ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности к воздухонагревателям доменных печей и может быть использована в цветной и химической промышленности.
Известен воздухонагреватель доменной печи, насадка которого состоит из поясов огнеупорных блоков, выполненных в виде тела, ограниченного двумя параллельными друг другу поверхностями и несколькими перпендикулярными им боковыми поверхностями, содержащего фиксирующие выступы и впадины, расположенные на параллельных друг другу поверхностях, и имеет несколько сквозных вертикальных и горизонтальных каналов, расположенных между поясами насадки (см. А.С. СССР №580226, Кл. С21В 9/04, опуб. Бюл. №42 от 15.11.1977 г.).
Недостатками аналога является относительно недостаточная теплоотдача между насадочным блоком и дымовыми газами и дутьем соответственно в периоды нагрева и дутья, а также относительно небольшая удельная поверхность нагрева. В описании изобретения по этому авторскому свидетельству не указаны соотношения размеров внутренних конфигураций блоков насадки, которые, как установлено авторами, влияют на параметры теплообмена насадки. Поэтому недостатком аналога также является неоптимальность параметров теплообмена насадки. Кроме того, со временем эксплуатации в вертикальных каналах появляются пробки от оплавления пыли воздуха и доменного газа, сколов огнеупоров и др., которые закупоривают вертикальные каналы на всю высоту.
Известен воздухонагреватель доменной печи типа «Дидье-Верке», содержащий кожух, футеровку, камеру сгорания, воздухопроводы горячего и холодного дутья, дымовые и перепускные клапаны, дымовой боров и дымоход, поднасадочное пространство и двухъярусную насадку из блоков в форме правильного шестиугольника с 12 вертикальными каналами, имеющими одинаковую толщину стенки между каналами (см. Шкляр Ф.Р., Малкин В.М., Каштанова С.П. и др. Доменные воздухонагреватели., М., «Металлургия», 1982 г., стр.26.).
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются кожух, футеровка, камера сгорания, воздухопроводы горячего и холодного дутья, дымовые и перепускные клапаны, дымовой боров и дымовая труба, поднасадочное устройство и насадка, насадочные блоки которой содержат вертикальные каналы, полуканалы и четвертьканалы одинакового радиуса, причем все указанные каналы размещены в насадочном блоке на определенных расстояниях друг от друга, при этом блоки уложены вперевязку в виде поясов и имеют фиксирующие выступы в нижней части, входящие в заглубление в верхней части блоков следующего ряда насадки.
в.к.
Недостатком прототипа является относительно недостаточная теплоотдача между насадочным блоком и дымовыми газами и дутьем соответственно в периоды нагрева и дутья, а также относительно небольшая удельная поверхность нагрева потому, что конструкция насадочного блока не является лучшей для получения оптимальных параметров теплообмена насадки, состоящей из блоков, диаметр вертикальных каналов которых составляет d=10÷25 мм, а также то, что не учитывается влияние расстояния между каналами на теплообмен в насадке.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать воздухонагреватель доменной печи путем повышения эффективности теплообмена в насадочном блоке насадки за счет оснащения вертикальных каналов горизонтальными полуканалами и за счет реализации в нем выявленной авторами оптимальной взаимосвязи расстояния между вертикальными каналами и их диаметров, а также за счет реализации оптимального взаимодействия между диаметрами вертикальных и горизонтальных полуканалов, что позволяет повысить эффективность теплообмена насадки воздухонагревателя в целом.
Кроме того, это обеспечивает достижение оптимального соотношения между массой блока насадки и площадью поверхности каналов блока насадки, и, таким образом позволяет увеличить мощность воздухонагревателя и температуру горячего дутья, что обеспечивает возможность сооружения воздухонагревателя с меньшей массой насадки и с уменьшенными габаритами, что повышает экологичность сооружения воздухонагревателей.
в.к.
в.к
г.к.
в.к.
в.к.
в.к.
Поставленная задача решается тем, что в воздухонагревателе доменной печи, содержащем кожух 16, футеровку 17, камеру сгорания 2, воздухопроводы горячего и холодного дутья, дымовые и перепускные клапаны, дымовой боров 7 и дымовую трубу 8, поднасадочное пространство 5 и насадку 4, насадочные блоки 18 которой содержат вертикальные каналы 19, полуканалы 22 и четвертьканалы 23 одинакового радиуса, причем все указанные каналы размещены в насадочном блоке на определенных расстояниях друг от друга, при этом блоки 18 уложены вперевязку в виде поясов и имеют фиксирующие выступы в нижней части, входящие в заглубления в верхней части блоков следующего ряда насадки, согласно полезной модели, вертикальные каналы 19 обеспечены горизонтальными 20 полуканалами, размещенными на верхней и нижней поверхностях каждого насадочного блока 18, и расположены относительно друг друга соответственно взаимосвязи расстояния S (толщина стенки) между вертикальными каналами 19 и их диаметром d, которая описывается выражением S=1,449d+0,0367 мм, при этом диаметр горизонтальных 20 полуканалов d, составляет (0,35-0,65)d, а диаметра вертикальных каналов d, а диаметр вертикальных каналов находится в пределах d=10÷25 мм, при этом S - расстояние между цилиндрическими поверхностями соседних вертикальных каналов, измеренное по линии, соединяющей центры их поперечных сечений.
Кроме того на дымовом борове 7 перед дымовой трубой 8 установлен дымосос 9, всас которого подключен к общему дымовому борову 7 перед дымовой трубой, а выхлоп - к низу дымовой трубы, причем между всасом и выхлопом дымососа подключен регулировочно-отсечной клапан 10, а насадочные блоки 18 выполнены в виде шестиугольной прямой правильной призмы, имеющей не менее семи сквозных вертикальных цилиндрических каналов одинакового радиуса, параллельных боковым поверхностям, и не менее шести вертикальных полуканалов, расположенных на боковых поверхностях одинакового с другими вертикальными каналами радиуса, также параллельных боковым поверхностям, и не менее шести вертикальных четвертьканалов, расположенных по углам шестиугольной призмы, а также не менее двенадцати горизонтальных полуканалов, расположенных на верхней и нижней горизонтальных поверхностях.
Причинно-следственная связь между существенными признаками заявляемой полезной модели, и достигаемым техническим результатом, заключается в следующем.
в.к.
в.к.
г.к.
в.к
2
3
Использование в конструкции блока насадки заявленного соотношения, а именно S=1,449d+0,0367 мм, если d находится в пределах 10÷25 мм, при этом диаметр горизонтального канала d составляет 0,35÷0,65 диаметра вертикального канала d, обеспечивает достижение оптимального соотношения между массой блока насадки и площадью поверхности каналов блока насадки, при этом удельная поверхность составляет 78÷56 м/м. Указанные соотношения получены по данным теплотехнического исследования на физической модели насадки, а также с использованием на ЭВМ математической модели тепловой работы воздухонагревателя с указанной насадкой и обеспечивают достижение оптимального соотношения между массой блока насадки и площадью поверхности каналов блока насадки, которая сталкивается с газами, повышение удельной поверхности нагрева этого блока насадки и эффективности теплообмена.
в.к.
2
3
Оснащение воздухонагревателя доменной печи насадкой, содержащей насадочные блоки с малыми размерами диаметров вертикальных каналов, а именно, диаметр вертикальных каналов находится в пределах d=10÷25 мм, обеспечивает ее высокой удельной поверхностью нагрева, находящейся в пределах от 78 до 56 м/м.
в.к.
в.к.
Значение d должно быть в пределах 10÷25 мм потому, что при меньших чем 10 мм значениях d недопустимо возрастает сопротивление прохождению газов в насадке, и при строительстве воздухонагревателя, а также его дальнейшей эксплуатации сложно избежать влияния последствий деформации каналов насадки от крипа (ползучести), а при больших, чем 25 мм значениях этого диаметра ощутимо увеличивается материалоемкость насадки и, в целом, воздухонагревателя. Наличие полуканалов на верхней и нижней поверхностях насадочных блоков позволяет также при загрязнении какого-нибудь вертикального канала на некотором участке «питать» его дымовыми газами (или дутьевым воздухом) с помощью горизонтальных каналов из соседних (смежных) вертикальных каналов.
г.к
в.к.
Обеспечение насадочного блока горизонтальными полуканалами, выполненными на верхней и нижней горизонтальных поверхностях каждого насадочного блока, образующих горизонтальные каналы, соединяющие вертикальные каналы блока друг с другом, при этом диаметр горизонтальных 20 полуканалов d составляет (0,35÷0,65)d, диаметра вертикальных каналов позволяет получить повышение поверхности нагрева, кроме того за счет движения газов по горизонтальным каналам уменьшается неравномерность температурного поля в горизонтальном сечении насадки, повышается температура горячего дутья.
г.к
в.к.
г.к
в.к
При этом, если диаметр горизонтального полуканала d<0,35d, то вихри газа, образующиеся в горизонтальном канале, сложенном из двух полуканалов, недостаточно интенсифицируют конвективный теплообмен в вертикальном канале, а если d>0,65d, то это значительно ослабит вертикальное сечение блока насадки и существенно снизит его стойкость.
в.к
Наличие регулировочно-отсечного клапана 10 и дымососа 9 позволяет повысить «тягу» при старении насадки воздухонагревателей и увеличить их межремонтный период. С помощью регулировочно-отсечного клапана 10 ликвидируют такое положение, при котором возникает «короткое замыкание» между всасом и выхлопом дымососа (когда дым циркулирует по кругу). Кроме того, дымосос позволяет повысить тепловую мощность отопления при использовании насадок с диаметром вертикальных каналов d=10-14 мм, имеющих малое «живое сечение», и больше засоряются.
Благодаря малым размерам вертикальных каналов насадки, высокой удельной поверхности нагрева, наличию в вертикальных каналах горизонтальных полуканалов и использованию оптимального соотношения параметров насадочного блока сокращается объем (масса) насадки и материалоемкость воздухонагревателя в целом.
Таким образом обеспечивается возможность сооружения воздухонагревателя с меньшей массой насадки и с уменьшенными габаритами, что также повышает экологичность сооружения воздухонагревателей.
На фиг.1 схематично представлен воздухонагреватель доменной печи, на фиг.2 - насадочный блок, на фиг.3 - блок воздухонагревателей.
в.к
в.к
г.к
в.к
в.к.
Воздухонагреватель доменной печи содержит (фиг.1) кожух 16, футеровку 17, поднасадочное 5 устройство, насадку 4, камеру сгорания 2, воздухопроводы горячего и холодного дутья, дымовые и перепускные клапаны, общий дымовой боров 7 и дымовую трубу 8. Насадка 4 содержит блоки 18 (фиг.2) с вертикальными 19 и горизонтальными 20 полу каналами, размещенными на верхней и нижней поверхностях каждого насадочного блока 18, которыми оснащен каждый вертикальный канал 19, а блоки 18 уложены в виде поясов, и имеют фиксирующие выступы в нижней части, входящие в заглубление в верхней части блоков следующего ряда насадки и включают перевязку блоков. Вертикальные каналы 19 расположены относительно друг друга в соответствии с взаимосвязью расстояния S (толщины стенки) между вертикальными каналами 19 и их диаметром d, описанной выражением S=1,449d+0,03667 мм, при этом диаметр горизонтального 20 полуканала d составляет 0,35-0,65 диаметра вертикального канала d, a диаметр вертикального канала находится в диапазоне d=10÷25 мм. Кроме того, на дымовом борове установлен дымосос 9, всас которого подключен к общему дымовому борову перед дымовой трубой, а выхлоп - к низу дымовой трубы, причем между всасом и выхлопом дымососа подключен регулировочно-отсечной клапан 10.
Горизонтальные полуканалы 20, выполненные на верхней и нижней поверхностях каждого блока 18, соединяют после составления рядов насадки вертикальные 19 каналы с ближними к ним вертикальными каналами, причем каждый горизонтальный канал при сборке образуется из двух полуканалов, один из которых расположен на верхней поверхности, а второй - на нижней поверхности двух соседних блоков из верхнего и нижнего смежных горизонтов насадки. Даже вертикальные каналы, расположенные в замках, оснащены горизонтальными полуканалами. Горизонтальными полуканалами оснащаются все вертикальные каналы, где расположение горизонтальных полуканалов на поверхности насадочных блоков не мешает надежному проведению технологического процесса их изготовления.
в.к
г.к
2
3
Согласно заявляемой полезной модели, в конструкции насадочного блока 18, представленного на фиг.2 как пример конкретной реализации взаимосвязи расстояния S между вертикальными каналами 19 и их диаметром S=1,449d+0,0367 мм, насадочный блок 18 в виде прямой правильной шестиугольной призмы содержит 7 сквозных вертикальных каналов, 6 полуканалов и 6 четвертьканалов, диаметр каждого вертикального канала равен 10 мм, при этом d=3,5÷6,5 мм. Все вертикальные каналы 19 расположены на одинаковом расстоянии S друг от друга, которое составляет 14, 53 мм. При этом насадочный блок 18 в виде прямой правильной шестиугольной призмы при высоте 80-160 мм, имеет расчетной значение удельной поверхности нагрева, равное 78 м/м.
Воздухонагреватель доменной печи работает следующим образом.
Горячие дымовые газы из горелки 1 (фиг.1) проходят через камеру сгорания 2, поворачивают под куполом 3 в насадку 4, насадочные блоки которой имеют вертикальные каналы 19, полуканалы и четвертьканалы и горизонтальные 20 полуканалы, попадают в поднасадочное пространство 5 и дальше через штуцер 6 в боров 7 и далее в дымовую трубу 8 (фиг.3), при этом шибер 10 открыт, (для насадок с вертикальными каналами 15÷25 мм), а если в воздухонагревателе насадка 4 выполнена с вертикальными каналами 10÷14 мм, то дымовые газы отводят с помощью дымососа 9 при закрытом шибере 10 (фиг.3).
В период дутья холодное дутье подводят в поднасадочное пространство 5 через патрубок 11 (шибер 12 открыт, а шибер 13 закрыт). Далее дутье проходит насадку 4, поворачивает под куполом 3 в камеру сгорания 2 и через открытый шибер 14 и штуцер 15 горячего дутья идет в тракт горячего дутья и доменную печь.
В период нагрева насадки горячие дымовые газы проходят через вертикальные 19 сплошные каналы и вертикальные каналы, составленные из полуканалов и чертертьканалов, сверху вниз и горизонтальные каналы, образованные смежными горизонтальными 20 полуканалами блоков 18 насадки 4, нагревают их, а в период нагрева дутья, которое идет снизу вверх и нагревается, насадочные блоки 18 охлаждаются. Если один из вертикальных каналов какого-нибудь блока 18 будет зашлакован, то благодаря горизонтальным 20 полуканалам работа насадочного блока будет продолжена.
Использование заявляемой полезной модели обеспечивает возможность сооружения воздухонагревателей, масса и габариты которых на 25÷50 процентов меньше, чем при использовании воздухонагревателей с насадкой, диаметр вертикальных каналов которой составляет 30 мм. Кроме того, это обеспечивает достижение оптимального соотношения между массой блока насадки и площадью поверхности каналов блока насадки, и, таким образом позволяет увеличить мощность воздухонагревателя и температуру горячего дутья, обеспечивается возможность сооружения воздухонагревателя с меньшой массой насадки и с уменьшенными габаритами, что также повышает экологичность сооружения воздухонагревателей.