Повітронагрівач з верхнім розташуванням камери згоряння, яка має теплоізоляційні шари у передкамері

Даний винахід стосується повітронагрівача доменної печі і призначений для застосування у металургійній промисловості, зокрема у повітронагрівачах з верхнім розташуванням камери згоряння, які мають теплоізоляційні шари у передкамері. Відомо, що доменна піч для процес) плавлення погребу гарячого повітряного дуття з достатньо високою температурою, і повітронагрівач є зально-відомим пристроєм для забезпечення потрібного гарячою дуття. Однак, часті коливання температури можуть легко ушкодити перегородки передкамери, якою обладнано повітронагрівач з верхнім розташуванням камери згоряння. Повітронагрівачі в верхнім розташуванням камери згоряння, які в наші дні застосовуються в металургійній промисловості, зазнають вдосконалень, зокрема щодо їхньої конструкції, наприклад, перегородки у передкамері розділяють на дві окремі частини, щоб меншині довжину цеглин і за рахунок цього зменшити теплове розширення, з метою забезпечення можливості скорочення до мінімуму шкідливого впливу на перегородки у передкамері. Однак, проблеми теплопередачі та градієнту температур все ще існують і скорочують строк служби повітронагрівача. Таким чином, подальше зниження температури внутрішніх перегородок у порожнині газового колектору та у порожнині повітряного колектору для зменшення теплового розширення внутрішніх перегородок та зниження до мінімуму теплового напруження стають ключовими чинниками продовження строку служби повітронагрівача. Метою даного винаходу є усунення недоліків відомих технічних розв'язань і створення такого повітронагрівача з верхнім розташуванням камери горіння, який завдяки наявності теплоізоляційних шарів у передкамері мав би довший строк служби. Для досягнення цієї мети застосовано такі технічні рішення. Повітронагрівач з верхнім розташуванням камери згоряння, який має теплоізоляційні шари у передкамері, що складається і передкамери, склепіння (камери згоряння) та регенератору, у якому зазначена передкамера має внутрішню порожнину, кільцеву порожнину та внутрішні стінки; зазначена кільцева порожнина розділена на верхню кільцеву порожнину та нижню кільцеву порожнину, які служать, відповідно, газовим колектором для подачі газу і повітряним колектором для подачі повітря: зазначені внутрішні стінки складаються з першої внутрішньої стінки та другої внутрішньої стінки, причому зазначена перша внутрішня стінка розмішена між зазначеною внутрішньою порожниною і зазначеною кільцевою порожниною, а зазначена друга внутрішня стінка розміщена між зазначеними верхньою кільцевою порожниною і нижньою кільцевою порожниною; далі, у першій внутрішній стінці виконано сукупність розміщених по окружності каналів у місцях, що відповідають верхній кільцевій порожнині та нижній кільцевій порожнині: а також у передкамері встановлено теплоізоляційний шар, виконаний з теплоізоляційного матеріалу, який розміщений у зазначеній першій внутрішній стінці. Розміщення теплоізоляційного шару у передкамері забезпечує ефективне блокування тепловіддачі від внутрішньої перегородки у передкамері та порожнині кільцевого газового колектору до внутрішньої перегородки у порожнині кільцевого повітряного колектору, зниження температурного напруження, а також одночасне зменшення теплового розширення, в такий спосіб, що тепло вільно передається від кільцевою газового колектору до кільцевого повітряного колектору, і не може утворювати зусилля тиску на внутрішні перегородки кільцевого газового колектор} і кільцевого повітряної о колектору. Крім того, у другій внутрішній стінці між кільцевим газовим колектором га кільцевим повітряним колектором розміщений виконаний з теплоізоляційного матеріалу теплоізоляційний шар колекторної порожнини, призначений для блокування теплообміну між цими двома кільцевими порожнинами, який здатний ефективно зменшити теплове напруження у другій внутрішній стінці у випадку, коли подаються газ і повітря ч різними температурами попереднього нагріву (наприклад, повітря з високою температурою, а газ - з низькою температурою). Далі, поверхня внутрішньої порожнини передкамери може виконуватися з конусністю, наприклад, з прямою конусністю чи зворотною конусністю, відповідно до обсягу топки, розподілу потоку повітря та бажаної температури, з метою поліпшити змішування повітря і закручування повітря у передкамері. Крім того, вісь кожного каналу верхнього кільцевого колектору і відповідно нижчого кільцевого колектору може бути спрямована в горизонтальній площині до вісі передкамери. Таке улаштування дозволяє організувати більш ефективне продування швидкісного газового вихрового потоку, який утворюється над передкамерою, і досягати кращого змішування і закручування повітря. Крім того, між передкамерою та склепінням (камерою згоряння) встановлено з можливістю переміщення теплоізолюючу кришку для перешкоджання проникненню променистого тепла від потоку гарячого дуттьового повітря та зниження температури у передкамері в процесі дуття. Отже. за допомогою цієї кришки можна знижувати температуру у передкамері, а відтак, і теплове напруження, що виникає, а також, у певній мірі знижувати тепловитрати. В часі горіння не відбувається вплив на змішування газу з повітрям, бо теплоізолюючу кришку закріплюють над передкамерою. Отже, вищеописані конструктивні ознаки можуть забезпечити отримання такого суттєвого технічного ефекту: 1. Теплоізоляційні шари, розмішені у передкамері та у колекторній порожнині, ефективно блокують теплообмін між першою внутрішньою стінкою та другою внутрішньою стінкою і зменшують ступінь теплового розширення та теплового напруження у кожній з частин передкамери. В результаті досягається подовження строку служби повітронагрівача. 2. Краще змішування і краще закручування газу й повітря у передкамері сприяють підвищенню температури горіння і відповідно поліпшують ефективність згоряння. 3. Тепловтрати відчутно знижуються завдяки зменшенню надходження променистого тепла від гарячого дуття до передкамери і а зменшенню теплових коливань у передкамері, спричинених склепінням. Далі даний винахід буде описаний з посиланням на нижченаведені креслення та варіанти виконання. На Фіг.1 зображено загальний вигляд конструкції односекційного повітронагрівача з ізолюючою кришкою, встановленою в положения між передкамерою та склепінням, згідно з одним варіантом виконання данного винаходу; На Фіг.2 зображено загальний вигляд конструкції односекційного повітронагрівача з ізолюючою кришкою, встановленою в положення над передкамерою, згідно з одним варіантом виконання даного винаходу; На Фіг.3 зображено у збільшеному вигляді поперечний переріз повітронагрівача по лінії А-А на Фіг.1; На Фіг.4 зображено у збільшеному вигляді поперечний переріз повітронагрівача по лінії В-В на Фіг.1; На Фіг.5 зображено у збільшеному вигляді поперечний переріз повітронагрівача по лінії С-С на Фіг.1; На Фіг.6 зображено у збільшеному вигляді поперечний переріз повітронагрівача по лінії D-D на Фіг.1; На Фіг.7 зображено графік (епюру) зміни температури від поверхні внутрішньої стінки у передкамері та у кільцевому газовому колекторі до поверхні внутрішньої стінки у кільцевому повітряному колекторі для одною варіанту виконання даного винаходу; На Фіг.8 зображено загальний вигляд конструкції односекційного повітронагрівача зі зворотною конусністю внутрішньої поверхні передкамери за одним з варіантів виконання даного винаходу: На Фіг.9 зображено загальний вигляд конструкції односекційного повітронагрівача без ізолюючої кришки за одним з вартими виконання даного винаходу. Позиції на кресленнях: 1. Патрубок входу холодного дуттьового повітря 2. Колосникова решітка з опорами 3. Цегляна насадка 4. Регенератор 5. Кожух повітронагрівача 6. Футерівка повітронагрівача 7. Патрубок виходу гарячого дуттьового повітря 8. Склепіння (камера згоряння) 9. Опорний кронштейн передкамери 10. Кільцевий повітряний колектор 11. Патрубок входу повітря 12. Верхній шар кільцевого повітряного колектору 13 Теплоізоляційний шар у кільцевому колекторі 14. Нижній шар кільцевого газового колектору 15. Патрубок входу газу 16. Кільцевий газовий колектор 17. Внутрішній шар у кільцевому колекторі 18. Теплоізоляційний шар у передкамері 19. Внутрішній шар у передкамері 20. Внутрішнє склепіння передкамери 21. Внутрішня футерівка передкамери 22. Передкамера 23. Ізолююча кришка 24. Канали газового колектора 25. Перший канал кільцевого повітряного колектору 26. Другий канал кільцевого повітряного колектору 27. Штанга для переміщення ізолюючої кришки 28. Патрубок виходу димових газів 29. Товщина внутрішнього шару 19 у передкамері 30. Товщина теплоізоляційного шару 18 у передкамері 31. Товщина внутрішнього шару 17 у колекторі На Фіг.1 та 2 зображено загальний вигляд конструкції односекційного повітронагрівача з кришкою, встановленою в різні положения: між передкамерою та склепінням і над передкамерою, за одним з варіантів виконання даною винаходу. Зазначений повітронагрівач з верхнім розташуванням камери горіння, який має теплоізоляційні шари у своїй передкамері, складається з таких елементів: патрубку входу холодного дуттьового повітря 1. колосникової решітки з опорами 2, патрубку виходу димових газів 28, цегляної насадки 3 для акумулювання теплоти, регенератора 4, кожуха 5, футерівки 6, патрубка виходу гарячою дуттьового повітря 7, склепіння (камери згоряння) 8, опорного кронштейну передкамери 9 та передкамери 22 (частина, виділена на кресленні штрих-пунктиром). Зазначена передкамера 22, розміщена вертикально над склепінням (камерою згоряння) 8 на одній вісі з ним. включає до себе: кільцевий повітряний колектор 10, патрубок входу повітря 11, верхній шар 12 кільцевого повітряної о колектору, теплоізоляційний шар 13 у колекторній порожнині, нижній шар 14 кільцевого газового колектору, патрубок входу газу 15, кільцевий газовий колектор 16, внутрішній шар 17 у колекторній порожнині, теплоізоляційний шар 18 у передкамері, внутрішній шар 19 у передкамері, внутрішнє склепіння 20 передкамери, внутрішню футерівку 21 передкамери, передкамеру 22, ізолюючу кришку 23, канали газового колектору 24, перший канал кільцевого повітряного колектору 25, другий канал кільцевого повітряного колектору 26 і штангу для переміщення ізолюючої кришки 27. Причому, зазначений внутрішній шар 17 у колекторній порожнині, теплоізоляційний шар 18 у передкамері і внутрішній шар 19 у передкамері разом утворюють першу внутрішню стінку: зазначений верхній шар 12 кільцевого повітряного колектору, теплоізоляційний шар 13 у колекторі та нижній шар 14 газового колектору утворюють другу внутрішню стінку. Всередині зазначеної передкамери 22. відповідно. у верхній і а нижній її частинах, розташовані зазначені кільцевий газовий колектор 16 та кільцевий повітряний колектор 10, і ці дві порожнини відокремлені одна від одної верхнім шаром 12 кільцевого повітряного колектору, теплоізоляційним шаром 13 у колекторній порожнині та нижнім шаром 14 кільцевого газовою колектору. Порожнини кільцевого газового колектору 16 і кільцевого повітряного колектору 10, а також внутрішня порожнина передкамери 22 розділені трьома перегородками, а саме, зазначеним внутрішнім шаром 17 у колекторній порожнині, теплоізоляційним шаром 18 у передкамері та внутрішнім шаром 19 у передкамері, а канали газовою колектору 24, перший канал повітряного колектору 25 і другий канал повітряного колектору 26 улаштовані в цих перегородках. Кладка з вогнетривкої цегли зазначеного внутрішнього шару 19 у передкамері виконана належним чином, з компенсаційними та рухомими швами. Отже, внутрішній шар 19 у передкамері 22 не спричинятиме радіального зсуву навіть коли на неї діє висока температура, і не буде виникати тиск на кільцевий газовий колектор га кільцевий повітряний колектор. Як показано на Фіг.4. вісь кожного першого каналу 25 кільцевого повітряного колектору спрямована до вісі передкамери 22 у поперечній площині. Коли діє певний тиск повітря, що надходить з патрубку входу повітря 11. швидкість повітря, яке надходить з кожного першого каналу 25 кільцевою повітряного колектору у верхньому положенні, є найбільшою в горизонтальному напрямку, і воно може продуватися крізь швидкісний газовий вихровий потік, який утворюється над передкамерою, таким чином забезпечуючи краще шинування і закручування повітря, ніж у відомих раніше пристроях. Як показано на Фіг.5 та 6. вісь кожного каналу 24 газовою колектору перетинає радіус передкамери 22 під кутом β, тобто кут, утворений в горизонтальній площині віссю кожного нижнього каналу газового колектору з радіусом передкамери, є меншим від кута, утвореного в горизонтальній площині віссю кожного верхнього каналу газового колектору з радіусом передкамери. Вісь кожного каналу 26 другого повітряного колектору також перетинає радіус передкамери 22 під кутом β (див. Фіг.3), але цей кут та конструкція відомі в існуючих пристроях і не потребують додаткового пояснения. Сполучення вищезазначених каналів 24 газового колектору та каналів 26 другого повітряного колектору забезпечують утворення в передкамері 22 вихору з кращим зміщуванням повітря, і закручування повітря стає дуже плавним. Оскільки теплоізоляційний шар 18 з теплоізоляційного матеріалу знаходиться між внутрішнім шаром 19 у передкамері та внутрішнім шаром 17 у колекторній порожнині і блокує тепловіддачу від внутрішньої порожнини передкамери 22 та порожнини газового колектору 16 до порожнини повітряного колектору 10, температура внутрішнього шару 17 у колекторній порожнині є нижчою, і камера згоряння пристосовується до періодичних змін температури в режимах дуття і горіння. Таким чином, вимоги до витривалості вогнетривкої цегли стають менш суворими, а також зменшується температурне напруження на внутрішньому шарі 17 у колекторній порожнині. Одночасно, завдяки використанню коротших цеглин для виготовлення внутрішнього шару 19 у передкамері, зменшується відносне розширення цегли, і за рахунок цього зменшується зусилля тиску на внутрішній шар 17 у колекторній порожнині. Перегородки у зазначеному кільцевому газовому колекторі 16 і кільцевому повітряному колекторі 10 складаються з нижнього шару 14 кільцевого газового колектору, теплоізоляційного шару 13 колекторної порожнини та верхньою шару 12 кільцевого повітряного колектору, завдяки чому вони блокують теплообмін між газом у газовому колекторі 16 і повітрям у повітряному колекторі 10. і запобігають деформуванню і ушкодженню перегородок під дією теплового напруження, яке виникає через більшу різницю температур верхніх і нижніх цеглин кільцевою газового колектору 16 та кільцевого повітряного колектору 10. коли і аз і повітря нагріті, і різниця температур є більш значною. Рухома ізолююча кришка 23 знаходиться між склепінням (камерою згоряння) 8 та передкамерою 22. В режимі дуття ізолююча кришка 23 переміщується в нижнє крайнє положення (як показано на Фіг.1) для блокування надходження променистого тепла від гарячого дуттьового повітря та зниження температури всередині передкамери 22; в режимі горіння захисна кришка 23 переміщується в верхнє крайнє положення (як показано на Фіг.2). і тоді не здійснюватиметься вплив на горіння газоповітряної суміші. Зазначений теплоізоляційний шар 18 у передкамері та теплоізоляційний шар 13 у колекторній порожнині виготовлені з легкої цегли або пластин алюмосилікатних керамічних волокон з низькою питомою теплопровідністю. На Фіг.7 видно, що температура поступово знижується від внутрішнього шару 19 у передкамері до внутрішнього шару 17 у колекторній порожнині завдяки низькій теплопровідності теплоізоляційного шару 18 у передкамері, причому d1 - це товщина внутрішнього шару 19 у передкамері, d2 товщина теплоізоляційного шару 18 у передкамери і d3 - товщина внутрішнього шару 17 у колекторній порожнині. Крива розподілу температур на Фіг.7 вказує на те. що наявність теплоізоляційного шару 18 значно знижує температуру внутрішнього шару 17 у колекторній порожнині. Поверхня внутрішньої стінки передкамери може бути виконана з конусністю, а теплоізоляційний шар 18 може бути розташований суттєво паралельно внутрішній поверхні внутрішнього шару 19 у передкамері. Конфігурацію поверхні внутрішньої порожнини передкамери можна обирати з прямою конуснітю (як показано на Фіг.1 чи Фіг.9) або із зворотною конусністю (як показано на Фіг.8). залежно від обсягу камери, розподілу струменів повітря та бажаних температур, маючи на меті краще змішування і закручування повітря у передкамері. Співвідношення суми загальних площин поперечного перегину каналів 25 і 26 повітряного колектору та суми загальних площин поперечною перетину каналів 24 газового колектору приблизно дорівнює співвідношенню компонентів повітряно-газової суміші, з метою забезпечити такий стан, коли шви (кість газу на виході і каналів 24 газового колектору дорівнює швидкості повітря на виході з каналів 25 і 26 повітряного колектору. Це не тільки корисно з точки зору кращого змішування газу і повітря у передкамері, але також мас за мету суттєве спрощення конструкції пристроїв для подачі газу й повітря, приєднаних, відповідно, до патрубків входу повітря й газу. Якщо для цього є практичні міркування, в повітронагрівачі згідно з даним винаходом, можна не використовувати ізолюючу кришку 23, щоб спростити його виготовлення та експлуатацію.