ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Полезная модель относится к области черной металлургии, в частности к конструкции воздухонагревателей для нагрева доменного дутья.
Известен воздухонагреватель, содержащий кожух с куполом, снабженный футеровкой, насадку, штуцер горячего дутья, расположенный над насадкой, форкамеру, коллекторы газа и воздуха со штуцерами и каналами, (см. патент RU №2145637, МПК 7 С21В 9/02 опуб. в 20.02.2000 г., бюл. №5).
В соответствии с патентом, форкамера расположена в верхней части купола соосно с ним и снабжена кожухом с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола с самостоятельной опорой на кожух купола, внутренние коллекторы газа и воздуха расположены между кожухом и боковой стенкой футеровки форкамеры друг над другом с горизонтальной перегородкой между ними, а каналы, которые соединяются с коллекторами, выполнены в вертикальной стенке футеровки форкамеры с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в форкамеру.
Как известно, одним из условий обеспечения удовлетворительного перемешивания газа и воздуха в форкамере является создание их закрученных потоков. Для решения этой задачи в форкамере по прототипу создают закрученный поток за счет тангенциального расположения каналов для подачи газа и воздуха в форкамеру. Дополнительно для улучшения перемешивания газа и воздуха в воздухонагревателе предусмотрено оси воздушных каналов верхнего ряда из нижнего коллектора направить к оси форкамеры и сместить их вверх от горизонтальной плоскости на угол до 30°. Но форкамеры воздухонагревателей крупных доменных печей имеют большие поперечные размеры, и для прохода к оси форкамеры воздушные струи должны преодолеть закрученный поток газа значительной толщины, который их сносит. Для этого нужно значительно увеличить их скорости и установить более мощные нагнетатели воздуха, что увеличит энергетические затраты. К тому же может возникнуть тот случай, когда неполное сгорание газа в центральной части форкамеры приведет к ухудшению экологических и экономических показателей воздухонагревателей.
То есть, в форкамере по прототипу для каналов разных рядов, выходящих из одного коллектора, необходимо разное давление в этом коллекторе, что обеспечить невозможно. Поскольку для обеспечения давления воздуха в коллекторе устанавливают нагнетатели с обычными давлениями, то скорость струй из каналов верхнего ряда оказывается недостаточной, и к центру форкамеры не поступает того количества воздуха, которое необходимо для полного сжигания газа, в результате чего часть газа не сгорает и выбрасывается в атмосферу.
Известен воздухонагреватель доменной печи (см. патент RU №2316600 С2, МПК 6 С21В 9/00, F24H 3/00, опуб. в 10.02.2008 г.), содержащий кожух с куполом, оснащенный футеровкой, насадку, штуцер горячего дутья, форкамеру, расположенную в верхней части купола соосно с ним, оснащенную кожухом с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола, оснащенную внутренними коллекторами газа и воздуха, которые сообщаются с подводящим газопроводом и воздухопроводом и со сквозными каналами подвода газа и воздуха, размещенными в вертикальной боковой стенке футеровки форкамеры рядами, причем каналы выполнены с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в форкамеру. Каналы нижнего коллектора расположены в верхней его части и направлены вверх от горизонтальной плоскости на угол 15÷30°. Каналы верхнего коллектора расположены в нижней его части и направлены вниз от горизонтальной плоскости на угол 15÷30° Проекции осей всех каналов на горизонтальную плоскость образуют угол 15÷45° к проекциям на горизонтальную плоскость радиусов форкамеры, которые проходят сквозь центры исходных пересечений каналов.
Недостатком вышеупомянутого воздухонагревателя является то, что каналы верхнего ряда по всему кругу форкамеры сообщаются только с газовым коллектором, а каналы нижнего ряда по всему кругу сообщаются только с воздушным коллектором, что образует два потока, которые двигаются послойно, и образуют по высоте форкамеры воздушную и газовую зоны. Это ухудшает условия перемешивания газа с воздухом и сгорания газа.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать воздухонагреватель доменной печи путем перераспределения потоков газа и воздуха за счет подачи газа и воздуха в форкамеру встречными струями, что позволяет улучшить перемешивание газа с воздухом, обеспечивает полноту сжигания газа, повышает стойкость горелки и надежность воздухонагревателя в целом, а также снижает количество вредных выбросов в атмосферу.
Поставленная задача решается тем, что в воздухонагревателе доменной печи, содержащем кожух 15 с футеровкой, насадку 16, купол 14, штуцер горячего дутья 22, расположенный над насадкой 16, форкамеру 6, расположенную в верхней части купола 14 соосно с ним и снабженную кожухом с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола 14 с самостоятельной опорой на кожух 15 купола 14 воздухонагревателя, внутренние коллекторы подачи газа и воздуха, расположенные между кожухом и вертикальной боковой стенкой 7 футеровки форкамеры 6 друг над другом с горизонтальной перегородкой 23 между ними и снабженные выходными сквозными каналами 4, 5, 11 и 12, выполненными в вертикальной боковой стенке 7 футеровки форкамеры 6 с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в форкамеру 6, согласно полезной модели, в каждом коллекторе установлены диаметрально противоположно две вертикальные перегородки 24, образующие два газовых - верхний 2 и нижний 3 и два воздушных - верхний 9 и нижний 10 полуколлекторы, причем два полуколлектора, расположенные друг над другом, соединены с патрубками подачи газа 1 и 26, а два полуколлектора, расположенные диаметрально противоположно первым друг над другом, соединены с патрубками подачи воздуха 8 и 25.
Кроме того, в воздухонагревателе доменной печи в нижних газовом 3 и воздушном 10 полуколлекторах размещены сквозные каналы 5 и 11 подачи газа и воздуха, продольные оси которых направлены под углом к радиусам форкамеры, проходящим через центры отверстий этих каналов на входе в форкамеру, а в верхних газовом 2 и воздушном 9 полуколлекторах размещены сквозные каналы 4 и 12 подачи газа и воздуха, расположенные радиально друг против друга, при этом их продольные оси совпадают с радиусами форкамеры.
Причинно-следственная связь между существенными признаками заявляемой полезной модели, и достигаемым техническим результатом, заключается в следующем.
Установка в каждом коллекторе диаметрально противоположно двух вертикальных перегородок, образующих два газовых и два воздушных полуколлектора, причем два полуколлектора, расположенные друг над другом, соединены с патрубками подачи газа, а два полуколлектора, расположенные диаметрально противоположно первым друг над другом, соединены с патрубками подачи воздуха, обеспечивает организацию встречной подачи струй газа и воздуха и обеспечивает полное сгорание газа в центральной части форкамеры, что приводит к улучшению экологических и экономических показателей воздухонагревателей.
Кроме того, размещение газового полу коллектор а над газовым, а воздушного над воздушным дает возможность организовать встречное движение газа и воздуха, которое улучшает их смешивание. А наличие горизонтальной перегородки уменьшает вихреобразование и потери давления газа и воздуха при входе в каналы в стене форкамеры.
Размещение в футеровке форкамеры в верхнем ряду радиально попарно расположенных друг против друга сквозных каналов для газа и воздуха, проходящих через стену форкамеры, обеспечивает встречное движение газа и воздуха, то есть обеспечивает интенсивное их перемешивание в верхней части форкамеры.
Размещение в футеровке форкамеры в нижнем ряду сквозных каналов подачи газа и воздуха, продольные оси которых направлены под углом к радиусам форкамеры, проходящим через центры отверстий этих каналов на входе в форкамеру, обеспечивает их закручивание, которое приводит к подъему закрученной газовоздушной дымовой смеси вверх, к куполу форкамеры, продлевая ее сгорание до входа в насадку.
На верхнем ярусе радиальные встречные струи внедряются в дымовой поток, который одновременно поднимается и вращается.
Такое взаимодействие потоков газа, воздуха и дымовых газов приводит к их интенсивному перемешиванию и сгоранию до входа в насадку.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез воздухонагревателя доменной печи, на фиг.2 - разрез 1-1 на фиг.1, на фиг.3 - разрез 2-2 на фиг.1.
Воздухонагреватель доменной печи содержит газовые патрубки 1, газовый верхний коллектор 2, газовый нижний коллектор 3, каналы в стене форкамеры 4, 5, 11, 12, форкамеру 6, вертикальные стены 7 форкамеры 6, воздушные патрубки 8 и 25, воздушные коллекторы верхний 9, нижний 10, горизонтальную перегородку 23, две вертикальных перегородки 24, купол 13 форкамеры 6, купол воздухонагревателя 14 с кожухом 15, насадку 16, поднасадочное пространство 17, дымовой канал 18, боров 19, коллектор 20 холодного дутья, 21 - клапан холодного дутья, 22 - штуцер горячего дутья.
Воздухонагреватель (фиг.1) работает следующим образом: газ через газовые патрубки 1, 26 подается в газовые коллекторы верхний 2, нижний 3, из которых через каналы 4, соединенные с верхним газовым коллектором 2 и через каналы 5, соединенные с нижним газовым коллектором 3, попадает в форкамеру 6. При этом каналы 4, 5 расположены в вертикальной стене 7 форкамеры 6. Воздух поступает через воздушный патрубок 8 в нижний воздушный коллектор 10 и через воздушный патрубок 25 в верхний коллектор 9 и дальше через каналы 11 и 12 в вертикальной стене 7 попадает в форкамеру 6, где встречается с газом. Происходит сгорание газа. Продукты сгорания, закрученные тангенциальными каналами 5 и 11, соединенными с нижними газовым 3 и воздушным 10 коллекторами, всасывают продукты сгорания, которые возникли из верхних коллекторов - газового 2 и воздушного 9, соединенных с радиальными каналами соответственно газа 4 и воздуха 12. Потоки перемешиваются, поднимаясь к куполу 13 форкамеры 6, после чего опускаются в сторону купола воздухонагревателя 14, закручиваясь. Благодаря этому, а также благодаря диффузорной форме купола 14, обеспечивается равномерное распределение продуктов сгорания по горизонтальному сечению насадки 16. Отдав тепло насадке 16, продукты сгорания после прохода поднасадочного пространства 17 через дымовой канал 18 отводятся в боров 19 через открытый клапан 27.
В период дутья воздух подается из коллектора 20 через открытый клапан 21 в поднасадочное пространство 17, проходит насадку 16, нагревается и через штуцер горячего дутья 22 идет в тракт горячего дутья и дальше в доменную печь.
Таким образом, в воздухонагревателе доменной печи, который будет построен в соответствии с данным техническим решением, улучшится перемешивание газа с воздухом, обеспечится полнота сжигания газа, повысится стойкость горелки и надежность воздухонагревателя в целом, а также улучшатся экологические и экономические показатели.