RU2194768C1

RU2194768C1 - Air heater

Info

Publication number: RU2194768C1
Application number: RU2001113538A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Соломенцев; Л.Ф. Соломенцева
Original assignee: Липецкий государственный технический университет
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly, high-temperature heating of blast-furnace blast. SUBSTANCE: blast-furnace air heater has nozzle, under-nozzle space, air heater, central combustion chamber connected with burner nozzle located in combustion chamber in zone of under-nozzle space. Combustion chamber in zone of under-nozzle space is expanded, and burner and air header with adjacent annular slot for air supply to burner nozzle are located inside expanded part of combustion chamber - in zone of under-nozzle space. Inner diameter of expanded cylindrical part of combustion chamber equals to 1.3-1.5 of inner diameter of main part of combustion chamber. EFFECT: higher stability of air heater, its operating reliability and economic efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к высокотемпературным нагревателям доменного дутья и других газообразных теплоносителей, применяемых в металлургии и энергетике. The invention relates primarily to high-temperature blast furnace heaters and other gaseous heat transfer media used in metallurgy and energy.

Известен воздухонагреватель доменной печи, содержащий насадку, центральную камеру горения и соединенную с ней горелку [1]. Known air heater blast furnace containing a nozzle, a Central combustion chamber and a connected burner [1].

Недостатки известного воздухонагревателя заключаются в том, что расположение горелки в верхней высокотемпературной части воздухонагревателя - вблизи купола снижают стойкость кладки верха горелки и примыкающей к ней кладки камеры горения из-за роста температурных колебаний и соответственно возникновения опасных термических напряжений в этих элементах кладки, интенсивно нагреваемых излучением из подкупольного пространства в период дутья и резко охлаждаемых холодными газом и воздухом горения, поступающими из горелки в период нагрева насадки; затрудняет возможность контроля за воспламенения продуктов горения в насадку, а также возможность ремонта горелки. The disadvantages of the known heater are that the location of the burner in the upper high-temperature part of the heater - near the dome reduces the resistance of the masonry of the burner top and the adjacent masonry of the combustion chamber due to the growth of temperature fluctuations and, accordingly, the occurrence of dangerous thermal stresses in these masonry elements, intensely heated by radiation from the dome space during the blast period and sharply cooled by cold gas and combustion air coming from the burner during the heating period nozzles; complicates the ability to control the ignition of the combustion products in the nozzle, as well as the possibility of repair of the burner.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является воздухонагреватель [2] доменной печи, содержащий насадку, центральную камеру горения, горелку, размещенную в основании камеры горения - в зоне поднасадочного пространства и кольцевой коллектор воздуха, образуемый с внешней стороны металлическим кожухом и соединенный с соплом горелки отверстиями, размещенными по периметру стены основания камеры горения. The closest in technical essence and the achieved effect is a blast furnace air heater [2] containing a nozzle, a central combustion chamber, a burner located at the base of the combustion chamber in the area of the nozzle space and an annular air collector formed from the outside by a metal casing and connected to the nozzle burners with holes located around the perimeter of the wall of the base of the combustion chamber.

Недостатки известного воздухонагревателя заключаются в том, что выполнение отверстий в основании стены камеры горения для подачи воздуха в сопло горелки в сочетании с циклическими колебаниями температуры кладки в этой зоне, обусловленными ее нагревом излучением из подкупольного пространства и высокотемпературной зоны камеры горения в периоды нагрева дутья и охлаждением при омывании холодными воздухом и газом в периоды нагрева насадки, могут вызвать разрушение кладки в зоне отверстий и преждевременный выход из строя камеры горения и воздухонагревателя в целом, а неравномерность термической деформации металлического кожуха кольцевого коллектора воздуха, обусловленная неравномерностью омывания его газообразными теплоносителями, и его громоздкость могут нарушить газоплотность кожуха, что в свою очередь приведет к перетоку газов и снижению температуры нагрева дутья. Все это снижает стойкость воздухонагревателя, его эксплуатационную надежность и экономичность. The disadvantages of the known air heater are that the holes in the base of the wall of the combustion chamber for supplying air to the nozzle of the burner in combination with cyclic fluctuations in the temperature of the masonry in this zone, due to its heating by radiation from the dome space and the high temperature zone of the combustion chamber during heating and cooling when washing with cold air and gas during heating periods of the nozzle, they can cause masonry destruction in the area of the holes and premature failure of the combustion chamber and of the air heater as a whole, and the unevenness of thermal deformation of the metal casing of the annular air collector, due to the unevenness of washing it with gaseous coolants, and its cumbersomeness can disrupt the gas tightness of the casing, which in turn will lead to the flow of gases and lower the temperature of heating the blast. All this reduces the durability of the air heater, its operational reliability and efficiency.

Цель изобретения - повысить стойкость воздухонагревателя, его эксплуатационную надежность и экономичность. The purpose of the invention is to increase the resistance of the heater, its operational reliability and efficiency.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый воздухонагреватель доменной печи, содержащий насадку, поднасадочное пространство, коллектор воздуха, центральную камеру горения, соединенную с соплом горелки, размещенной в камере горения в зоне поднасадочного пространства, при этом в зоне поднасадочного пространства часть камеры горения выполнена расширенной, верхняя часть канала газа горелки расположена в сопле с возможностью образования между соплом и верхней частью канала газа кольцевой щели, через которую сопло соединено с коллектором воздуха, расположенными внутри расширенной части камеры горения. При этом диаметр d_p расширенной цилиндрической части камеры горения равен 1,3-1,5 внутреннего диаметра d₀ основной ее части. Это вызвано тем, что при d_p>l,5d₀ снижается стойкость камеры горения, а при этом d_p<l,3d_o затрудняется монтаж и ремонт горелки.This goal is achieved in that the proposed blast furnace air heater containing a nozzle, a nozzle space, an air manifold, a central combustion chamber connected to a burner nozzle located in the combustion chamber in the area of the nozzle space, while in the area of the nozzle space part of the combustion chamber is made expanded, the upper part of the gas channel of the burner is located in the nozzle with the possibility of the formation between the nozzle and the upper part of the gas channel of the annular gap through which the nozzle is connected to the an air lecturer located inside the expanded part of the combustion chamber. The diameter d _{p of the} expanded cylindrical part of the combustion chamber is equal to 1.3-1.5 of the inner diameter d _{0 of} its main part. This is due to the fact that when d _p > l, 5d _{0, the} resistance of the combustion chamber decreases, while d _p <l, 3d _o installation and repair of the burner is difficult.

На фиг.1 изображен предлагаемый воздухонагреватель, разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1. In Fig.1 shows the proposed heater, section aa in Fig.2; figure 2 is a section bB in figure 1.

Воздухонагреватель содержит насадку 1, охватывающую центральную камеру 2 горения и соединенную сверху с подкупольным пространством 3, а внизу через посредство поднасадочной решетки 4 с поднасадочным пространством 5. Она служит промежуточным теплоносителем между продуктами горения и дутьем, которые проходят через нее. Камера 2 горения, расположенная в средней части воздухонагревателя и соединенная внизу с соплом 6 горелки, а вверху с насадкой 1 через подкупольное пространство 3, служит для сжигания газа в ней. Подкупольное пространство 3 расположено в верхней части воздухонагревателя и соединено с центральной камерой 2 горения насадкой 1 и штуцером 7 горячего дутья. Оно служит для подвода продуктов горения к насадке 1 в период ее нагрева и для отвода из нее горячего дутья в период нагрева дутья. Поднасадочная решетка 4 расположена под насадкой и примыкает к насадке 1 и поднасадочному пространству 5. Она служит для передачи нагрузки от насадки 1 или через кладку стен воздухонагревателя и расширенной части камер 2 горения, как показано на фиг.1, или через опорные колонны на фундамент. The air heater contains a nozzle 1, covering the central combustion chamber 2 and connected from above to the dome space 3, and below through the nozzle lattice 4 with the nozzle space 5. It serves as an intermediate heat carrier between the combustion products and the blast that pass through it. The combustion chamber 2, located in the middle of the heater and connected at the bottom with the nozzle 6 of the burner, and at the top with the nozzle 1 through the domed space 3, serves to burn gas in it. The dome space 3 is located in the upper part of the heater and is connected to the central combustion chamber 2 by a nozzle 1 and a hot blast fitting 7. It serves to supply combustion products to the nozzle 1 during its heating and to divert hot blast from it during the heating of the blast. The nozzle grill 4 is located under the nozzle and adjoins the nozzle 1 and the nozzle space 5. It serves to transfer the load from the nozzle 1 either through the masonry of the walls of the air heater and the expanded part of the combustion chambers 2, as shown in Fig. 1, or through supporting columns to the foundation.

Поднасадочное пространство 5, расположенное в нижней части воздухонагревателя и примыкающее снаружи к штуцерам 8 дыма и холодного дутья, а вверху через поднасадочную решетку 4 к насадке 1, служит для обеспечения равномерного распределения дутья и продуктов горения по сечению насадки 1. Сопло 6 горелки, размещенной в расширенной части камеры 2 горения в зоне поднасадочного пространства 5, служит для перемешивания газа с воздухом, воспламенения смеси и формирования направления движения факела в камере 2 горения. Штуцер 7 горячего дутья, примыкающий к подкупольному пространству 3, служит для отвода горячего дутья из воздухонагревателя. Штуцер 8 дыма и холодного дутья, расположенные в нижней части воздухонагревателя, соединены с поднасадочным пространством 5 и служат для отвода продуктов горения из воздухонагревателя в период нагрева насадки и подачи холодного дутья в него в период нагрева дутья. Канал 9 газа с футерованным торцом расположен в поднасадочном пространстве 5 и соединенный с соплом 6 горелки через отверстия 10 газа служит для подвода газа в сопло горелки 6. Отверстия 10 газа, расположенные по периметру верхней части канала 9 газа, сообщаются через посредство кольцевой щели 11 воздуха с соплом 6 горелки, служат для подвода газа в сопло 6 горелки. Коллектор 12 воздуха, расположенный внутри расширенной части камеры 2 горения и соединенный посредством кольцевой щели 11 с соплом 6 горелки, служит для равномерного распределения воздуха по периметру кольцевой щели 11 воздуха. Кольцевой канал 13 воздуха, расположенный в поднасадочном пространстве 5 и соединенный посредством коллектора 12 воздуха с кольцевой щелью 11 воздуха, служит для подвода воздуха в сопло 6 горелки. The nozzle space 5, located at the bottom of the heater and adjacent externally to the smoke and cold blast fittings 8, and at the top through the nozzle grill 4 to the nozzle 1, serves to ensure uniform distribution of blast and combustion products over the nozzle section 1. Nozzle 6 of the burner located in the expanded part of the combustion chamber 2 in the area of the nozzle space 5, serves to mix the gas with air, ignite the mixture and form the direction of the torch in the combustion chamber 2. The hot blast fitting 7 adjacent to the dome space 3 serves to divert the hot blast from the air heater. The nozzle 8 of smoke and cold blast located in the lower part of the heater is connected to the nozzle space 5 and serves to divert combustion products from the heater during the heating of the nozzle and the supply of cold blast into it during the heating of the blast. The gas channel 9 with a lined end is located in the nozzle space 5 and connected to the nozzle 6 of the burner through the gas holes 10 serves to supply gas to the nozzle of the burner 6. Gas holes 10 located along the perimeter of the upper part of the gas channel 9 are communicated through an annular gap 11 of air with a nozzle 6 of the burner, are used to supply gas to the nozzle 6 of the burner. An air collector 12 located inside the expanded part of the combustion chamber 2 and connected by means of an annular gap 11 with a nozzle 6 of the burner serves to evenly distribute air along the perimeter of the annular gap 11 of air. An annular air channel 13, located in the nozzle space 5 and connected by an air collector 12 to the annular air gap 11, serves to supply air to the burner nozzle 6.

Воздухонагреватель работает следующим образом. The air heater operates as follows.

В период нагрева насадки 1 газ из отверстий 10 канала 9 и воздух из кольцевого канала 13 посредством коллектора 12 и кольцевой щели 11 поступают в сопло 6 горелки, где начинается их перемешивание и горение смеси. Из сопла 6 горелки смесь продуктов горения, газа и воздуха поступает в камеру 2 горения, где происходит дожигание газа и откуда продукты горения выходят в подкупольное пространство 3. Из подкупольного пространства 3 продукты горения поступают в насадку 1 и, охлаждаясь в ней, выходят в поднасадочное пространство 5, откуда через штуцеры 8 отводятся в общий дымоход. В период нагрева дутья холодное дутье через штуцеры 8 подается в поднасадочное пространство 5, из которого оно поступает в насадку 1 и, нагреваясь за счет тепла насадки и ее стен, выходит в подкупольное пространство 3 и оттуда через штуцер 7 горячего дутья отводится в общий трубопровод горячего дутья. Преимущество изобретения заключается в повышении стойкости, эксплуатационной надежности и экономичности воздухонагревателя, что достигается благодаря расширению камеры горения в зоне поднасадочного пространства и размещению в этой расширенной части независимой от камеры горения сопла горелки и коллектора воздуха. During the heating period of the nozzle 1, gas from the openings 10 of the channel 9 and air from the annular channel 13 through the collector 12 and the annular gap 11 enter the nozzle 6 of the burner, where they begin mixing and burning the mixture. From the nozzle 6 of the burner, the mixture of combustion products, gas and air enters the combustion chamber 2, where the gas is burned and from where the combustion products exit into the dome space 3. From the dome space 3, the combustion products enter the nozzle 1 and, cooling in it, exit into the nozzle space 5, from where through fittings 8 are discharged into a common chimney. During the heating period of the blast, cold blast through the nozzles 8 is fed into the nozzle space 5, from which it enters the nozzle 1 and, being heated by the heat of the nozzle and its walls, leaves into the dome space 3 and from there through the nozzle 7 of the hot blast is discharged into the common hot blast. An advantage of the invention is to increase the durability, operational reliability and economy of the air heater, which is achieved by expanding the combustion chamber in the area of the nozzle space and placing the burner nozzle and air collector independent of the combustion chamber in this expanded part.

Внедрение предлагаемого воздухонагревателя по сравнению с базовым, в качестве которого принимается наиболее близкий ему аналог - воздухонагреватель с центральной камерой горения доменной печи объемом 2000 м³, позволит на 6-8% увеличить к.п.д. воздухонагревателя и на 60-80^oС повысить температуру нагрева дутья, что эквивалентно уменьшению на 1,5-2,0% удельного расхода кокса и увеличению на 0,75-1,0% производительности доменной печи.The introduction of the proposed air heater compared to the base one, which is taken as the closest analogue to it - an air heater with a central combustion chamber of a blast furnace with a volume of 2000 m ³ , will increase the efficiency by 6-8% air heater and at 60-80 ^o C increase the temperature of heating the blast, which is equivalent to a decrease of 1.5-2.0% of the specific consumption of coke and an increase of 0.75-1.0% of the productivity of the blast furnace.

Источники информации
1. А.с. СССР 1148871, кл. С 21 В 9/02, 1985.Sources of information
1. A.S. USSR 1148871, class C 21 V 9/02, 1985.

2. Патент РФ 2001957, кл. С 21 В 9/02, 1993. 2. RF patent 2001957, cl. C 21 V 9/02, 1993.

Claims

1. The blast furnace air heater comprising a nozzle, a nozzle space, an air manifold, a central combustion chamber connected to a burner nozzle located in the combustion chamber in the zone of the nozzle space, characterized in that in the zone of the nozzle space the part of the combustion chamber is expanded, the upper part of the channel gas burner is located in the nozzle with the possibility of formation between the nozzle and the upper part of the gas channel of the annular gap through which the nozzle is connected to the air manifold located inside and the expanded part of the combustion chamber.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the inner diameter of the expanded cylindrical part of the combustion chamber is 1.3-1.5 of the inner diameter of its main part.