Блок воздухонагревателей доменной печи с купольными горелками

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности к продувке доменных воздухонагревателей с купольными горелками при переводе с режима «нагрев» на режим «дутье».

В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать блок воздухонагревателей доменной печи с купольными горелками, снабженный системой утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей, путем повышения эффективности его работы за счет введения в конструкцию дополнительных звеньев, а именно, ресиверов, компрессоров, дополнительных дымопроводов, подводящих дымовые газы к ресиверам, соединенным с подводящим к купольным горелкам газопроводом подогретого отопительного газа. Это позволит производить обязательную операцию удаления продуктов сгорания из свободного пространства воздухонагревателей для исключения возникновения взрывоопасной смеси дымовыми газами воздухонагревателей, имеющими температуру 150-160°С, что снижает потери теплоты через кладку в окружающую пространство при отсутствии отопления и повышает стойкость футеровки форкамеры купольной горелки.

Поставленная задача решается тем, что в блоке воздухонагревателей 1 доменной печи с купольными горелками, содержащими коллекторы 7 и 8 соответственно отопительного газа и воздуха горения, сообщающиеся с подводящими газопроводом 3 подогретого отопительного газа и воздухопроводом 5 подогретого воздуха горения и со сквозными расположенными в футеровке купольных горелок каналами подвода отопительного газа и воздуха горения в форкамеры горелок, содержащем боров и дымовую трубу, и снабженном системой утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей в составе теплообменников 4 и 6 соответственно нагрева отопительного газа и воздуха горения, установленных на дымопроводах подвода 9 и 10 горячих дымовых газов воздухонагревателей от дымового борова к теплообменникам, и снабженных соединенными с дымовой трубой дымопроводами отвода 12 и 13 охлажденных дымовых газов от теплообменников, согласно полезной модели, блок дополнительно содержит один или более ресивер 19 и 20, аккумулирующие дымовые газы воздухонагревателей, и один или более компрессор 17, 18 сжатия, причем выхлоп ресиверов 19 и 20 соединен с подводящим газопроводом 3 подогретых отопительных газов дымопроводом 26 с установленным на нем клапаном 23 на участке за отсечным 24 и регулирующим 25 дросселями по ходу отопительного газа и газовым коллектором, а патрубки компрессоров сжатия 17 и 18, всасывающие дымовые газы, подключены к подводящим на всас компрессоров дымопроводам 15 и 16, соединенным с отводящим от теплообменника подогрева отопительного газа дымопроводом 12. 1 п ф-лы, ил.2.

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности к продувке доменных воздухонагревателей с купольными горелками при переводе с режима «нагрев» на режим «дутье».

Известно устройство блока воздухонагревателей доменных печей, продувка рабочего пространства воздухонагревателей которого проводится вентиляторным воздухом с использованием горелочного вентилятора воздуха горения для воздухонагревателей с внутренней или внешней камерой горения. (см.. Ф.Р.Шкляр, В.М.Малкин, С.П.Каштанова, Я.П.Калугин, В.П.Советкин. Доменные воздухонагреватели. М., Металлургия, 1982 г. стр.56.).

Недостатком такого устройства продувки является то, что в большинстве случаев воздухонагреватели не оборудованы системой контроля и автоматического регулирования качества горения, а именно, соотношения газ-воздух, поэтому при работе воздухонагревателя в режиме «нагрев» в продуктах горения могут находиться горючие газы (СО, Н₂, Сn Нm). При этом при удалении вентиляторным воздухом продуктов сгорания из рабочего пространства воздухонагревателя для исключения возникновения взрывоопасной смеси в нем происходит значительное снижение температуры под куполом и потери теплоты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой полезной модели является блок воздухонагревателей доменной печи с купольными горелками, снабженный теплообменниками подогрева компонентов горения, установленными на трубопроводах отвода дымовых газов от дымового борова воздухонагревателей-прототип. (cм. http://kalugin.biz/ru/technologies/hot-stoves.html?start=2)

Форкамера купольной горелки воздухонагревателя снабжена коллекторами газа и воздуха, сообщающимися с подводящими газопроводом и воздухопроводом и со сквозными каналами подвода газа и воздуха, причем эти каналы выполнены с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в форкамеру горелки.

Но использование аналогичного устройства (вентилятора) для продувки тракта подачи отопительного газа воздухонагревателя с купольной горелкой может приводить к взрыву под куполом и разрушениям в районе форкамеры в связи с наличием в системе «тракт подачи отопительного газа - кольцевая камера горелки» трудно проветриваемых участков, где остаются несгоревшие горючие компоненты газа.

В связи с этим в настоящее время продувку (проветривание) действующего воздухонагревателя с купольной горелкой производят инертным газом, а именно: азотом.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, является блок воздухонагревателей доменной печи с купольными горелками, содержащими коллекторы соответственно отопительного газа и воздуха горения, сообщающиеся с подводящими газопроводом подогретого отопительного газа и воздухопроводом подогретого воздуха горения и со сквозными расположенными в футеровке купольных горелок каналами подвода отопительного газа и воздуха горения в форкамеры горелок, содержащий дымовой боров и дымовую трубу, и снабженный системой утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей в составе теплообменников соответственно нагрева отопительного газа и воздуха горения, установленных на дымопроводах подвода горячих дымовых газов воздухонагревателей от дымового борова к теплообменникам, и снабженных сообщающимися с дымовой трубой дымопроводами отвода охлажденных дымовых газов после теплообменников.

Недостатком вышеприведенного блока воздухонагревателей является то, что с целью удаления горючих газов, оставшихся при переводе воздухонагревателей с купольной горелкой с режима «нагрев» на режим «дутье» для продувки форкамеры и участка подводящего газопровода подогретого отопительного газа требуется подача значительных количеств азота.

Кроме того, недостатками продувки свободного пространства воздухонагревателя с купольной горелкой сжатым азотом являются:

- дороговизна и дефицитность азота, а иногда и полное отсутствие азота на металлургическом заводе;

- относительно низкая температура азота (10-30°С) по сравнению с температурой дымовых газов в форкамере купольной горелки (500-700°С), что вызывает термические удары в футеровке горелки при каждой продувке и снижение стойкости огнеупоров горелки, уменьшая срок их службы.

Таким образом, использование для продувки азота не обеспечивает надежности работы воздухонагревателя и его эксплуатационной безопасности.

В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать блок воздухонагревателей доменной печи с купольными горелками, снабженный системой утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей, путем повышения эффективности его работы за счет введения в конструкцию дополнительных звеньев, а именно, ресиверов, компрессоров, дополнительных дымопроводов, подводящих дымовые газы к ресиверам, соединенным с подводящим к купольным горелкам газопроводом подогретого отопительного газа. Это позволит производить обязательную операцию удаления продуктов сгорания из свободного пространства воздухонагревателей для исключения возникновения взрывоопасной смеси дымовыми газами воздухонагревателей, имеющими температуру 150-160°С, что снижает потери теплоты через кладку в окружающее пространство при отсутствии отопления и повышает стойкость футеровки форкамеры купольной горелки.

Поставленная задача решается тем, что в блоке воздухонагревателей доменной печи, содержащих купольные горелки с коллекторами 7 и 8 отопительного газа и воздуха горения, соответственно, сообщающимися с подводящими газопроводом 3 подогретого отопительного газа и воздуховодом 5 подогретого воздуха горения и с расположенными в футеровке купольных горелок сквозными каналами подвода отопительного газа и воздуха горения в форкамеры горелок, боров, дымовую трубу и систему утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей, состоящую из теплообменников 4 и 6 нагрева отопительного газа и воздуха горения, соответственно, установленных на дымопроводах 9 и 10 подвода горячих дымовых газов воздухонагревателей от дымового борова к теплообменникам нагрева отопительного газа и воздуха горения, и снабженных соединенными с дымовой трубой дымопроводами отвода 12 и 13 охлажденных дымовых газов от теплообменников, согласно полезной модели, он дополнительно содержит как минимум один ресивер 19, аккумулирующий дымовые газы воздухонагревателей, и как минимум один компрессор 17 сжатия дымовых газов, причем выхлоп ресивера 19 соединен с подводящим газопроводом 3 подогретых отопительных газов дымопроводом 26 с установленным на нем клапаном 23 на участке после отсечного 24 и регулирующего 25 дросселей перед коллектором 7 отопительного газа, а патрубки компрессора 17, всасывающие дымовые газы, подключены к подводящему на всас компрессора дымопроводу 15, соединенному с отводящим от теплообменника подогрева отопительного газа дымопроводом 12.

Причинно-следственная связь между существенными признаками заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Введение в структуру блока доменных воздухонагревателей подводящих на всас компрессоров дымопроводов 15 и 16, соединенных с отводящим трубопроводом 12 от теплообменника подогрева отопительного газа 4 дымовых газов воздухонагревателей, для подачи дымовых газов в ресиверы 19, 20, обеспечивает аккумуляцию в них дымовых газов воздухонагревателей, что позволяет отказаться от использования для продувки рабочего пространства воздухонагревателей холодного азота.

Подача в качестве продувочного инертного газа отходящих дымовых газов воздухонагревателей, имеющих среднюю температуру 150-160°С, существенно снижает термические удары в футеровке горелки, повышая ее стойкость.

Выбор места подключения подводящих на всас компрессоров дымопроводов 15 и 16 к дымопроводу отвода 12 охлажденных дымовых газов от теплообменника 4 нагрева отопительного газа связан с минимальной температурой дымовых газов (150-160°С), что обеспечивает максимальную производительность компрессоров 17, 18. Кроме того в указанном месте меньше вероятные утечки отопительного газа из трубчатки теплообменника 4, поскольку температура доменного газа на входе 50°С по сравнению 10°С на входе в воздушный теплообменник, что повышает стойкость упомянутого теплообменника 4, тогда как температура (среднегодовая) воздуха на входе воздушного теплообменника 6 составляет 10°С и стойкость последнего по отношению к кислотной коррозии дымовых газов - низкая. Этот факт подтверждается практикой.

Замена холодного инертного газа (азота) подогретой смесью других инертных газов (смесью CO₂, N₂, паров Н₂ О), взятых из дымового борова дымовых газов после теплообменника нагрева отопительного газа блока доменных воздухонагревателей, где температура дымовых газов минимальная, повышает производительность компрессоров, а стойкость их от кислотной коррозии повышается до максимальной.

Блок воздухонагревателей доменной печи с купольными горелками представлен на чертежах, где на фиг.1, 2 схематично представлен блок воздухонагревателей ВН1, ВН2, ВН3 доменной печи, снабженных купольной горелкой 2, (см. фиг.2) содержащий коллекторы 7 и 8 соответственно отопительного газа и воздуха горения, сообщающиеся с подводящим газопроводом 3 подогретых отопительных газов и воздуховодом 5 подогретого воздуха горения и со сквозными расположенными в футеровке купольной горелки каналами подвода отопительного газа и воздуха горения в форкамеру горелки. Блок воздухонагревателей содержит дымовой боров 11 и дымовую трубу 14 и снабжен системой утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей в составе теплообменников 4 и 6 соответственно нагрева отопительного газа и воздуха горения, установленных на дымопроводах 9 и 10 подвода горячих дымовых газов от дымового борова 11 к теплообменникам 4 и 6 нагрева отопительного газа и воздуха нагрева, и снабженных соединенными с трубой 14 дымопроводами отвода 12 и 13 охлажденных дымовых газов от теплообменников.

Блок воздухонагревателей снабжен ресиверами 19 и 20 с компрессорами 17 и 18 для продувки свободного пространства воздухонагревателей от взрывчатых газов, причем выхлоп ресиверов соединен с подводящим газопроводом 3 подогретых отопительных газов дымопроводом 26 с установленным на нем клапаном 23 на участке после отсечного 24 и регулирующего 25 дросселей перед коллектором 7 отопительного газа. Всасывающие патрубки компрессоров сжатия 17 и 18, подключены к подводящим на всас компрессоров дымопроводам 15 и 16, соединенным с дымопроводом отвода 12 охлажденных дымовых газов от теплообменника 4 подогрева отопительного газа.

Работа каждого воздухонагревателя в блоке представлена относительно воздухонагревателя 1 (см. фиг.2). К купольной горелке 2 воздухонагревателя 1 отопительный газ подводится по подводящему газопроводу 3 подогретых отопительных газов после подогрева его в теплообменнике 4 нагрева отопительных газов, а воздух горения - по воздуховоду 5 подогретого воздуха горения после теплообменника 6 подогрева воздуха горения. Отопительный газ подается в сквозные расположенные в футеровке купольной горелки каналы подвода газа и воздуха форкамеры купольной горелки 2 из коллектора 7 подогретого отопительного газа, соединенного с подводящим газопроводом 3 подогретых отопительных газов, а воздух - из коллектора 8 подогретого воздуха горения, соединенного с воздуховодом 5 подогретого воздуха горения. Пройдя насадку, поднасадочное пространство, дымовые газы поступают в дымовой боров, а из дымового борова 11 одна их часть поступает в дымовую трубу 14, а другая часть проходит через теплообменники 4 и 6 и далее через сообщающиеся с дымовой трубой дымопроводы отвода 12 и 13 охлажденных дымовых газов от теплообменников. Из дымопровода отвода 12 охлажденных дымовых газов от теплообменника 4 нагрева отопительных газов отбирают дымовые газы воздухонагревателей и по подводящим на всас компрессоров дымопроводам 15 и 16 подают на сжатие на всас компрессоров 17 и 18. Из компрессоров сжатые дымовые газы поступают в ресиверы 19 и 20 под давлением, превышающим давление доменного газа перед горелкой 0,5-0,8 ати (0,05-0,08 МПа). Выхлоп ресивера 19 соединен с подводящим газопроводом 3 подогретых отопительных газов дымопроводом 26 с установленным на нем клапаном 23 на участке после отсечного 24 и регулирующего 25 дросселей перед коллектором 7 отопительного газа, В период перевода воздухонагревателя с режима «нагрев» на режим «дутье» дымовые газы воздухонагревателей из ресиверов с давлением, превышающим давление доменного газа перед купольной горелкой, подают в участок подводящего к форкамере горелки газопровода 3 на участке между отсечным дросселем 24 и коллектором 7 отопительного газа купольной горелки на подводящем газопроводе, и продувают указанные участки от взрывчатых газов.

Продувку коллектора 7 газа купольной горелки 2, каналов подвода газа и воздуха в стенке купольной горелки и участка подводящего к коллектору 7 газопровода 3 производят путем подачи в подводящий газопровод 3 и далее в каналы купольной горелки 2 в период перевода воздухонагреватели с режима «нагрев» на режим «дутье» дымовых газов воздухонагревателей.

Таким образом, предложенная конструкция блока воздухонагревателей позволяет производить обязательную операцию удаления продуктов сгорания из свободного пространства воздухонагревателя дымовыми газами воздухонагревателей, имеющими температуру 150-160°С, для исключения возникновения взрывоопасной смеси в воздухонагревателе, что снижает также потери теплоты через кладку в окружающую пространство при отсутствии отопления.

Блок воздухонагревателей доменной печи, содержащий купольные горелки с коллекторами (7) и (8) отопительного газа и воздуха горения, соответственно, сообщающимися с подводящими газопроводом (3) подогретого отопительного газа и воздуховодом (5) подогретого воздуха горения и с расположенными в футеровке купольных горелок сквозными каналами подвода отопительного газа и воздуха горения в форкамеры горелок, боров, дымовую трубу и систему утилизации теплоты дымовых газов воздухонагревателей, состоящую из теплообменников (4) и (6) нагрева отопительного газа и воздуха горения, соответственно, установленных на дымопроводах (9) и (10) подвода горячих дымовых газов воздухонагревателей от дымового борова к теплообменникам нагрева отопительного газа и воздуха горения, и снабженных соединенными с дымовой трубой дымопроводами отвода (12) и (13) охлажденных дымовых газов от теплообменников, отличающийся тем, что он дополнительно содержит как минимум один ресивер (19), аккумулирующий дымовые газы воздухонагревателей, и как минимум один компрессор (17) сжатия дымовых газов, причем выхлоп ресивера (19) соединен с подводящим газопроводом (3) подогретых отопительных газов дымопроводом (26) с установленным на нем клапаном (23) на участке после отсечного (24) и регулирующего (25) дросселей перед коллектором (7) отопительного газа, а патрубки компрессора (17), всасывающие дымовые газы, подключены к подводящему на всас компрессора дымопроводу (16), соединенному с отводящим от теплообменника подогрева отопительного газа дымопроводом (12).