Пристрій сушіння і розігріву чавуновізних і сталерозливних ковшів

Изобретение относится к металлургической теплотехнике, в частности к теплообменным аппаратам, предназначенным для использования тепла отходящих газов на основе принципа рекуперации. Может быть использовано для высокотемпературного подогрева воздуха, подаваемого на сжигание газообразного топлива в машиностроительной, энергетической, металлургической областях промышленности, в частности на установках сушки и разогрева чугуновозных и сталеразливочных ковшей. Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является устройство установки сушки монолитной футеровки сталеразливочных ковшей ("Черная металлургия" бюллетень научнотехнической информации №24/1052/ 1987 г., стр. 28). Устройство включает ковш, крышку с двухпроводной горелкой, подводящие трубопроводы. Недостатком является ненадежная работа горелочного устройства, так как в полости ковша в области высоких температур происходит деформация (коробление) арматуры горелки, что не позволяет держать факел соосно. В результате имеются местные перегревы и недогревы футеровки ковша, приводящие к возникновению термических напряжений, которые способствуют скалыванию футеровки ковшей, снижая их стойкость. Горелочное устройство от неоднократного и длительного пребывания в области высоких температур сгорает. Кроме того, в установке сушки монолитной футеровки ковшей крышка является плоскостью, ограничивающей внутренний объем ковша от окружающего пространства, в связи с чем отсутствует очень важный фактор возможность использования тепла уходящих продуктов горения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции установки сушки и разогрева чугуновозных и сталеразливочных ковшей, путем изменения конструкции крышки так, чтобы использовать часть физического тепла уходящих продуктов горения для нагрева воздуха, поступающего на сжигание газа. Техническим результатом, обеспечиваемым настоящим изобретением, является повышение степени использования лучистого и конвективного теплообменов, за счет чего достигается повышение термического КПД, а следовательно и экономия топлива. Поставленная задача решается тем, что в устройстве сушки и разогрева ковшей, включающем ковш, крышку, двухпроводную горелку газа и воздуха, подводящие трубопроводы, предусмотрены следующие отличия. Крышка выполнена с внутренней полостью, к которой тангенциально не расстоянии (0,1-0,2) ее высоты, от внутренней плоскости подведен трубопровод воздуха. Установка трубопровода, подводящего воздух тангенциально полости на расстоянии (0,1-0,2) Н от внутренней плоскости определена опытным путем методом замера температур по высоте полости от нижней плоскости к верхней и на расстоянии (0,1-0,2)Н получается максимальный отвод тепла, что отражено на графике зависимости температуры внутри полости крышки по ее высоте. Двухпроводная горелка установлена стационарно в самой крышке, в центрирующем стакане, что исключает деформацию ее арматуры и смещение факела от оси ковша. Техническая сущность и принцип действия предлагаемого устройства сушки и разогрева чугуновозных и сталеразливочных ковшей поясняется чертежами, на которых изображена: фиг.1 - общий вид устройства; фиг.2 - собственно крышка; фиг.3 - разрез по А-А. Устройство сушки и разогрева чугуновозных и сталеразливочных ковшей представляет собой конструкцию, состоящую из крышки рекуперативного типа, имеющей корпус 1, с наружной 2 и внутренней 3 плоскостями, по оси которых установлен центрирующий стакан 4 с горелкой 5. Корпусом 1, плоскостями 2 и 3, центрирующие стаканом 4 образуется полость 6, в которую тангенциально корпусу крышки подведен трубопровод холодного воздуха 7. Горячий воздух отводится трубопроводом 8 в горелку 5. В устройство включен ковш 9. Работа устройства сушки и разогрева чугуновозных и сталеразливочных ковшей поясняется общим видом устройства фиг.1. Установленная стационарно с зазором 60-80 мм над горловиной ковша, крышка рекуперативного типа работает следующим образом. Компоненты горения поступают в двухпроводную горелку 5. Газ в горелку поступает холодный, а воздух, подведенный тангенциально корпусу 1, закручиваясь в полости крышки по спирали Архимеда, проходит путь длиной 170-180 м в области высокой температуры, поступает горячим. На выходе из горелки газ, смешиваясь с горячим воздухом, поступает в полость ковша для сжигания. Продукты горения отводятся из полости ковша через зазоры между крышкой и горловиной ковша и через его носки. В разработанном опытно-промышленном устройстве сушки и разогрева чугуновозных ковшей доменного цеха комбината "Запорожсталь" воздух за счет лучистого и конвективного теплообменов где a дым - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке крышки, Вт/м2 °С(ккал/м2 час °С) - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке излучением, Вт/м2 °С(ккал/м2 час°С) - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке крышки конвекции, Вт/м2 °С(ккал/м2 час°С) (Б.П. Тебеньков "Рекуператоры для промышленных печей", Металлургия, 1975 г., стр. 26) и за счет теплопроводности внутренней плоскости 3, двигаясь в полости крышки по спирали Архимеда, нагревается до 518°С. Предложенное устройство сушки и разогрева ковшей доменного цеха позволило сэкономить 1,95 м3 природного газа на 1 τ чугуна. При производстве чугуна на 1993 г. 3000000 τ экономия газа составляет почти 6 млн. м3. Кроме того: 1. Значительно повысился коэффициент использования топлива (КИТ) устройства сушки и разогрева ковшей. а) КИТ при работе устройства на холодном воздухе h1 = Qр - QIдым н = I Qр - Vдым × C дым × t дым н Qр Qр н н б) КИТ при работе устройства на подогретом воздухе, снижении расхода газа и уменьшении потерь тепла при прикрытом крышкой ковше где Qнр - теплотворная способность топлива, кДж/м3 (ккал/м3); Qфиз.возд - тепло подогретого воздуха, кДж/м3 (ккал/м3); Q’дым и Q’’дым - потери тепла с дымом, кДж/м3 (ккал/м3); Vвозд, Свозд, tвозд. - количество воздуха на горение, м; теплоемкость подогретого воздуха, кДж/м3 · °С, температура подогретого воздуха, °С; \/'дым, V’’дым, Сдым, tдым - количество дыма, м3, теплоемкость дыма, кДж/м3 °С (ккал/м3 °С), температура дыма, °С (Г.Ю.Тайц, Ю.И.Розенгарт "Методические нагревательные печи", Металлургиздат, 1956 г., стр.85). В результате h2 значительно больше h1. 2. Сократилась продолжительность сушки и разогрева футеровки ковшей с 24 час до 8-10 час, что тоже способствует снижению расхода топлива. 3. Повысилась стойкость футеровки ковшей за счет равномерного распределения температуры по всему объему ковша. 4. Значительно повысилась калориметрическая температура горения за счет подогрева воздуха, что немаловажно при замене природного газа более дешевым видом газообразного топлива, как доменный газ. а) Калориметрическая температура горения при сжигании природного газа с холодным воздухом б) Калориметрическая температура горения при сжигании природного газа с подогретым воздухом т.е. Т" кал больше Τ’ кал (В.А.Кривандин, Б.Л.Марков "Металлургические печи", Металлургиздат, 1967 г., стр. 286). в) Подогрев воздуха обеспечивает экономию топлива 30-35% при нагреве воздуха до 500°С и использовании дыма с температурой, равной 800°С (Г.Б.Тайц, Ю.И.Розенгарт "Методические нагревательные печи", Металлургиздат, 1957 г., стр.131). Выше перечисленные факторы, способствующие улучшению теплотехнических показателей устройства сушки и разогрева чугуновозных ковшей, отражены в таблице замеров температур в полости ковша при разных расходах газа. 5. На примере комбината "Запорожсталь" в связи с сокращением природного газа на устройство сушки и разогрева чугуновозных ковшей доменного цеха количество выбросов дыма сократится на 63 млн.куб.м, что благотворно отражается на экологии окружающей среды.