ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
AIR HEATER OF BLAST-FURNACE

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к воздухонагревателям доменных печей с теплообменниками регенеративного типа.
Известен воздухонагреватель доменной печи, включающий теплообменную камеру с куполом, регенеративную насадку, размещенную в теплообменной камере, внутреннюю камеру горения, которая образована перегородкой, размещенной в теплообменной камере, и оборудована штуцерами для подвода воздуха и газа, воздухопровод для подвода холодного дутья и воздухопровод для отвода горячего дутья, соединенные с теплообменной камерой, и переключающую арматуру (Грес Л.П. Энергосбережение при нагревании доменного дутья. - Днепропетровск: Пороги, 2004. - С.5).
У предлагаемого объекта и аналога совпадают такие существенные признаки. Оба устройства содержат теплообменную камеру с куполом, регенеративную насадку, размещенную в теплообменной камере, камеру горения, которая оборудована штуцерами для подвода воздуха и газа, воздухопровод для подвода холодного дутья и воздухопровод для отвода горячего дутья, соединенные с теплообменной камерой, и переключающую арматуру.
Получению ожидаемого технического результата при использовании аналога препятствуют следующие причины. При использовании такого воздухонагревателя доменной печи с внутренней камерой горения наблюдается растрескивание огнеупоров при резких колебаниях температур, возникающих при переходе с режима "нагревание насадки", при котором температура газов под куполом теплообменной камеры достигает 1550°С, на режим "нагревание дутья". При этом наибольшее растрескивание огнеупоров наблюдается в нижней части горелок внутренней камеры горения, где колебание температур кладки достигает 600°С. Вследствие низкой стойкости огнеупоров воздухонагреватели с внутренней камерой горения имеют низкий срок службы и не могут работать продолжительное время без ремонта. Кроме того, пульсирующее горение с большим расходом топлива во внутренней камере горения, образованной перегородкой, приводит к сильной вибрации конструкций такого воздухонагревателя, что сокращает срок службы огнеупоров. Растрескивание огнеупоров камеры горения и теплообменной камеры приводит к просачиванию газов, снижению температуры дутья на 100°С, повышению уровня оксида углерода (СО) в дымовых газах (до 0,5-1,0%), что ухудшает экологическое состояние окружающей среды.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа воздухонагреватель доменной печи, включающий теплообменную камеру с куполом, неподвижную регенеративную огнеупорную насадку, размещенную в теплообменной камере, отдельную внешнюю камеру горения с горелкой и штуцерами для подвода воздуха и газа, трубопровод для подвода теплоносителя, воздухопровод для подвода холодного дутья, воздухопровод для отвода горячего дутья, который подведен к отдельной внешней камере горения, и переключающую арматуру (Грес Л.П. Энергосбережение при нагревании доменного дутья. - Днепропетровск: Пороги, 2004. - С.8).
У предлагаемого объекта и выбранного прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба устройства содержат теплообменную камеру с куполом, регенеративную насадку, размещенную в теплообменной камере, отдельную камеру горения с горелкой и штуцерами для подвода воздуха и газа, трубопровод для подвода теплоносителя, воздухопровод для подвода холодного дутья, воздухопровод для отвода горячего дутья и переключающую арматуру.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. За счет оборудования воздухонагревателя отдельной внешней камерой горения, заключенной в самостоятельный корпус, предотвращается попадание газов из камеры горения в теплообменную камеру. Однако при использовании такого воздухонагревателя доменной печи с отдельной внешней камерой горения наблюдается растрескивание огнеупоров при резких колебаниях температур, возникающих при переходе с режима "нагревание насадки", при котором температура газов под куполом теплообменной камеры достигает 1550°С, на режим "нагревание дутья". При этом наибольшее растрескивание огнеупоров наблюдается в нижней части горелок отдельной внешней камеры горения, где колебание температур кладки достигает 600°С. Из-за низкой стойкости огнеупоров воздухонагреватели с внешней камерой горения имеют низкий срок службы и не могут работать продолжительное время без ремонта.
В основу предлагаемого изобретения поставлена техническая задача создать такой воздухонагреватель доменной печи, в котором усовершенствования путем введения новых элементов и связей между ними позволят при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и срока службы воздухонагревателя.
Заявляемый воздухонагреватель доменной печи характеризуется такими существенными признаками, достаточными для достижения ожидаемого технического результата. Воздухонагреватель доменной печи включает теплообменную камеру с куполом, регенеративную насадку, размещенную в теплообменной камере, отдельную камеру горения с горелкой и штуцерами для подвода воздуха и газа, трубопровод для подвода теплоносителя, воздухопровод для подвода холодного дутья, воздухопровод для отвода горячего дутья и переключающую арматуру. При этом воздухопровод для отвода горячего дутья расположен снаружи теплообменной камеры и соединен с этой камерой под ее куполом.
При использовании изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и срока службы воздухонагревателя.
Между существенными признаками заявляемого воздухонагревателя доменной печи и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
Расположение воздухопровода для отвода горячего дутья снаружи теплообменной камеры с регенеративной насадкой и соединение этого воздухопровода с теплообменной камерой именно под ее куполом обеспечивает снижение колебаний температур, возникающих в нижней части отдельной камеры горения при переходе с режима "нагревание насадки" на режим "нагревание дутья".
Отвод горячего дутья из-под купола теплообменной камеры позволяет предотвратить тепловой удар по огнеупорной футеровке отдельной камеры горения. В предлагаемом изобретении такой технический эффект обеспечивается благодаря распределению функций между, с одной стороны, отдельной камерой горения с трубопроводом для подвода теплоносителя (функция по образованию теплоносителя и его подведению к теплообменной камере) и, с другой стороны, воздухопроводом для отвода горячего дутья (функция по отводу горячего дутья из теплообменной камеры), расположенным снаружи теплообменной камеры и соединенным с этой камерой под ее куполом.
После нагревания подкупольного пространства, например, до 1550°С в режиме "нагревание насадки", эта температура в режиме "нагревание дутья" снижается всего на 250°С (при температуре дутья, например, 1300°С), так как максимально нагретый в теплообменной камере воздух попадает именно в подкупольное пространство теплообменной камеры. Снижение колебаний температур, возникающих при переходе с режима "нагревание насадки" на режим "нагревание дутья" в нижней части отдельной камеры горения способствует предотвращению растрескивания огнеупоров, обеспечивает повышение надежности и срока службы воздухонагревателя с отдельной камерой горения без ремонта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид воздухонагревателя доменной печи.
На представленном чертеже позициями обозначены такие элементы:
1 - теплообменная камера;
2 - купол;
3 - регенеративная насадка;
4 - внешняя камера горения;
5 - горелка;
6 - штуцер для подвода воздуха;
7 - штуцер для подвода газа;
8 - трубопровод для подвода теплоносителя;
9 - воздухопровод для подвода холодного дутья;
10 - воздухопровод для отвода горячего дутья.
В конкретном примере изготовления в состав воздухонагревателя доменной печи входит огнеупорная футерованная теплообменная камера 1 с куполом 2. В теплообменной камере 1 размещена регенеративная насадка 3. Снаружи теплообменной камеры 1 установлена отдельная камера горения 4, которая содержит горелку 5, штуцер для подвода воздуха 6 и штуцер для подвода газа 7. При этом отдельная камера горения 4 соединена с теплообменной камерой 1 трубопроводом для подвода теплоносителя 8. Трубопровод для подвода теплоносителя 8 расположен снаружи теплообменной камеры 1 и соединен с теплообменной камерой 1 под ее куполом 2. Кроме того, с теплообменной камерой 1 соединены воздухопровод для подвода холодного дутья 9 и воздухопровод для отвода горячего дутья 10. Воздухопровод для отвода горячего дутья 10 расположен снаружи теплообменной камеры 1 и соединен с теплообменной камерой 1 под ее куполом 2.
Воздухонагреватель доменной печи работает следующим образом. В режиме "нагревание насадки" воздухопровод для подвода холодного дутья 9 и воздухопровод для отвода горячего дутья 10 перекрыты переключающей арматурой (на чертеже не изображена). В отдельную камеру горения 4 к горелке 5 через штуцер для подвода воздуха 6 и штуцер для подвода газа 7 подводят воздух и газ, после чего зажигают горелку 5. Нагретые дымовые газы из отдельной камеры горения 4 по трубопроводу для подвода теплоносителя 8 поступают под купол 2 теплообменной камеры 1, равномерно распределяются по размещенной в этой камере регенеративной насадке 3, нагревая ее для обеспечения необходимой температуры при горячем дутье, и отводятся через дымовые штуцеры (на чертеже не изображены). В режиме "нагревание насадки" температура в подкупольном пространстве может достигать 1550°С. В режиме "нагревание дутья" выключают горелку 5, перекрывают дымовые штуцеры (на чертеже не изображены) и трубопровод для подвода теплоносителя 8, при этом открывают воздухопровод для подвода холодного дутья 9 и воздухопровод для отвода горячего дутья 10. Холодное дутье, введенное в теплообменную камеру 1, равномерно распределяется по размещенной в этой камере регенеративной насадке 3, нагревается от нее до необходимой температуры горячего дутья, поднимается под купол 2 теплообменной камеры 1 и через воздухопровод для отвода горячего дутья 10 направляется в доменную печь.
Колебания температур, возникающие при переходе с режима "нагревание насадки" на режим "нагревание дутья", в подкупольном пространстве теплообменной камеры 1 и в отдельной камере горения 4 существенно снижаются. Снижение колебаний температур способствует предотвращению растрескивания огнеупоров, обеспечивает повышение надежности и срока службы воздухонагревателя с отдельной камерой горения при продолжительном обеспечении высокой температуры дутья.