Доменный воздухонагреватель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соааиаянстнческик

Республик (Il>602555 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено04Л5;76 (21) 2359417/22-02 с присоединением заявки JA (23) Приоритет (43) Опуб ииковано 1504.78.Бтоллетеиь % 14

С 21 В 9/02

Геердеретееииый кеюитет

Валете )йиииетрее CCCP ие делаю изееретеииа и еткрытий (53) УДК 669; 162 ° 213 (088.8) (45) Дата опубликования описания 160378 (72) Двторьа изобретения

Я.П.Калугин, А.В.Арсеев, Б.Н.Прокофьев и Ф.Р.Шкляр (7а) gаявитель Всесоюзный наУчно-исследовательский институт металлургической теплотехники (54) ДОМЕННЫЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЪ

Изобретение относится к оборудованию для нагрева дутья для доменных печей и может быть использовано в черной металлургии ° .

Для нагрева доменных печей применяют воэдухонагреватели с вертикальной шахтой горения — внутренней или наружной. Однако внутренняя шахта горения занимает до 30% объема воздухонагревателя, а наружная значительно усложняет конструкцию и увеличивает стоимость. В связи с этим стремятся избаэиться от шахты горения и сжигать газ непосредственно в подкупольном .пространстве или в расположенных вбли- }5 зи него специальных топочных камерах.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности

-и достигаемому результату является бесшахтный доменный воздухонагрева- ЯО тель, содержащий насадочную камеру, купол, газовый и воздушный кольцевые коллекторы, размещенные под куполом, патрубки подвода газа и воздуха!к коллекторам, горелочные .устройства и ка- 25 налы, .соединяющие коллекторы с горелками ) 11 °

Доменные воздухонагреватели относятся к аппаратам с большим межреВазнтйеее сроком службы (8-10 лет) и 3) поэтому одним из основных требований к ним является надежность работы н долгий срок службы. В известном воздухонагревателе вследствие расположения горелок непосредственно в нижней части подкупольного пространства кладка самих горелок и нижней части купола испытывает значительные температурные колебания прн газовом и дутьевом пернодах. Сгорание холодной смеси при выходе из горелки будет происходить не сразу и поэтому:в газовый период сама горелка и низ купола интенсивно охлаждаются. После отключения горелки в дутьевой период эти ча" сти интенсивно нагреваются излучением и горячкам дутьем, что способствует быстрому термическому разрушению горелки и виза купола. Кроме того, возможно забивание выходных каналов,горелки при обрушении сколовшейся части купола . На малых нагрузках (например при розжиге или .отключении горелки) возможен проскок пламени в общий кольцевой смеситель, что неизбежнО приводит к взрыву. Коллекторы, расположенные в кладке, имеют плохую герметич« ность и возможны утечки газа в полости кладки с образованием взрывчатой смеси. Кроме того, при коллекторах в

602555 номерное сжигание газа и равномерное распределение температур по всему и»риметру купола. у Выполнение горелок н виде череду5 ющихся насадок для газа и воздуха и расположенных между ними многочисленных и изолированных друг от друга полостей — смесителей позволяет избежать возможности взрыва н смесителях (они свободно открыты) при проскоках пламени н них на малых нагрузках и обеспечить хорошее перемешивание газа и воздуха и быстрое ныгорание газа в форкамере. Наличие двух патрубков подвода газа и воздуха к кольцевой балке, которая является элементом кожуха, позволяет минимально ослабить кожух воздухонагревателя и увеличить срок его службы.

На фиг. 1 показан предлагаемый воэдухонагреватель; на фиг. 2 - горелка, разРез по периме ру; на фиг. 3 - горелка, разрез по радиусу; на фиг. 4 воздухонагреватель, разрез по сечению (вид по стрелке A на фиг.1); на фиг.525 вариант выполнения горелки.

Воэдухонагреватель имеет патрубки

1 подвода газа и 2 подвода воздуха, которые расположены на боковой стороне герметичной коробчатой балки 3 по

30 разные стороны от герметичной перегородки 4. Для компенсации возможных температурных расширений служит сильфонный компенсатор 5, делящий балку на два кольцевых коллектора: б для газа и 7 для воздуха. В верхней части коллекторов размещены чередующиеся н шахматном порядке многочисленные каналы 8 и 9, на входной стороне которых для выравнивания расходов газа

40 и воздуха установлены калибрующие шайбы. Каналы 8 и 9 соединяются с насадками 10 11 для воздуха, которые чередуются между собой и имеют на обеих боковых стенках отнерстия:

12 для газа и 13 для воздуха и верхние перекрытия 14 и 15 ° Отверстия 12 и 13 выходят "в расположенные между насадками 10 и 11 камеры - смесители 16, причем с одной стороны смесителя имеются отверстия для выхода газа, с дру50 гой - для выхода воздуха. Перемешивание газа и воздуха во нстречных струях происходит весьма интенсинно,,что позволяет получать короткий факел. Отверстия 12 и 13 расположены на верти55 кальных стенках и не будут забиваться при обрушении кусков кладки сверху1 нижние глухие части смесителя служат копильником для упавших кусков. кладке трудно выдержать такую их конфигурацию, которая обеспечивает равномерное распределение газа и воздуха и их равномерное сгорание по периметр купола. Для улучшения распределения подачу газа и воздуха н коллекторы можно производить по многим патрубкам, однако это вызывает ослабление кожуха. При близком расположении горелки к насадке возможен недожог "аэа при входе в насадку, ее перегрев и оплавление.

Целью изобретения является обеспечение полного и равномерного по периметру ныгорания газа при выходе в под купольное пространство, а также надежности, нэрывсбеэопасности и увеличения срока службы купола, горелки, насадки и кожуха воздухонагренателя.

Это достигается тем, что в доменном ноздухонагренателе, содержащем насадочную камеру, купол, газовый и воздушный кольцевые коллекторы, патрубки подвода газа и воздуха к коллекторам и горелочные устройства, между стенами насадочной камеры и купола выполнена кольцевая расширяющаяся кверху форкамера, а горелочные устройства расположены н ее нижней части, причем купол опирается на герметичную полую кольцевую балку, разделенную вертикальной перегородкой с сильфонным ком пенсатором на два кольценых коллектора, один из которых соединен с газовым, а другой - с воздушным поднодящими патрубками, при этом коллекторы выполнены с отверстиями в форкамеру расположенными в шахматном порядке, над которыми установлены керамические насадки с каналами, закрытые сверху и имеющие отверстия в боковых стенках, а между насадками находятся смесительные камерй горелок.

Кольцевая форкамера позволяет обес печить полное сжигание газа до выхода н подкупольное пространство, что исключает догорание газа при входе в насадку, ее перегрев и оплавление.

Форкамера дает нозможность удалять горелки от эоны высоких температур в кладке горелок и низа купола при переходах с газового периода на дутьевой и обратно и увеличивать срок их службы.

Выполнение кольцевых коллекторов в виде герметичной кольцевой балки для опоры купола с герметичной перегородкой позволяет устранить утечки газа и воздуха из коллекторов ерез неплот ности с образованием взрывчатой смеси в полостях кладки и равномерно распределять газ и воздух по всем горелкам например установкой калибрующих шайб на входе каналов для подачи газа и воздуха к горелкам или установкой ме-.àëëè÷åñêoão коллектора с изменяющейся площадью), что обеспечинает pas60 При другом варианте горелка выполняется в виде параллельных стенок (см. фиг.5), которые образуют открытые сверху камеры для раздачи газа и воздуха параллельными, чередующимися

65 потоками, причем для наилучшего ме602555 шенин отношение скоростей выхода потоков должно составлять 1:3.

Образующаяся в смесителе газовоздушная смесь загорается при выходе в форкамеру. Перекрытия 14 и 15, над которыми появляются зоны циркуляции, служат стабилизаторами воспламенения„

Проскок пламени в смеситель на малых нагрузках не опасен, так как смесители свсбодно открыты сверху. 0

Выше горелок расположена форкамера 17, которая выходит под купол 18 воэдухонагревателя, расширяясь, что позволяет уменьшить скорость выхода продуктов горения и улучшить их распределение по насадке, а также сохранить сечение форкамеры при воэможнсм радиальном расширении кладки. В куполе имеется штуцер 19,горячего дутья,. расположенный выше насадочной камеры 20.

При работе нагревателя в период нагрева гаэ и воздух через патрубки 1 и 2 подаются в газовый и воздушный кольцевые коллекторы 6 и 7 и через отверстия в их верхней части равномерно распределяются в соответствующие камеры 10 для газа и ll для воздуха. Боковые стенки насадкбв имеют ряд отверстий 12 и 13, через которые происходит раздача газа и воздуха 30 струями навстречу друг другу" образуется горючая смесь в смесителях 16, которая воспламеняется при выходе в кольцевую форкамеру 17. Высота форкамеры выполняется такой, чтобы обеспе- 35 чить полное сжигание смеси до выхода в подкупольное пространство, откуда продукты сгорания направляют"я в насадочную камеру 20 .воздухояагревателя.

В течение периода дутья холодный воз- 40 дух, подаваемый через насадку снизу, проходя,ее,.нагревается и отводится через штуцер 19 горячего дутья.

Описываемая конструкция .воэдухонагревателя позвОляет обеспечить взрывобезопасность работы горелки-, полное и равномерное по периметру купола выгорание газа с равномерным нагревом купола и насадки, устранить резкие колебания.теьщератур в горелке и куполе и увеличить тем самым надежность и срок службы аппарата.

Испытание горячей модели горелки с элементом форкамеры в масштабе 1:2 показывает, что, например, для полного выгоранкя газа для воэдухонагревателей крупнейшей в мире доменной печи объемом 5000 м Криворожского металлургического завода достаточно форкамеры шириной 300-400 мм и высотой 1200 мм при хорошей стабилизации факела горелки и отсутствии взрывных явлений при снижении нагрузки до затягивания горения в смеситель. Это по. воляет уменьшить топсчный объем в

20 р з и устранить таким образом громоздкую выносную камеру горения, а также значительно упростить и удешевить конструкцию воздухонагревателя при большей надежности его работы.

Формула изобретения

1. Доменный воэдухонагреватель, содержащий купол, насадочную камеру, газовый и воздушный кольцевые коллекторы, размещенные под куполом, патрубкн подвода газа и воздуха к коллекторам и горелочные устройства, о т л и ч а ю щ и и сятем,,что, с целью повышения надежности работы воэдухонагревателя, между куполом и насадочной камерой выполнена кольцевая расширяющаяся кверху форкамера, а горелочные устройства расположены в ее нижней части, причем купол опирается на герметичную полую кольцевую балку, разделенную вертикальной перегородкой с сильфонным компенсатором на два кольцевых коллектора, один из которых соединен с газовым, а другой — с воздушными подводящими патрубками, причем коллекторы выполнены с отверстиями в форкамеру, расположенными в шахматном порядке, над которыми установлены керамические насадки с каналами, закрытые сверху и имеющие отверстия в боковых стенках, а между насадками расположейы смесительные камеры горелок.

2. Воздухонагреватель по п.l, о тл и ч а ю .шийся тем, что отверстия в балке отделены друг от друга перегородками, образующими открытые сверху каналы - щели.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США М 3473793, кл С 21 В 9/02, 1969.