Доменний повітронагрівач - патент Україна 2154674 - Коршиков В
Винахід відноситься до галузі металургії, переважно до високотемпературного нагрівання дуття та інших газоподібних теплоносіїв. Сутність пропонованого винаходу полягає в тому, що камера горіння доменного повітронагрівача забезпечена захисним окатом, що розташовується від рівня основи камери горіння до рівня штуцера гарячого дуття, причому захисний окат встановлений із зазором щодо стіни розділення шириною 0,002 - 0,0025 від внутрішнього діаметра повітря. При цьому в днищі камери горіння виконаний трубопровід, з регулювальним клапаном і з'єднаний зі штуцером холодного дуття, для подачі холодного дуття в область зазору. Використання винаходу забезпечує ліквідацію викидів в атмосферу оксидів вуглецю та підвищення теплової ефективності повітронагрівачів. 2 іл.
Малюнки до патенту Україна 2154674
Винахід відноситься до галузі металургії, а точніше до високотемпературного нагрівання дуття та інших газоподібних теплоносіїв.
Відомий доменний повітронагрівач, що містить камеру насадки, внутрішню камеру горіння зі штуцером гарячого дуття, роздільною стіною та захисним окатом, що грає роль додаткового ущільнення розділової стіни (Шкляр Ф. Р., Малкін В.М., Каштанова С.П. та ін. повітронагрівачі (конструкції, теорія, режими роботи) / / М.: Металургія, 1982, 176 с. з іл.).
У відомому повітронагрівачі не усувається ефект "короткого замикання" - прямого перетікання частини газоподібного палива через роздільну стіну в сполучену область камери насадки в димовий період, а також перетікань холодного дуття у зворотному напрямку в період охолодження, що знижує теплову ефективність роботи апарату та завдає екологічної шкоди довкілля.Дійсно, захисний окат, розташований між розділювальною стіною і гирлом пальника, піддається досить значному динамічному удару газових струменів (навіть більшому, ніж сама розділова стіна) і внаслідок змінного температурного режиму та інтенсивної вібрації поступово втрачає газощільність. Таким чином, установка захисного оката лише трохи затримує розвиток ефекту "короткого замикання", але не усуває його. Це призводить до появи димових газів оксиду вуглецю (СО) і знижує теплову ефективність роботи повітронагрівача. Крім того, у продуктах горіння має місце значна кількість оксидів азоту (NOx), характерна для одноступінчастого режиму горіння палива (Котлер В.Р. Оксиди азоту в димових газах котлів// М.: Енергоатоміздат, 1987, 144 с. з іл.) .
Найбільш близьким технічним рішенням є доменний повітронагрівач SU 985049, 21 В 9/02, 30.12.1982, що складається з кожуха, на внутрішній поверхні якого розташована вогнетривка футерування, камери насадки і камери горіння, об'єднаних куполом. У днищі камери горіння виконаний кільцевий паз відкритий всередину камери горіння. Нижня частина кільцевого паза з'єднана вертикальними патрубками із внутрішнім колектором підведення охолоджувача (холодне дуття). З зовнішнього боку кожуха камери горіння встановлений колектор, з'єднаний патрубками із внутрішнім колектором підведення охолоджувача. Зовнішній колектор забезпечений відсічним шибером.
Камера горіння відокремлена від камери насадки розділювальною стінкою. На днищі камери горіння по всьому периметру розділової стінки на відстані від неї 0,01-0,03 довжини розділової стінки встановлена додаткова стіна високовогнетривкого матеріалу (наприклад з МКВ-72), утворюючи щілину. Висота щілини становить 0,5-1,0 середньої довжинирозділової стінки. Додаткова стіна з боку робочого простору камери горіння утримується контрфорсами (упорні стінки), які розташовані одна від одної на відстані 0,12-0,20 середньої довжини розділової стінки.
Доменний повітронагрівач працює наступним чином.
У всі періоди роботи повітронагрівача охолоджувач, наприклад холодне дуття, подають із зовнішнього колектора при відкритому шибері через патрубки у внутрішній колектор і далі вертикальні патрубки в нижню частину кільцевого паза. Холодне дуття, що нагнітається з вертикальних патрубків (сопел), при виході з кільцевого паза, що примикає до кладки радіальної стіни, створює захисну оболонку, що оберігає вогнетривку кладку і кожух від агресивного впливу газів з високими температурами у факелі горіння. Охолоджувач із паза, що примикає до розділової стінки, спочатку потрапляє в щілину, а вже на виході з неї створює захисну оболонку.
Однак відомий повітронагрівач має такі недоліки. Висота щілини становить лише 0,5-1,0 від середньої довжини розділової стінки (що у реальному виконанні становитиме 2-4 м), тобто. введення вторинного повітря знаходиться у зоні розкриття первинного потоку газоподібних реагентів з гирла пальника. Це не дозволить реалізувати перевагу двостадійного режиму горіння, що полягає у зниженні на 50% частки викидів NOx у димових газах. Таким чином, у відомому повітронагрівачі реалізується лише розділений у просторі днища камери горіння одностадійний режим горіння палива. Крім того, є недоцільним розвиток кільцевого паза на напівпериметр зчленування стіни камери горіння з радіальною стіною повітронагрівача і примикає до пальника. Адже навіть у разі утворення тут тріщин футерування, внаслідоктемпературного розширення вогнетривів, підтискається до кожуха і перетікання недопаленого палива по цьому напівпериметру основи камери горіння виключаються. У той же час постійний приплив холодного дуття, що не прогрівається в цій зоні в результаті теплової взаємодії з футеруванням додаткової стіни, збільшить перепади температур між періодами нагрівання і дуття в цьому найбільш термічно напруженому вузлі камери горіння, що викличе зниження стійкості її футеровок.
Завдання, на вирішення якого направлено пропонований технічний пристрій - ліквідація перетікання палива з камери горіння в камеру насадки в період нагрівання, а також дуття у зворотному напрямку в період охолодження апарату. При цьому досягається отримання такого технічного результату, як ліквідація викидів в атмосферу оксидів вуглецю, зниження викидів оксиду азоту та підвищення теплової ефективності повітронагрівачів.
Оптимальна ширина щілинної порожнини (фіг. 1, 2) визначена розрахунковим шляхом і обмежена щонайменше можливістю зростання швидкості повітря до швидкості звуку, що може викликати пульсаційний режим горіння палива, по максимуму - необхідною для повного спалювання палива витратою вторинного повітря в умовах мінімального скорочення поперечного переріз шахти камери горіння. При реалізації щілинної порожнини захисний окат пропонується розташовувати від основи камери горіння до рівня верхньої кромки штуцера гарячого дуття, оскільки відповідно до розрахунково-експериментальних даних (Коршиков В. Д., Бянкін І.Г., Соломенцев С.Л. Вплив висоти кесона на величину перетоків газових середовищ у доменному повітронагрівачі//Ведучий ВНЗ Чорна металургія, 1991, N 1, с.перепаду тиску на внутрішній та зовнішній поверхнях розділової стіни.
На фіг. 1 зображено повітронагрівач після його розігріву в робочому стані, на фіг. 2 - переріз А-А.
Повітронагрівач містить штуцер холодного дуття 1, з'єднаний з піднасадковим пристроєм 2. Піднасадковий пристрій 2, розташоване в нижній частині повітронагрівача, з'єднує робочу камеру 3 зі штуцером 1 холодного дуття і штуцерами 4 диму. Робоча камера 3 заповнена насадкою і з'єднана зверху з куполом 5. Камера 6 горіння з розділювальною стіною 7 і захисним окатом 8 з'єднана зверху з куполом 5, в середній частині - зі штуцером 9 гарячого дуття, внизу - з пальником 10. Зазор 1 захисним вікном 8 і розділювальною стіною 7, з'єднаний знизу за допомогою трубопроводу 12, з регулюючим клапаном 13, зі штуцером 1 холодного дуття.
Повітронагрівач працює в такий спосіб.
У період нагрівання насадки газ і первинне повітря горіння надходять у пальник 10, а вторинне повітря горіння з тиском, рівним тиску в камері 6 горіння і регульованим за допомогою клапана 13, трубопроводом 12 надходить у зазор 11, а потім в камеру 6 горіння, де здійснюється двостадійне спалювання палива. Продукти горіння надходять у робочу камеру 3 і передають тепло насадці, після чого виходять в піднасадковий пристрій 2 і через нього через штуцери 4 диму відводяться в загальний димар.
У період охолодження насадки холодне дуття через штуцер 1 подають у піднасадковий пристрій 2, з якого воно надходить в робочу камеру 3 і, нагріваючись за рахунок тепла насадки, виходить з під купола 5 в камеру горіння 6, звідки надходить в штуцер 9 і загальний трубопровід гарячого дуття. При цьому частина дуття трубопроводом 12 з тиском, рівним тиску в робочійкамері 3 і регульованим за допомогою клапана 13, надходить в щілинну порожнину 11, відсікаючи перетікання дуття в камеру горіння 6 з робочої камери 3.
приклад. У доменному повітронагрівачі з внутрішнім діаметром 8,44 м, висотою насадки 40,64 м, оснащеним камерою горіння сочевицеподібної форми загальною висотою 36,7 м (стосовно умов роботи доменної печі об'ємом 3200 м 3 ), захисний окат викладається на відстані 7 розділової стіни для реалізації зазору. Ширина захисного оката - 0,230 м, а загальна висота 7,9 м. Для підведення в область зазору холодного дуття використовують трубопровід діаметром 0,08 м, з ізоляцією з азбестового волокна.
Використання пропонованого повітронагрівача забезпечує порівняно з існуючими наступні переваги: повна ліквідація викидів в атмосферу оксиду вуглецю (CO), зниження на 50% викидів оксидів азоту (NOx), зниження на 3-4% недопалу газоподібного палива, підвищення стійкості роздільної стіни повітронагрівача також ефективності та надійності роботи апарату в цілому.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Доменний повітронагрівач, що містить камеру насадки, внутрішню камеру горіння зі штуцером гарячого дуття, розділювальною стіною та захисним окатом, встановленим від рівня днища камери горіння із зазором щодо розділової стінки, при цьому зазор з'єднаний трубопроводом, розташованим у днищі камери горіння, з шту подачі його в область зазору, який відрізняється тим, що захисний окат розташований до рівня верхньої кромки штуцера гарячого дуття, ширина зазору становить 0,002 - 0,0025 від внутрішнього діаметра повітронагрівача, а трубопровід забезпечений регулюючим клапаном.