Повітронагрівач доменної печі

Повітронагрівач доменної печі, що містить кожух з куполом, забезпечені футерівкою, насадку, штуцер гарячого дуття, форкамеру, розташовану у верхній частині купола співвісно з ним, забезпечену кожухом з футерівкою, виконаною незалежно від футерівки куполу, забезпечену колекторами газу і повітря, що сполучені з підвідними газопроводом і повітропроводом і з наскрізними каналами C2 2 95924 1 3 повітряному трактам, що вимагає додаткових витрат на збільшення потужності електроприводу вентиляторів повітря горіння (додаткові витрати електроенергії) і збільшення тиску доменного газу. Найбільш близьким за сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом, який досягається, до винаходу, що заявляється, є повітронагрівач, що містить кожух з футерівкою, насадку, купол з розташованою в його верхній частині і співвісною з ним форкамерою, що має кожух і футерівку, з незалежною опорою на кожух, прийнятий за найближчий аналог, [див. патент RU №2145637, МПК 7 С21В 9/02, опуб.20.02. 2000г. Бюл. №5]. У повітронагрівачу штуцер гарячого дуття розташований над насадкою на відстані від її верху не менше одного діаметра його прохідного перетину. Канали для проходу газу і повітря виконані в бічній вертикальній стінці футерівки форкамери і сполучаються з внутрішніми колекторами і штуцерами для підведення газу і повітря. Недоліком найближчого аналогу є те, що канали верхнього ряду по всьому колу форкамери сполучаються тільки з газовим колектором, а канали нижнього ряду по всьому колу сполучаються тільки з повітряним колектором, то утворюється два потоки, що рухаються пошарово. Це погіршує умови перемішування газу з повітрям. Осі верхніх каналів з нижнього колектора спрямовані до осі форкамери і зміщені вгору від горизонтальної площини на кут до 30°, а осі решти каналів розташовані в горизонтальній площині і спрямовані під кутом 15-30° до радіусів форкамери, що проходять через центри їх вихідних отворів. При цьому повітряні струмені, що рухаються по каналах верхнього ряду з нижнього колектора в радіальному напрямі вгору під кутом до 30°, не володіють достатньою енергією для інтенсивного перемішування потоків, що рухаються пошарово, що не забезпечує повного згоряння газу. Суттєвими ознаками найближчого аналогу, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є кожух з куполом, забезпечені футерівкою, насадка, штуцер гарячого дуття, форкамера, розташована у верхній частині купола співвісно з ним, забезпечена кожухом з футерівкою, виконана незалежно від футерівки куполу, забезпечена колекторами газу і повітря, що сполучаються з підвідними газопроводом і повітропроводом і з наскрізними каналами підведення газу і повітря, розміщеними у вертикальній бічній стінці футерівки форкамери рядами, причому канали виконані з можливістю подачі газу і повітря безпосередньо у форкамеру, при цьому осі одного або більшого числа рядів каналів, розташованих в горизонтальній площині, спрямовані під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри їх вихідних перетинів. Недоліком такої конструкції повітронагрівача є також розміщення 2-х кільцевих колекторів прямокутного перетину для газу і повітря один над іншим усередині пальника (в кладці форкамери), при цьому стійкість горизонтальної перегородки між ними низька. Це, а також негерметичність кладки форкамери обумовлюють негерметичність колек 95924 4 торів газу і повітря горіння, що зростає з часом експлуатації. Ця негерметичність перемички між газовим і повітряним колекторами, а також між елементами цегляної щільної кладки пальника і нещільними стиками, заповненими вогнетривким розчином (мертелем) призводить до того, що ще до входу в сопла пальника, а потім і після фільтрації через негазощільну кладку пальника газ частково перемішуватиметься з повітрям горіння, не тільки згідно із законом, заданим формою і розташуванням каналів для проходу компонентів горіння (тангенціально, радіально або з напрямом вгору форкамери), а і по випадковому закону, хаотично, що знижує ефект закручування газових потоків, що виходять через сопла пальника, оскільки частина газових середовищ потрапляє у форкамеру пальника неорганізовано через щілини в кладці форкамери. Це призводить до зниження інтенсивності перемішування компонентів горіння, і відповідно, до зниження якості спалювання палива. Недоліком вищезгаданого повітронагрівача є також розташування частини каналів під кутом 1530° до радіусів форкамери, що проходять через центри вихідних перетинів каналів, бо такі кути призводять до недостатнього ступеню скручування потоків та їх змішування. В основу винаходу поставлена задача удосконалити повітронагрівач доменної печі шляхом інтенсифікації перемішування компонентів горіння і поліпшення якості їх спалювання за рахунок удосконалення конструкції форкамери, яка забезпечує подачу газу і повітря зустрічними струменями, а також шляхом герметизації колекторів газу і повітря за рахунок їх нової конструкції, яка забезпечує їх герметичність, що покращує умови перемішування газу з повітрям, забезпечує повноту спалювання газу, підвищує стійкість пальника і насадки, а також надійність повітронагрівача в цілому, знижує кількість шкідливих викидів в атмосферу. Поставлена задача вирішується тим, що у повітронагрівачі доменної печі, що містить кожух з куполом, забезпечені футерівкою, насадку, штуцер гарячого дуття, форкамеру, розташовану у верхній частині купола співвісно з ним, забезпечену кожухом з футерівкою, виконаною незалежно від футерівки куполу, забезпечену колекторами газу і повітря, що сполучаються з підвідними газопроводом і повітропроводом і з наскрізними каналами підведення газу і повітря, розміщеними у вертикальній бічній стінці футерівки форкамери рядами, причому канали виконані з можливістю подачі газу і повітря безпосередньо у форкамеру, при цьому осі одного або більшого числа рядів каналів, розташованих в горизонтальній площині, направлені під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри їх вихідних перетинів, згідно винаходу, колектори газу і повітря для верхнього і нижнього рядів каналів виконані у вигляді порожнистих напівколекторів, заглушених з торців суцільною кладкою з кожухом, розташованих зовні форкамери напроти один одного і забезпечених соплами, встановленими співвісно вхідним отворам в наскрізні канали підведення газу і повітря, при цьому в нижньому ряду тангенціально розміщені наскріз 5 ні канали підведення газу і повітря, подовжні осі яких направлені під кутом 12-85°, до радіусів форкамери, що проходять через центри отворів цих каналів на вході у форкамеру, причому частина їх сполучена з нижнім газовим напівколектором, а частина - з нижнім повітряним, а у верхньому ряду розміщені наскрізні канали підведення газу і повітря, розташовані радіально один проти одного, при цьому їх подовжні осі співпадають з радіусами форкамери, причому частина їх сполучена з верхнім газовим напівколектором, а частина - з верхнім повітряним напівколектором. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками винаходу і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Розміщення у футерівці форкамери у верхньому ряду радіально попарно розташованих один проти одного наскрізних каналів для газу і повітря, що проходять через стіну форкамери, утворює перший ступінь горіння, де йде стадія неповного горіння газу. Радіальне розташування попарно один проти одного наскрізних каналів, що проходять через стіну форкамери, забезпечує зустрічний рух газу і повітря, і, як наслідок, інтенсивне їх перемішування у верхній частині форкамери. Розміщення у футерівці форкамери в нижньому ряду наскрізних каналів підведення газу і повітря, подовжні осі яких спрямовані під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри отворів цих каналів на вході у форкамеру, утворює другий ступінь горіння, куди подається недостатня кількість повітря. Тангенціальне розташування каналів в нижньому ярусі забезпечує тангенціальне спрямування струменів газу та повітря, їх закручування, що призводить до підйому закрученої газоповітряної димової суміші вгору, до купола форкамери, подовжуючи шлях перемішування і горіння паливної суміші і забезпечуючи її згоряння до входу в насадку. Цьому сприяє розрідження, створюване потоками повітря і газу нижнього ярусу, що обертаються. На верхньому ярусі радіальні зустрічні струмені впроваджуються в газовий потік, що одночасно підіймається та обертається. Загоряння відбувається на верхньому ряду сопел, куди спрямовує рециркулюючий потік, що горить, з нижньої зони. Рециркуляція, що утворюється внаслідок тангенціального руху газів, а також подовження шляху газів, двостадійне спалювання сприяють також скороченню кількості NOx і CO, що утворюються. Описана взаємодія потоків газу, повітря і димових газів призводить до їх інтенсивного перемішування і згоряння до входу в насадку. Таким чином, згоряння газу на двох рівнях в дві стадії, забезпечує рівномірне його вигоряння по висоті форкамери і куполу при відносно невисоких температурах на 1 і 2 рівнях (ступенях) горіння. Далі продукти горіння потрапляють через горловину в підкупольний простір повітронагрівача, де завдяки їх обертанню і дифузорній формі купо 95924 6 ла забезпечується рівномірний розподіл продуктів горіння по поперечному перетину насадки. Виконання газового і повітряного колекторів у вигляді порожнистих напівколекторів, що складаються попарно з двох напівколекторів, заглушених з торців суцільною кладкою з кожухом, і розташованих зовні форкамери, забезпечує разом з підвищенням герметичності пальника організацію зустрічної подачі струменів газу і повітря. Канали підведення газу і повітря в нижній зоні горіння розміщені у форкамері під кутом  12-85° до радіусів, проведених в горизонтальній площині з вертикальної осі форкамери в центри вихідних отворів цих каналів на вході у форкамеру, що обумовлено наступним. Якщо вказаний кут  буде менше 12°, то інтенсивність закручування потоків газу і повітря, яка пропорційна sin , буде недостатньою для надійного перемішування газу і повітря горіння, і факел до входу в насадку міститиме горючі СО, Н2, що не встигли згоріти, та ін. Якщо ж кут  буде більше 85°, то закручування газових потоків буде надмірним, факел суттєво коротшатиме, що приведе до розвитку у форкамері температур в період нагріву, суттєво перевищуючих температури приповерхневих шарів футерівки в період дуття, що призведе до появи небезпечної температурної напруги, яка призводить до сколів футерівки і падіння її фрагментів на насадку (її засмічення). Якщо кут  більш 85°, то виконати цю умову при виготовленні каналів у футерівці пальника із стандартних вогнетривких виробів при кінцевих розмірах каналів вельми трудомістко. Кути 12-85° є оптимальними, оскільки максимальна різниця температур поверхні футерівки форкамери в періоди нагріву і дуття не перевищує 50 °C, що безпечне для її стійкості. На Фіг. 1 показаний вертикальний розріз повітронагрівача, на Фіг. 2 - розріз 1-1 на Фіг. 1, на Фіг. 3 - розріз 2-2 на Фіг. 1. Повітронагрівач доменної печі містить кожух 1 з куполом 2, забезпечені футерівкою 3, насадку 4, штуцер гарячого дуття 5, форкамеру 6, розташовану у верхній частині купола 2 соосно з ним і має кожух 7 з футерівкою 8, виконаній незалежно від футерівки купола 2 з самостійною опорою на кожух куполу. Підвідні газопроводи верхній 9 і нижній 10 і повітропроводи верхній 11 і нижній 12 сполучені відповідно з напівколекторами газу 13 і 14 і повітря 15 і 16, що сполучаються з наскрізними каналами 21, 22 і 23, 24 відповідно підвода газу і повітря, розміщеними у футерівці форкамери 8 двома рядами верхнім і нижнім. У верхньому ряду (розріз 1-1) розміщені наскрізні канали підведення газу 21 і повітря 23, розташовані радіально попарно один проти одного, при цьому їх осі співпадають з радіусами форкамери. В нижньому ряду (розріз 2-2) розміщені наскрізні канали 22 підведення газу і 24 - повітря, подовжні осі яких спрямовані під кутом 12-85° до радіусів форкамери, що проходять через центри вихідних перетинів каналів у форкамеру. 7 Газові 13 і 14 і повітряні 15 і 16 напівколектори забезпечено відповідно соплами 17, 18, встановленими співвісно вхідним отворам в наскрізні канали 21, 22 підведення газу і соплами 19 і 20, встановленим співвісно вхідним отворам в наскрізні канали 23, 24 - підвода повітря, і для кожного ряду каналів виконані у вигляді двох напівколекторів, заглушених з торців суцільною кладкою з кожухом і розташованих зовні форкамери. Підвідні газопроводи 9 і 10 сполучені з верхнім і нижнім газовими порожнистими напівколекторами 13 і 14, розташованими один під іншим. Підвідні повітропроводи 11 і 12 сполучені з верхнім і нижнім повітряними порожнистими напівколекторами 15 і 16, розташованими один під іншим. Верхні напівколектора 13 і 15, забезпечені соплами 17 і 19 сполучені з форкамерою 6 радіальними попарно розташованими один проти одного наскрізними каналами 21, 23, що проходять крізь стіну форкамери, подовжні осі яких співпадають з радіусами форкамери. Нижні порожнисті напівколектора 14, 16, забезпечені соплами 18 і 20, сполучені з тангенціально розташованими горизонтальними наскрізними каналами 22, 24, подовжні осі яких спрямовані під кутом до радіусів форкамери, що проходять крізь центри вихідних перетинів цих каналів. Осі тангенціально розташованих горизонтальних наскрізних каналів 22, 24 складають з радіусами, проведеними в центр вихідних отворів газу і повітря з нижніх каналів у форкамеру з вертикальної осі форкамери в горизонтальній площині кут, рівний 12-85°. Повітронагрівач працює наступним чином. У період нагріву насадки горючий газ подається через підвідний газопровід 9 в напівколектор 13 (верхній) і через сопла 17 потрапляє в канали 21, і далі потрапляє в перший ступінь камери горіння (форкамери), де зустрічається з повітрям горіння, що подається через підвідний повітропровід 11, напівколектор 15, і сопла 19, в канали 23. Сопла підведення газу 17 і повітря 19 у верхньому ряду розташовані радіально-зустрічно. Йде стадія неповного горіння газу. Для надійного запалення газу передбачена свічка 25. Недостатня (бракуюча) кількість повітря (2-й ступінь) подається через напівколектор 16, сопла 20 і канали 24. Деяка кількість газу подається в напівколектор 14, з якого він через сопла 18 і ка 95924 8 нали 22 потрапляє в другий ступінь форкамери. Згоряння газу на двох ярусах, забезпечує рівномірне його вигоряння по висоті форкамери і куполу при відносно невисоких температурах на 1-му і 2му ярусах горіння. Висока інтенсивність перемішування струменів газу і повітря на 1-ому ярусі забезпечується зустрічним їх введенням у форкамеру, а на 2-ому ярусі - за рахунок тангенціального введення струменів газу і повітря, їх закручування. Це призводить до підйому закрученої газоповітрянодимової суміші вгору, до купола форкамери 6, подовжуючи шлях перемішування і горіння паливної суміші і забезпечуючи її згоряння до входу в насадку. Цьому сприяє розрідження, створюване потоками повітря і газу 2-го ярусу, що обертаються. На 1-ому ярусі радіальні зустрічні струмені впроваджуються в газовий потік, що одночасно підіймається та обертається. Загоряння газу відбувається на верхньому ряду сопел 17, 19. і каналів 21 і 23. Рециркуляція газів і двостадійне спалювання палива сприяють також скороченню кількості NOx і CO, що утворюються. Далі продукти горіння потрапляють через горловину 26 в підкупольний простір 27, де, завдяки їх обертанню і дифузорній формі купола 2, забезпечується рівномірний розподіл продуктів горіння по поперечному перетину насадки 4. Потім продукти горіння, пройшовши насадку 4, піднасадковий пристрій, поступають в димовий боров (лежак) і трубу. Описана взаємодія потоків газу, повітря і димових газів призводить до їх інтенсивного перемішування і згоряння до входу в насадку 4. Гаряче дуття відводиться через штуцер гарячого дуття 5, пройшовши піднасадковий пристрій, насадку 4 у зворотному напрямі. Повітронагрівач, що заявляється, може працювати як на холодних, так і підігрітих компонентах горіння, при цьому використовування останніх призводить до скорочення довжини факела, що сприятиме якості (повноті) спалювання газу. Повітронагрівач доменної печі забезпечує повне і рівномірне по периметру купола вигоряння газу з рівномірним нагрівом купола і насадки, повноту спалювання газу, підвищує стійкість пальника і надійність повітронагрівача в цілому, а також знижує кількість шкідливих викидів в атмосферу. 9 95924 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 95924 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601