Воздухонагреватель
Полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к конструкциям аппаратов для нагрева воздушного дутья доменных печей. Сущность п.м.: насадка воздухонагревателя состоит из объемных унифицированных элементов, размещенных с образованием воздушных вертикальных каналов ячеистой структуры, в которой вертикальные аналы объединены в чередующиеся круговые и линейные секции, а сами объемные унифицированные элементы насадки выполнены в виде шестигранных блоков, обеспечивающих повышение контактной поверхности теплообмена за счет увеличения количества вертикальных каналов для перемещения сгоревших газов, при этом каждый вертикальный канал шестигранных блоков образован технологическим усеченным конусом, меньшим основанием обращенным в направлении выхода продуктов горения. 2 п. ф-лы, 2 фиг. илл.
Полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к конструкциям аппаратов для нагрева воздушного дутья доменных печей.
Известен воздухонагреватель, содержащий кожух с футеровкой, насадку, расположенный над насадкой штуцер горячего дутья, купол, кольцевую форкамеру, выполненную между футеровкой купола и насадочной камерой, снабженный многосопловой горелкой, под которой расположены кольцевые коллекторы газа и воздуха, имеющие подводящие патрубки и выходные каналы, перекрытые насадками для газа и воздуха, между которыми размещены смесительные камеры горелок (см., например, описание изобретения к а.с. СССР №602555, кл. С21В 9/02 от 15.04.1978).
Недостатком данного устройства являются повышенное гидравлическое сопротивление как по газовому, так и по воздушным трактам, невысокий межремонтный срок службы, обусловленный большими колебаниями температур кладки горелки и температурными напряжениями, а также трудоемкий монтаж и значительные габариты.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа воздухонагреватель, содержащий кожух с куполом, имеющие футеровку, насадку, состоящую из контактирующих друг с другом объемных унифицированных элементов, размещенных с образованием воздушных вертикальных каналов ячеистой структуры, расположенный над ней штуцер горячего дутья, коллекторы газа и воздуха с подводящими штуцерами и каналами, при этом форкамера расположена в верхней части купола соосно с ним и имеет кожух с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола с самостоятельной опорой на кожух форкамеры, штуцер горячего дутья расположен
над насадкой на расстоянии до его оси не менее одного диаметра его проходного сечения, коллекторы газа и воздуха расположены между кожухом и боковой стенкой футеровки один над другим, а сообщающиеся с ним каналы выполнены в вертикальной боковой стенке футеровки форкамеры с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в форкамеру (см. патент РФ на полезную модель №65890, кл. С21В 9/02, опубл. 27.08.2007).
К недостаткам устройства можно отнести повышенные габариты насадки, в результате чего продукты неполного сгорания осаждаются в каналах насадки и резко снижается контактная поверхность площади теплообмена в воздухонагревателе.
Технический результат от использования заявленного устройства заключается в повышении эффективности конструкции за счет улучшения условий теплообмена и повышения контактной поверхности теплообмена вследствие увеличения количества вертикальных каналов, повышении к.п.д. за счет улучшения технических характеристик аппарата, снижении затрат на сооружение и эксплуатационных затрат.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому техническому результату.
Указанный технический результат достигается тем, что в воздухонагревателе, содержащем кожух с куполом, имеющие футеровку, насадку, состоящую из контактирующих друг с другом объемных унифицированных элементов, размещенных с образованием воздушных вертикальных каналов ячеистой структуры, расположенный над ней штуцер горячего дутья, коллекторы газа и воздуха с подводящими штуцерами и каналами, при этом форкамера расположена в верхней части купола соосно с ним и имеет кожух с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола с самостоятельной опорой на кожух форкамеры, штуцер горячего дутья расположен над насадкой на расстоянии до его оси не менее одного диаметра его проходного сечения, коллекторы газа и воздуха расположены между кожухом и боковой стенкой футеровки один над другим, а сообщающиеся с ним каналы выполнены в вертикальной боковой стенке футеровки форкамеры с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в
форкамеру, причем объемные унифицированные элементы насадки выполнены в виде шестигранных блоков, обеспечивающих повышение контактной поверхности теплообмена за счет увеличения количества вертикальных каналов для перемещения сгоревших газов, при этом каждый вертикальный канал шестигранных блоков образован технологическим усеченным конусом, меньшим основанием обращенным в направлении выхода продуктов горения и воздуха.
Кроме этого, вертикальные каналы выполнены диаметром 18-22 мм.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предложенное устройство является промышленно применимым существующими техническими средствами.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности полезной модели.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
На фиг.1 представлен воздухонагреватель, общий вид, на фиг.2 - объемный унифицированный элемент насадки, вид сверху.
Воздухонагреватель содержит кожух 1 с футеровкой 2, насадку 3, состоящую из контактирующих друг с другом объемных унифицированных элементов, размещенных с образованием воздушных вертикальных каналов ячеистой структуры для прохода продуктов горения и воздуха, а также штуцер 4 горячего дутья, расположенный над насадкой 3 на расстоянии не менее одного диаметра его проходного сечения.
Купол 5 выполнен с расположенной соосно с ним форкамерой 6, имеющей кожух 7 и футеровку 8 с независимой опорой на кожух 9. В боковой стенке 10 форкамеры 6 выполнены каналы 11 для прохода газа и каналами 12 и 13 для прохода воздуха, соответственно сообщающиеся с расположенными друг под другом внутренними газовым и воздушным коллекторами 14, 15 и штуцерами 16 и 17 для подвода газа и воздуха.
Объемные унифицированные элементы насадки 3 воздухонагревателя выполнены в виде шестигранных блоков, обеспечивающих повышение контактной поверхности теплообмена за счет увеличения количества вертикальных каналов, предпочтительно выполненных диаметром 18-22 мм, при этом каждый вертикальный канал шестигранных блоков образован технологическим усеченным конусом, меньшим основанием обращенным в направлении выхода продуктов горения и воздуха, что, согласно тепловым расчетам, за счет подбора оптимальных размеров вертикальных каналов насадки придает направленную турбулентность потоку и является наиболее эффективным, способствует увеличению поверхности теплообмена и препятствует конвективной потере вертикальных каналов вследствие возможного засорения при длительной эксплуатации воздухонагревателя.
Предпочтительно, чтобы в верхний коллектор подавался газ, а в нижний - воздух, что исключает возможность неполного сгорания газа и образование сажи, которая затем может оседать и забивать вертикальные 18 каналы ячеистой структуры насадки.
Работает предложенный воздухонагреватель следующим образом.
В период нагрева воздух для горения по штуцеру 17 подается в воздушный коллектор 15, расположенный внутри воздухонагревателя между кожухом и футеровкой форкамеры под газовым коллектором 14, и через каналы 12, 13 в вертикальной стенке футеровки 2 поступает в форкамеру 6. Газ по штуцеру 16 подается в газовый коллектор 14, расположенный внутри воздухонагревателя между кожухом и футеровкой форкамеры 6 над воздушным коллектором 15, откуда через каналы 11 боковой стенки 10 поступает в форкамеру 6. Струи газа на выходе радиальных каналов 11 подсасывают находящийся в форкамере 6 воздух, происходит загорание газа в верхней части форкамеры от ее кладки, разогретой в период дутья. При направлении верхнего ряда воздушных струй по радиусу и вверх на угол до 30° условия начального перемешивания и загорания газа и воздуха улучшаются. В верхней части форкамеры образуется горячий закрученный поток газа, при этом температура в верхней части форкамеры достаточна для воспламенения газа.
В период нагрева сгоревшие газы проходят через вертикальные каналы 18 насадки 3, вследствие чего нагреваемый воздух в насадке 3 получает дополнительный нагрев. В случае засорения одного из каналов продукты горения переходят в соседние вертикальные каналы, сохраняя работоспособным участок канала до места перекрытия, и осуществляют дополнительный нагрев воздуха.
При дальнейшем движении в газовый поток внедряются радиально расположенные струи воздуха из каналов 13, обеспечивая подачу воздуха к центру газового потока. Общая закрутка потока при этом уменьшается. Затем в поток поступают струи воздуха из каналов 12, которые подают воздух к периферийной части потока и снова увеличивают закрутку потока. В результате происходит интенсивное выгорание газа в форкамере, которое заканчивается в середине конусной части купола.
Распределение продуктов горения по насадке сильно зависит от закрутки потока, при этом наибольшие скорости наблюдаются в центральной части сечения насадки, а минимальные скорости закрутки потока имеют место на периферии, что вызывает неравномерное распределение продуктов сгорания по площади насадки. В дутьевой период холодное дутье поступает в насадку 3 снизу и, проходя ее вверх по вертикальным каналам 18, нагревается и осуществляется дополнительный нагрев воздуха. В случае воздушной непроходимости одного из вертикальных каналов 18 воздух проходит в соседние вертикальные каналы и осуществляет дополнительный нагрев. Нагретое дутье выходит под купол 5 и отводится через штуцер 4 горячего дутья к потребителю для нагрева теплоносителя до требуемых температур.
В период дутья, вследствие высокой температуры горячего дутья в форкамере поддерживается температура кладки, достаточная для зажигания газа. Однако общий уровень температур и перепад температур в кладке форкамеры между газовым и дутьевым периодами будет меньше, что обеспечит высокую термическую стойкость кладки форкамеры.
Все это позволит увеличить межремонтный срок службы воздухонагревателя и сократить эксплуатационные затраты.
Данная конструкция воздухонагревателя является наиболее перспективной по полноте и экономичности сжигания газа, стойкости футеровки и функционированию.
Выполненные тепловые расчеты показывают, что применение насадки с вертикальными и соединительными горизонтальными каналами с образованием ячеистой структуры позволяет повысить температуру дутья в среднем на 60°С при одинаковой высоте насадки, при этом возможно увеличить площадь теплообмена насадки на 33% и снизить ее высоту в среднем на 1,5 м при одинаковой расчетной температуре дутья и одинаковых технических характеристиках устройства.
Таким образом, применение данного устройства обеспечивает повышение эффективности конструкции за счет повышения контактной поверхности теплообмена и увеличения количества вертикальных каналов, а также повышение к.п.д. аппарата за счет улучшения технических характеристик аппарата и снижение затрат на сооружение и эксплуатационные затраты.
1. Воздухонагреватель, содержащий кожух с куполом, имеющие футеровку, насадку, состоящую из контактирующих друг с другом объемных унифицированных элементов, размещенных с образованием воздушных вертикальных каналов ячеистой структуры, расположенный над ней штуцер горячего дутья, коллекторы газа и воздуха с подводящими штуцерами и каналами, при этом форкамера расположена в верхней части купола соосно с ним и имеет кожух с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола с самостоятельной опорой на кожух форкамеры, штуцер горячего дутья расположен над насадкой на расстоянии до его оси не менее одного диаметра его проходного сечения, коллекторы газа и воздуха расположены между кожухом и боковой стенкой футеровки один над другим, а сообщающиеся с ним каналы выполнены в вертикальной боковой стенке футеровки форкамеры с возможностью подачи газа и воздуха непосредственно в форкамеру, отличающийся тем, что объемные унифицированные элементы насадки выполнены в виде шестигранных блоков, обеспечивающих повышение контактной поверхности теплообмена за счет увеличения количества вертикальных каналов для перемещения сгоревших газов, при этом каждый вертикальный канал шестигранных блоков образован технологическим усеченным конусом, меньшим основанием обращенным в направлении выхода продуктов горения.
2. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что вертикальные каналы выполнены диаметром 18-22 мм.
