Доменный высокотемпературный воздухонагреватель

 

О Il И С А Н И Е < 994563

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсиик

Сецналнстнчееинк

Раелублин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (81) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 20.08.8!. (2l ) 3337549/22 02 (5! )М. г(л.

»

С 21 В 9/00 с присоединение5н заявки,В (23) Приоритет - ввудФктвкккь5в 554

СССР вв авввм взебрете5кй и вткрытив

Опубликовано 07,02.83, Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 07,02.83 (53) УДK 669..162.231.3.88.8) / а ф. р. Щкляр, В, М. Паршаков, П. Б. Федотов, Ю ф"йЯ1 у р.ев, ййч«5(йт . П. Леинев, В. B. коннов, Я. П. Казусна и H и». Ейа5у»йаии«2«

" н «»»,» — чй

Всесоюзный научно-иссаеновавеиасиий ннсвивув Йуй»чйуйнской теплотехники и Магнитогорский дважды ордена Ленина, а 4

Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени металлургический комбинат им. В. И. Ленина (72) Авторы изобретения (7I ) Заявители (54) ДОМЕННЫЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ

ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ

Изобретение относится к оборудованию для высокотемпературного нагрева дутья, применяемого в металлургии.и энергетике, а именно для подгот овки горячего дутья, подаваемого в шахтные печи, в том числе -доменные.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является доменный высокотемпературный воздухонагреватель, состоя5О щий из кожуха, футеровки, камеры горения .и камеры насадки, разделенньгх между собой вертикальной стенкой из слоев огнеупорных окатов кирпичей и металлической прокладки, шгуцеров газовой

55 горелки и клапана горячего дутья Г1 j, I

В известном техническом решении изолирование холодной стороны геплоизолирующего слоя, помещаемого внутри разделительной стенки, отдельными вертикальными прокладками (лисгами) изжаропрочной стали и заполнение темперагурньтх швов минеральной огнеупорной вагой обеспечивает некоторое увеличение

2 стойкости воздухонагревателей и уменьшение опасности перетоков газовоздушной смеси и дутья.

В известном воздухонагревателе покрытие холодной стороны теплоизолирующего слоя отдельными листами хотя и уменьшает опасность перетока, но полностью их не исключаег, гак как они могут иметь место в образующихся между отдельнькми листами зазорах. Перетоки могут усугубиться тем, что температурные швы, предусматриваемые при кладке данной конструкции разделительной стенки, могут неполностью закрыться при ее нагревании в период эксплуатации воздухонагрева геля. Величины щелей в температурных швах камеры горения и зазоров между отдельными листами могут иметь разное значение в дугьевой и тазовый периоды работы воздухонагревателя вследствие значительных (до

600 С) колебаний температуры кладки внутреннего оката камеры горения. Металлические листы установлены не по всему

3 4 повременно в куполе воздухона1.ревателя и в дымовых клапанах, с использованием методики определения величины перетоков дутья, газа и воздуха горения через разделительную стенку камеры горения, установлено, что перетоки отопительного газа в 2-2,5 раза превышают перетоки воздуха горения. При этом неплотности в разделительной стенке, через которую наблюдаются перетоки, имеют место там, где еще не произошло достаточное смешение потоков газа и воздуха горения, т. е. ! в районе, близком g газовой горелке.

Экспериментальное обнаружение неплотностей в разделительной стенке камеры горения остановленных воздухонагревателей с помощью трассировки потоков в нижней части камеры горения на высоту не более 1,5 ее внутреннего диаметра выше or штуцера газовой горелки имеют— ся сквозные трещины. Особенно боль шо е входа штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья. Имеются трещины и в дне камеры горения.

Поэ тому кессон из жаростойкой с тали должен быть выполнен с днищем, которое помещается под огнеупорной кладкой нижней части камеры горения, а верхний край его выполняется на высоту до

1,5 диаметра выше оси штуцера газовой горелки. Эта высота выбирается, с одной стороны, из результатов обследования камер горения воздухонагревателей, в которых обнаружены визуально трещины на высоте до 1,5 диаметра выше штуцера газовой горелки или штуцера патрубка горячего дутья, с другой стороны, на этой высоте температура листа достигает, как показывают измерения в о воздухонагревателе, 900-950 С, т. е. не превышает опасных значений для его службы в окислительной среде при изготовлении кессона из стали с содержаниж . хрома до 18%.

Йля предотвращения разрушения огнеупорной кладки в разделительной стенке

50 камеры горения вследствие коробления металлических листов кессона из-за различных температурных напряжений как по. цериметру, так и по высоте кессона, он выполйен из листа толщиной

3 мм. Йля уменьшения коробления можно его выполнить гофрированным или рифленым.

3 9945 6 периметру камеры горения, а вместе с разделительной стенкой, в которой они установлены, входят в температурные швы кладки камеры горения, примыкающей к кладке воздухонагревателей. При образовании трещин в кладке в месте температурных швов или даже в случае отхода разделительной стенки от кладки воздухонагревателя установка металлических листов не обеспечивает газоплот- щ ности разделительной стенки камеры горения. Перетоки, имеющие место на высоко температурных воздухонагрева телях в месте входа штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья, а также "дна 15 камеры горения, также не устраняются полнос тью.

Установка металлических листов по воздуха дымом от специального источэтому техническому решению на высоту ника и визуальный осмотр камеры горе3,5 внутреннего диаметра камеры горе- щ ния по всей высоте подтверждают, что ния выше от штуцера горячего дутья уменьшает срок службы их верхних частей вследс твие быс rporo окисления металла при развиваемых здесь высоких <до

Г

1300 1500 о С) температур продуктов д количество трещин наблюдается в месте горения.

Целью изобретения является повышение герметичности камеры горения.

Поставленная цель достигается тем, что в доменном высокотемпературном воздухонагревателе, состоящем из кожуха, футеровки, камеры горения и камеры насадки, разделенных между собой вертикальной стенкой из слоев огнеупорных окатов кирпичей и металлической прок35 ладкой штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья, нижняя часть камеры горения снабжена цилиндрическим бронирующим кессоном из стали с содержанием хрома до 18%, высотой 1,5 диаметра камеры горения выше штуцера газовой горелки, толщиной до 0,1-0,15 толщины кожуха воздухонагревателя, причем футерованные штуцера газовой горелки и клапана горячего дутья расположены в цилиндрических корпусах, присоединенных к боковой стенке кессона.

Стенка кессона выполнена волнообразной с соответствующей ей по конфигурации футеровкой.

Кожух стенки кессона выполнен рифленым и покрыт торкретмассой, стенка кессона выполнена разрезной со швом внахлестку с перекрытием концов на 0,05 0,08 от диаметра кессона.

При теплотехнических исследованиях воздухонагревателей ряда доменных печей по результатам газового анализа проб продуктов горения, отобранных од5 9945

Йля защиты от прямого действия продуктов сгорания. топлива кессон футеруется с наружной и внутренней стороны огнеупорным .кирпичом с прокладыванием между кирпичной кладкой и поверхностью кессона рулонного огнеупорного материала. В случае применения рифленого кессона огнеупорная-зашита на его поверхность может наносигьси торкретированием ° . о

Минимальная толщина листа опреде- . ляется из условия обеспечения его службы в течение всего межремонтного периода (10 лет). Согласно ойытных данных при 900-950о С окисление листа толщи- 15 ной 3 мм из жаростойкой стали с содержанием хрома до 18% происходит на всю толщину приблизительно за 10 лет.

Более высокое содержание хрома удорожает стоимость кессона, а меньшее со- 2О держание приводит к необходимости существенного увеличения толшиньг листа что, как было указано выше, опасно по

; условиям коробления.

25 Корпус воздухонагревателя обычно выполняется из стальных листов толщиной 20-40мм, поскольку он работает . на повышенных давлениях дутья и выдерживает давление кладки при ее расширении, Кессон же служит для ликвидации прямых перетоков через кладку и практически не несет нагрузки. B связи с этим его толщина, как показано выше, определяется из условия окисления за З5 межремонтный срок и составляет ог толшины основного кожуха 0,1-0,15; меньшая толщина приводит к более быстрому его окислению, чем указанный срок службы, большая — к излишнему удорожанию 40 кессона и возникновению опасных напряжений в кладке вследствие его возможного коробления, Йля предотвращения разрыва листа кессона при расширении внутреннего ока- g5

ra камеры горения при нагревании он выполнен с продольным разрезным швом внахлестку с заходом одного конца на . другой на 0,05 0,08 диаметра кессона.

Опыты показывают, что нижняя часть кессона имеет температуру около 400 С, а верхняя около 900 С. Это приводит х разности удлинений верхнего и нижне. го периметров кессона и сдвигу кромок разреза на величину

63 6 где о = 18 ° 10 1/1 рад-:коэффициенг линейного расширения стали

Х 18НОТ.

Учитывая колебания коэффициентов расширения и свойства материалов кладки и листов, рекомендуется нахлест 0,050,08 диаметра кессона. Выполнение нахлеста меньшей велиины может привести к раскрытию шва и потере газоплогносги.

Больший указанного верхнего предела нахлест делать не рекомендуется, так как это приведет к лишнему расходу материала без повышения газоплогносги.

Прикрепленные к металлическому кессону патрубки, покрывакицие rrtryrrepa газовой горелки и клапана горячего дутья, имеют длину до внешней поверхности наружного оката камеры горения. Меньшая длина снижаег эффективность их установки, большая нецелесообразна из-еа опасности обрезания патрубков вследствие неодинакового температурного распгирения огнеупорной кладки разделительной стенки к возцухонагревателя.

На фиг. 1 изображена нижняя часть доменного высокотемпературного воздухо нагревателя с условным .coeMemегоreM . осей штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья, вертикальный разрез; на фиг. 2 — ось штуцера газовой горелки, горизонтальный разрез. доменный высокотемпературный воздухонагреватель имеет цилиндрический футерованный изнутри oríåyïoðéîN кладкой

1 стальной кожух 2, расположенйые внутри его несимметрично относительно вертикальной оси огнеупорные камеру 3 горения со штуцервми газовой горелки 4 и клапаном горячего дутья 5 и камеру насадки 6 отбора тепла с поднасадочным устройством 7, штуцерами клапана холодного дутья 8 и дымовыми патрубками

9, разделенные между собой вертикальной стенкой, состоящей из внутреннего

10 и наружного 11 окатов и цомещенных между ними по всему ее периметру изоляционного слоя 12, и бронированного жаростойкого кессона 13. Причем его днище 14 размещено полностью под огнеупорной кладкой дна 15 камеры горения. На всю высоту устанавливаемого кессона камера горения футерована дополнительным защитным окатом 1-6.

Устройство работает следующим. образом.

В период нагрева воздухонагревателя газовоздушная смесь через штуцер газовой горелки 4 поступает в нижнюю часть камеры горения 3, воспламеняется и сго, 7 9945 рает. Продукты неполного сгорания поднимаются под купол воздухонагревателя, где происходит их полное горение и развивается максимальная темпе атура. Далее продукты сгорания идут вниз через каналы насадки 6. Отдавая насадке свое тепло, они охлаждаются и затем отводятся через поднасадочное устройство 7 в дымовые патрубки 9, боров и дымовую трубу в атмосферу. Металлический кессон to

13 препятствует протеканию газовоздушной смеси и продуктов неполного горения через трещины, образующиеся во внутрен нем 10 и наружном 11 окатах разделительной стенки камеры горения, ее дне t5

15 и в месте входа в нее штуцеров газовой горелки 4 и клапана 5 горячего дутья, непосредственно из нижней части камеры горения 3 в нижнюю часть насадки 6, поднасадочное устройство 7, дымо- 20 вые патрубки 9 и дымовую трубу.

В этом случае при прежних установ-. ленных по проекту максимальных значе.ниях температуры купола и дымовых газов снижается расход отопительного ra- 2S за и увеличивается тепловая мощность воздухонагревателя за счет увеличения полноты сжигания топлива.

Б дутьевой период через штуцер клапана холодного дутья 8, поднасадочное Зо устройство 7, насадку и камеру 3 горения в обратном газу направлении подается воздух, который нагревается, проходя, через горячую насадку, и затем через штуцер клапана горячего дутья 5 по

35 воздухопроводу горячего дутья поступает в доменную печь. Металлический кессон

13 в этот период работы воздухонагревателя препятствует протеканию в обратном направлении (по сравнению с периодом нагрева) холодного или недостаточно прогретого дутья через трещины непосредственно из поднасадочного пространства и нижней части насадки в каме63 ру 3 горения и далее в штуцер 5 горячего дутья. В этом случае не снижается температура горячего дутъя, поступающего в доменную печь, вследствие разбавления горячего дутья, прошедшего всю насадку снизу вверх, частью холодного или недостаточно прогретого, прошедшего из поднасадочного пространства или нижней части насадки через трещины, образующиеся в дне камеры горения, ее разделительной стенке и в месте входа в нее штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья.

Установка кессона может быть осуществлена как на реконструируемых, так и на вновь строящихся воздухонагревателях. При этом соединение отдельных листов в сплошной кессон {за исключением одного продольного разрезного шва) должно производиться по месту после соответствующей разметки и заготовки листов заранее перед выполнением огнеупорной кладки внутреннего оката и дна камеры горения. Зля соединения отдельных листов кессона может быть использована электросварка.

Предлагаемый кессон установлен на одном из воздухонагревателей доменного цеха NNK в период его ремонта после разборки внутреннего оката и дна камеры горения, находившихся в неудовлетвори -. тельном состоянии, особенно в нижней ее части.

Использование предлагаемого доменного высокотемпературного воздухонагревателя позволяет поднять температуру горячего дутья и снизить расход отопительного газа.

В таблице представлены результаты обследования всех четырех воздухонагревателей с внутренней несимметричной камерой горения доменной печи No. 5

ММК до и одного .из них после установки на нем металлического кессона.

1360

13 40

1300

1350

1 230

1240

1140

1270

Температура купола воздухонагревателя в дутьевой период1 „,ОС 1360

Темпера тура горяч его дутья перед кольцевым воздухопроводом <у 1180

99<563

130

100

160

11,0

7,1

5,3

I к . - я. 180

Величина перетока холодного дутья, % 12,3

1

Из таблицы видно, что перетоки хо- 15 лодного дутья через трещины в разделительной стенке и дне камеры горения, а также в месте входа в нее штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья для воздухонагревателей №№18, 17 щ бис, 19 и 17. составляют 5,3; 7,1; 11 и 12,3% соответственно обшего коли) чества дутья, проходящего через воздухонагреватель. Вследствие разбавления горячего дутья, прошедшего через насад- g$ ку, холодным, прошедшим через трешины, минуя насадку, температура горячего дутья перед входом в доменную печь понижается. Поэтому увеличивается разность температур купола воздухонагрева- Зр геля (5+ ) соответственно величине перетока на воздухонагревателях до 100, 130, 160 и 180 С.

Установка металлического кессона на воздухонагревателе No. 19, как показы-35 вают проведенные после этого теплотехнические исследования, исключает перето-. ки. В результате все дутье, -поступающее в воздухонагреватель, проходит через насадку снизу доверху, Вследствие отсутст- (160 80) + (100 85) + (htf—

Экономический эффект or внедрения изобретения для доменной печи объемом

1370М составляет 371 тыс. руб. в год. — Устранение перетоков газовоздушной смеси в период нагрева воздухонагревателей, (а они составляют по данным зкспе- 5О риментальных исследований, проведенных на доменной печи No. 5 ММК, 10-15%) ликвидирует потери газа и повышает КПД воздухонагревателей.

Суммарный - зкономический эффект

И . будет выше вследствие увеличения меж-. ремонтного срока службы высокотемпературных воздухонагревателей и сокра Продолжение таблицы вия перетокоВ нагретое дутье- не разбавля» ется холодным и температура его не снижается (об этом свидетельствует сни -. жение величины Д+ с 160 до 80o C); она повышается на 80 С, . Из таблиць1 видно; что фактическое повышение температуры дутья составляет несколько большую величину (130o C) °

Остальное {сверх ЗО С) повышение температуры горячего дутья происходит за счет увеличения расхода отопительного газа и повышения температуры купола воздухонагревателя. Понимая, что установка кессонов на других аппаратах блока снижает разность dt на воздухонагревателях ¹N 18, 17 и 17 бис на

85, 90 и 95 С соответственно (в перечисленной последовательности апцара- ты располагаются от печи и, следователь но, потери тепла по тракту горячего дутья и разность дт, возрастают), можйо подсчитать, что общее повышение . температуры горячего дутья на доменной печи после реконструкции всех четырех, воздухонагревателей ¹% 19, 18, 17 и

17 бис составляет

180 — 90) + (130 — 95) у

I щения из-аа этого затрат на капитальные ремонты.

В целом по отрасли внедрение предлагаемого изобретения позволяет получить сушественный экономический эффект, таК как перетоки имеют место на большом числе воздухонагревателей. Так, например, исследованиями на всех 32 работающих воздухонагревателях доменного цеха NMK установлено, что перетоки имеют место на 1 5 аппаратах.

Формула изобре гения

1..Поменный высокотемпературный воздухонагреватель, содержаший кожух, футеровку, камеру горения и камеру насадки, разделенных между собой вертикальной стенкой из слоев огнеупорных окатов кирпичей и металлической прокладкой, штуцера газовой горелки и клапана горячего дутья, отличающийся тем, что, с целью повышения герметичности камеры горения, нижняя часть камеры горения снабжена бронирующим пилмщрическим кессоном из стели с со- <0

< держанием хрома до 18%, высотой 1,5 диаметра камеры горения выше штуцера газовой горелки толщиной 0,1-0,15 толщины кожуха воздухонагревателя, причем футерованные штуцера газовой горелки и клапана горячего дутья расположены в цилиндрических корпусах, присоециненных к боковой стенке кессона.

63 12

2. Воздухонагреватель по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тек, что стенка кессона выполнена волнообразной с соответствующей ей по коНфигурапии футеровкой, 3, Иоздухонагреватель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тж, что кожух стенки кессона выполнен рифленым и покрыт торкретмассой.

4. Воздухонагреватель по пп. 1 З отличающийся тем, что стенка кессона выполнена разрезной со швом внахлестку с перекрытием концов на

0,05 0,08 диаметра кессона.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Энгель К. и др. — "Черные металлы", 1975, No 17, с. 29.

994563

Составитель Б. Раковский

Редактор М. Дылын Техред С.Мигунова Корректор И. Шулла

Заказ 567/7 Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4