 11 на всю ее толщину установлены ребра-турбулизаторы 15, расположенные в шахматном порядке с шагом, равным 8-15 толщин полости. Доменный воздухонагреватель работает следующим образом. В период нагрева насадки в горелке 7 производят неполное сжигание низкокалорийного топлива, например, доменного газа с коэффициентом расхо да п 0,85-0,95. При недожоге газа в нижней части камеры горения 4, выложенной муллитовыми или муллитокорундовыми огнеупорами, развиваются температуры 1100-1200 0, что создает благоприятные условия для службы этих огнеупоров. Сжатый воздух в количестве 3-5 от количества дутья, идущего на печь, необходимом для дожигания газа и обеспечения заданной температуры под куполом, подается через подводящие воздухопроводы в нижнюю часть противоположных концов полости из листов 11. Воздух, проходя снизу вверх через полость, нагревается до ОО-бОО.С за счет тепла кладки разделительной стенки В. Нагретый воздух проходит через выходные отверстия It в листе и разделительной стенке 8 и попадает в рабочее пространство камеры горения . В верхней части камеры горения продукты неполного горения доменного газа дожигаются за счет подогретого воздуха.При этом развиваются температуры, близкие к заданной под куполом (lAOO-lit50 c;. Этот участок камеры горения обычно футеруется динасовыми огнеупорами, и при нагрузках на них 0-0,5 кг/см условия их службы будут удовлетворительными. В период охлаждения насадки горячее дутье проходит через камеру насадки 3, верхнюю часть камеры горения 4 и штуцер горячего дутья 6. В этот период воздух, нагретый в полости из листов 11, попадает,в верхнюю часть камеры горения , смешивается с нагретым дутьем и через штуцер горячегодутья 6 покидает воздухонагреватель. В этом случае воздух, нагретый в полости из листов 11, выполняет роль смесителя доменного дутья. Защитная полосуь из листов 11 представлена на фиг. и 5. Она состоит из передней 16, задней 17, боковых стен 18, а также верхней и нижней полок 19 и 20. В нижней части камеры выполнены подводы 21 сжатого воздуха. Внутри камеры к задней стенке камеры приварены в шахматном порядке ребра-турбулизаторы 15, не позволяющие камере сплюснуться. Отверстия для выхода воздуха в камеру горения расположены в верхне части полости из листов 11. При работе известной конструкции воздухонагревателя со встроенной камерой горения наблюдается неудовлетворительная стойкость ее раз делительной стенки. Обычно разрушения кладки проявляются в виде деформации кирпичей и потери устойчивости кладки на отметке 8-12 м выше оси штуцера газовой горелки. Деформ ция огнеупоров вызвана значительным уровнями температур и нагрузок. Дли на факела составляет 8-10 м, а тем пературы по .высоте камеры горения отличаются от температур под куполом незначительно ( на 50-8сР. Поэтом температуры в камере горения состав ляют 1400-1 50 С в период нагрева и 1350-1250 С в период дутья. Нагруз ки на огнеупоры на уровне штуцера го рячего дутья составляют Ц-Ь кг/см Например, для огнеупоров типа МКВ-72 при Т400 и допустимые нагрузки должны составлять 3 и 0,5 кг/см соответственно (ГОСТ-20901-75). Установка в известной конструкции воздухонагревателя только защитного листа из жароупорной стали и изоляции внутри разделительной стены не снижает существенного уровня температур и нагрузок на кирпичи, а только кратковременно, до разрушения внутреннего оката камеры ro(jeния, предотвращает прорыв газов из камеры горения в насадку (или наоборот. При этом использование теплоизоляции в кладке разделительной сте ны приведет к увеличению среднемассовой температуры кирпичей, примыкаЮ1ЦИХ к факелу, что вследствие повышения крипа ухудшает условия их служ бы, Установка же внутри разделительной стенки воздухоохлаждаемой полости из -жароупорной стали снижает существующий уровень температур, что приводит к снижению крипа кирпичей. При этом также улучшаются условия службы теплоизоляции и металлических листов. Необходимость набора принятых конструктивных параметров разделительной стенки следующая. Высота полости должна составлять 10-20 средних диаметров камеры горения. Если принять ее высоту меньше, то в районе кладки из МКВ-72 будут достигаться температуры ltOO-1450, что недопустимо при нагрузках на кирпич 2,6-3 кг/см Если же высота полости будет больше, то газ смешиваясь с нагретым воздухом, выходящим из полости,полностью не сгорит в камере горения, а его дожигание в насадке приведет к оплавлению кирпичей. Толщина полости должна составлять 0,01-0,03 среднего диаметра камеры горения. При толщине полости менее 0,01 среднего диаметра камеры горения возможно сплющивание боковых грйней.ри толщине полости более 0,03 среднего диаметра камеры горения снизится сечение камеры горения, и при этом скорости воздуха в полости ниже 15 м/с, что сделает малоэффективным нагрев воздухаи охлаждение стен. В связи с тем, что металлический лист имеет значительную высоту и его температуры изменяются во времени, при жестком .-его закреплении возникнут опасные температурные напряжения. Для их устранения предлагается на металлических листах установить компенсаторы. При разогреве кладки и в период циклической работы воздухонагревателя металлические листы подвергаются сжатию кладкой, что может привести к уменьшению или исчезновению полости для прохода воздуха. В связи с этим предлагается по всему периметру металлических листов уложить компенсационные огнеупорные маты, например, типа МКРВ-50, которые могут работать при 1100°С (ГОСТ 20901-75). Кроме того, внутри полости предлага-ется установить на всю ширину зазора ребра жесткости, расположенные в шахматном порядке, которые будут также турбулизировать поток воздуха, что увеличит теплоотдачу от стенок к нагреваемому воздуху. Чтобы защитить металлические листы полости от прямого излучения кладки камеры горения, а также снизить потери давления в ней, выходные отверстия выполнены под углом 30-60 к потоку газов в рабочем пространстве

камеры горения. При угле выхода нагретрго воздуха менее 30 струи выходящего воздуха ощутимо тормозят проходящие продукты сгорания. При угле более 60° существенно ухудшается перемешивание продуктов неполного сгорания и выходящих струй воздуха. Поэтому газ будет догорать в насадке, что приведет к оплавлению кирпичей.

За счет применения данного технического решения повышается стойкость кладки камеры горения, а использование нагретого в полости воздуха для дожигания газа в верхней части камеры горения позволит экономить природный или коксовый газ.

Внедрение предложенного технического решения применительно к доменной печи с годовой производительностью 1 млн. т чугуна, по сравнению с известной конструкцией повышает стойкость кладки камеры горения на 50-70, а также экономит 12002000 м/ч природного газа.

Формула изобретения

1. Доменный воздухонагреватель, содержащий камеры горения и насадки, разделительную стенку с изоляционными слоями и защитным стальным листом по всей ширине разделительной стенки, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости футеровки и увеличения эффективности нагрева дутья от низа камеры горения на всю ширину разделительной стенки, дополнительно и симметрино первому установлен стальной лист с образованием между ними полости, в нижней части которой встроен патрубок подачи сжатого воздуха, при этом в верхней части разделительной стенки и примыкающего к ней стального листа выполнены отверстия под углом 30-60 к оси камеры горения по направлению к куполу.

2. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что высота и ширина полости соответствен но равны 10-20 и 0,01-0,03 среднего диаметра камеры горения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Инструкция по футеровке и сушке доменных печей и их вспомогательные устройства М.., 1973, с.23.

2.Энгель К. и Винцер Ф. Конструкция и результаты работы высокотемпературных воздухонагревателей. Черные металлы. 1975, № 7, с.27-31.

3{/

Г4

ф1/г.З

фуг.