Доменный высокотемпературный воздухонагреватель

и 994563 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфтфз СфветсиикСфциалистичееиикРаелублии К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23)приоритетГевуаауетванай кеавтвт СССР вв ааааа взфбретввкЯ и вткрытиЯДата опубликования описания 07,02,83 йф. Р. Шкляр, В, М, Паршаков, П. Б. Федотов, Ю фееуЯрьян,еву уйавтГ. П. Лежнев, В. В, Коннов, В. П. Кадугнн и В М, ВдайуВайивнщв. Ф:а,Всесоювный научно-иссдедовауеиасиий ннсвиууу Йунфйнс йтеплотехники и Магнитогорский дважды ордена ЛОктябрьской Революции и ордена Трудового Красметаллургический комбинат им, В. И. Ленина1Изобретение относится к оборудованию для высокотемпературного нагрева дутья, применяемого в металлургии.и энергетике, а именно для подготовки горячего дутья, подаваемого в шахтные печи, в том числе доменные.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является доменный высокотемпературный воздухонагреватель, состоя 1 О ший из кожуха, футеровки, камеры горения и камеры насадки, разделенных между собой вертикальной стенкой из слоев огнеупорных окатов кирпичей и металлической прокладки, штуцеров газовой15 горелки и клапана горячего дутья Г 1В известном техничесКом решении изолирование холодной стороны геплоизолируюшего слоя, помещаемого внутри разделительной стенки, отдельными вертикальными прокладками (листами) изжаропрочной стали и заполнение температурных швов минеральной огнеупорной ватой обеспечивает некоторое увеличение стойкости воздухонагревателей и уменьшение опасности перетоков газовоздушной смеси и дутья,В известном воздухонагревателе покрытие холодной стороны теплоизолирующего слоя отдельными листами хотя и уменьшает опасность перетока, но полностью их не исключаег, гак как они могут иметь место в образующихся между отдельньвми листами зазорах, Перетоки могут усугубиться тем, что температурные швы, предусматриваемые при кладке данной конструкции разделительной стенки, могут неполностью закрыться при ее нагревании в период эксплуатации воздухонагревателя, Величины щелей в температурных швах камеры горения и зазоров между отдельными листами мо- . гут иметь разное значение в дугьевой и тазовый периоды работы воздухонагревателя вследствие значительных (до 600 С) колебаний температуры кладки внутреннего оката камеры горения, Метал лические листы установлены не по всему3повременно в куполе воздухона 1.ревателя и в дымовых клапанах, с использованием методики определения величины перетоков дутья, газа и воздуха горения через разделительную стенку камеры горения, установлено, что перетоки отопительного газа в 2-2,5 раза превышают перетоки воздуха горения. При этом неплотности в разделительной стенке, через которую наблюдаются перетоки, имеют место там, где еще не произошло достаточное смешение потоков газа и воздуха горения, т. е.в районе, близком к газовой горелке.Экспериментальное обнаружение неплотностей в разделительной стенке камеры горения остановленных воздухонагревателей с помощью трассировки потоков в нижней части камеры горения на высоту не более 1,5 ее внутреннего диаметравыше от штуцера газовой горелки имеют -ся сквозные трещины, Особенно большое входа штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья. Имеются трещины и в дне камеры горения.Поэтому кессон из жаростойкой стали должен быть выполнен с днищем, которое помещается под огнеупорной кладкой нижней части камеры горения, а верхний край его выполняется на высоту до 1,5 диаметра выше оси штуцера газовой горелки. Эта высота выбирается, с одной стороны, из результатов обследования камер горения воздухонагревателей, в которых обнаружены визуально трещины на высоте до 1,5 диаметра выше штуцера газовой горелки или штуцера патрубка горячего дутья, с другой стороны, на этой высоте температура листа достигает, как показывают измерения вовоздухонагревателе, 900 950 С, т. е, не превышает опасных значений для его службы в окислительной среде при изготовлении кессона из стали с содержанием хрома до 18% Для предотвращения разрушения огнеупорной кладки в разделительной стенке 50камеры горения вследствие коробления металлических листов кессона из-за различных температурных напряжений . как по. периметру, так и по высоте кессона, он выполйен из листа толщиной 3 мм. Йля уменьшения коробления можно его выполнить гофрированным или рифленым. 3 99456периметру камеры горения, а вместе сразделительной стенкой, в которой ониустановлены, входят в температурныешвы кладки камеры горения, примыкающей к кладке воздухонагревателей. Приобразовании трещин в кладке в местетемпературных швов или даже в случаеотхода разделительной стенки от кладкивоздухонагревателя установка металлических листов не обеспечивает газоплотности разделительной стенки камеры горения, Перетоки, имеющие место на высоко температурных воздухонагрева теляхв месте входа штуцеров газовой горелкии клапана горячего дутья, а также "дна 15камеры горения, также не устраняютсяполнос тью,Установка металлических листов по воздуха дымом от специального источэтому техническому решению на высоту ника и визуальный осмотр камеры горе 3,5 внутреннего диаметра камеры горе ния по всей высоте подтверждают, чтония выше от штуцера горячего дутья уменьшает срок службы их верхних частейвследствие быстрого окисления металлапри развиваемых здесь высоких до1300 1500 о С) температур продуктов 25количество трещин наблюдается в месте 1горения.Целью изобретения является повышение герметичности камеры горения,Поставленная цель достигается тем,что в доменном высокотемпературномвоздухонагревателе, состоящем из кожуха, футеровки, камеры горения и камерынасадки, разделенных между собой вертикальной стенкой из слоев огнеупорныхокатов кирпичей и металлической прок 35ладкой штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья, нижняя часть камеры горения снабжена цилиндрическимбронирующим кессоном из стали с содержанием хрома до 18%, высотой 1,5 диаметра камеры горения выше штуцерагазовой горелки, толщиной до 0,1 0,15толщины кожуха воздухонагревателя,причем футерованные штупера газовойгорелки и клапана горячего дутья расположены в цилиндрических корпусах, присоединенных к боковой стенке кессона.Стенка кессона выполнена волнообразной с соответствующей ей по конфигурации футеровкой,Кожух стенки кессона выполнен рифленым и покрыт торкретмассой, стенка кессона выполнена разрезной со швом внахлестку с перекрытием концов на 0,05 0,08от диаметра кессона.При теплотехнических исследованияхвоздухонагревателей ряда доменных печей по результатам газового анализапроб продуктов горения, отобранных од5 9045Иля защиты от прямого действия продуктов сгорания. топлива кессон футеруется с наружной и внутренней стороны огнеупорным .кирпичом с прокладыванием между кирпичной кладкой и поверхностью кессона рулонного огнеупорного материала, В случае применения рифленого кессона огнеупорная защита на его поверхность может наноситься торкретированиеме . тоМинимальная толщина листа опреде- . ляется из условия обеспечения его службы в течение всего межремонтного периода (10 лет), Согласно ойытных данных при 900 950 С окисление листа толщиной 3 мм из жаростойкой стали с содержанием хрома до 18% происходит на всю толщину приблизительно за 10 лет, Более высокое содержание хрома удорожает стоимость кессона, а меньшее со держание приводит к необходимости существенного увеличения толщины листа что, как было указано выше, опасно по ; условиям коробления.25Корпус воздухонагревателя обычновыполняется из стальных листов толщиной .20 40 мм, поскольку он работает. на повышенных давлениях дутья и выдерживает давление кладки при ее расшире- З 0нии, Кессон же служит для ликвидациипрямых перетоков через кладку и практически не несет нагрузки. В связи сэтим его толщина, как показано выше,определяется из условия окисления за З 5межремонтный срок и составляет ог толщины основного кожуха 0,1 0,15; меньшая толщина приводит к более быстромуего окислению, чем указанный срок службы, большая - к излишнему удорожанию 40кессона и возникновению опасных напряжений в кладке вследствие его возможного коробления,,Пля предотвращения разрыва листакессона при расширении внутреннего оката камеры горения при нагревании онвыполнен с продольным разрезным швомвнахлестку с заходом одного конца на ,другой на 0,05-0,08 диаметракессона.Опыты показывают, что нижняя частькессона имеет температуру около 400 С,а верхняя около 900 С. Это приводитх разности удлинений верхнего и нижне.го периметров кессона и сдвигу кромокразреза на величину-ИЙ= Я 8 ю 100 "А 003(- 6З 63 6где о = 1810 О 1/1 рад-:коэффициентлинейного расцпгрения сталиХ 18 НОТ.Учитывая колебания коэффициентов расши:- рения и свойства материалов кладки и дистов, рекомендуется нахлест 0,05- 0,08 диаметра кессона. Выполнение нылеста меньшей вели ины может привести к раскрытщо шва и потере газоппотности. Больший указанного верхнего предела нахлест делать не рекомендуется, так как это приведет к лишнему расходу материала без повышения газоплотносги.Прикрепленные к металлическому кессону патрубки, покрыватощие штуцера газовой горелки и клапана горячего дутья, имеют длину до внешней поверхности наружного оката камеры горения, Меньшая длина снижаег эффективность их установки, большая нецелесообразна из- м опасности обрезания патрубков вследствие . неодинакового температурного расширения огнеупорной кладки разделительной стенки к возцухонагревателя.На фиг. 1 изображена нижняя часть доменного высокотемпературноговоздухо нагревателя с условным.совмещещнм . осей штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья, вертикальный разрез 3 на фиг. 2 - ось штуцера газовой горелки, горизонтальный разрез.Доменный высокотемпературный воздухонагреватель имеет цилиндрический футерованный изнутриогнеупорйой кладкой 1 стальной кощух 2, расположенйые внутри его несимметрично относительно вертикальной оси огнеупорные камеру 3 горения со штуцервми газовой горелки 4 и клапаном горячего дутья 5 и камеру насадки 6 отбора тепла с поднасадочным устройством 7, штуцерами клапана холодного дутья 8 и дымовыми патрубками 9, разделенные между собой вертикальной стенкой, состоящей из внутреннего 10 и наружного 11 окатов и помещенных между ними по всему ее периметру изоляционного слоя 12, и бронированного жаростойкого кессона 13. Причем его днище 14 размещено полностью под огнеупорной кладкой дна 15 камеры горения. На всю высоту устанавливаемого кессона камера горения футерована дополнительным защитным окатом 16,Устройство работает следующим. образом.В период нагрева воздухонагревателя газовоздушная смесь через штуцер газовой горелки 4 поступает в нижнюю часть камеры горения 3, воспламеняется и сго, 7 9945 рает. Продукты неполного сгорания поднимаются под купол воздухонагревателя, где происходит их полное горение и развивается максимальная температура. Далее продукты сгорания идут вниз через каналы насадки 6, Отдавая насадке свое тепло, они охлаждаются и затем отводятся через поднасадочное устройство 7 в дымовые патрубки 9, боров и дымовую трубу в атмосферу, Металлический кессон 30 13 препятствует протеканию газовоздушной смеси и продуктов неполного горения через трещины, образующиеся во внутрен нем 10 и наружном 11 окатах разделительной стенки камеры горения, ее дне 15 15 и в месте входа в нее штуцеров газовой горелки 4 и клапана 5 горячего дутья, непосредственно из нижней части камеры горения 3 в нижнюю часть насадки 6, поднасадочное устройство 7, дымо вые патрубки 9 и дымовую трубу.В этом случае при прежних установленных по проекту максимальных значениях температуры купола и дымовых газов снижается расход отопительного га за и увеличивается тепловая мощность воздухонагревателя за счет увеличения полноты сжигания топлива.Б дутьевой период через штуцер клапана холодного дутья 8, поднасадочное Зо устройство 7, насадку и камеру 3 горения в обратном газу направлении подается воздух, который нагревается, проходя , через горячую насадку, и затем через штуцер клапана горячего дутья 5 по35 воздухопроводу горячего дутья поступает в доменную печь. Металлический кессон 13 в этот период работы воздухонагревателя препятствует протеканию в обратном направлении (по сравнению с периодом нагрева) холодного или недостаточно прогретого дутья через трещины непосредственно из поднасадочного пространства и нижней части насадки в каме 63 8ру 3 горения и далее в штуцер 5 горячего дутья. В этом случае не снижается температура горячего дутъя, поступающего вдоменную печь, вследствие разбавления горячего дутья, прошедшего всю насадку снизу вверх, частью холодного или недостаточно прогретого, прошедшего из поднасадочного пространства или нижней части насадки через трещины, образующиеся в дне камеры горения, ее разделительной стенке и в месте входа в нее штуцеров газовой горелки и клапана горячего дутья.Установка кессона может быть осуществлена как на реконструируемых, так и на вновь строящихся воздухонагревателях, При этом соединение отдельных листов в сплошной кессон (за исключением одного продольного разрезного шва) должно производиться по месту после соответствующей разметки и заготовки листов заранее перед выполнением огнеупорной кладки внутреннего оката и дна камеры горения. Для соединения. отдельных листов кессона может быть использована электросварка.Предлагаемый кессон установлен на одном из воздухонагревателей доменного цеха ММК в период его ремонта после разборки внутреннего оката и дна камеры горения, находившихся в неудовлетворительном состоянии, особенно в нижней ее части.Использование предлагаемого доменного высокотемпературного воздухонагревателя позволяет поднять температуру горячего дутья и снизить расход отопительного газа.В таблице представлены результаты обследования всех четырех воздухонагревателей с внутренней несимметричной камерой горения доменной печи Мо 5 ММК до и одного,из них после установки на нем металлического кессона.11360 1340 1300 1350 1230 1240 1270 Температура куполавоздухонагревателя вдутьевой периодф,оС 1360Температура горячегодутья перед кольцевымвоздухопроводом у 1180994563Продолжение таблицы 180- кул У3.Величина перетока хного дутья, % 0 10 6 12,3 5 О 3 го затрат на капиталь Экономический эффект ог внедрения изобретения для доменной печи объемом 45 1370 м составляет 37,1 тыс. руб. вгод,- Устранение перетоков газовоздушной смеси в период нагрева воздухонагревателей, ( а они составляют по данным зкспе риментальных исследований, проведенных на доменной печи5 ММК, 10-15%) . ликвидирует потери газа и повышает КПД воздухонагревателей.Суммарный зкономический эффектЯ будет выше вследствие увеличения меж-. ремонтного срока службы высокотемпературных воздухонагревагелей и сокращения из-аа эремонты.В целом погаемого изобрсущественныйкак перетокичисле воздухонисследованиямвоздухонагревустановлено, чна 15 аппарат внедрение предлозволяет получиеский эффект, такто на большомлей, Так, например,х 32 работающихменного цеха ММКоки имеют место аотрасли гения п коном имеют мес агреватена все т то пере а ения ф о а изо й высокотемпературный тель, содержащий кожух 1, Доменньздухонагрев 1Из таблицы видно, что перетоки хо сия перетоков нагретое дутье не Разбавлялодного дутья через трещины в разде- ется холодным и температура его не снилительной стенке и дне .камеры горения, жается (об этом свидетельствует сниа также в месте входа в нее штуцеров жение величины Д+ с 160 до 80 о С)о1газовой горелки и клапана горячего дутья она повышается на 80 С,для воздухонагревателей 18, 17 20 . Из таблиць 1 видно; что фактическоебис, 19 и 17 составляют 5,3; 7,1; 11 . повышение температуры дутья составляети 12,3% соответственно общего коли- несколько большую величину ( 130 о 6),чесгва дутья, проходящего через возду- Остальное (сверх 80 С) повышениехонагревагель. Вследствие разбавления температуры горячего дутья происходитгорячего дутья, прошедшего через насад за счет увеличения расхода отопигельноку, холодным, прошедшим через трещины, го газа и повышения температуры купоминуя насадку, температура горячего ла воздухонагревателя. Понимая, чтодутья перед входом в доменную печь установка кессонов на других аппаратахпонижается, Поэтому увеличивается раз- блока снижает разность йВ на воздухоность температур купола воздухонагрева- з 0 нагревателях18, 17 и 17 бис.нвгеля ( М ) соответственно величине 85, 90 и 95 С соответственно (в пеоперетока на воздухонагревателях до 100, речисленной последовательности ацнара-130, 160 и 180 С. ты располагаются от печи и, следовательУстановка металлического кессона но, потери гепла по тракту горячегона воздухонагревателе19, как показы- дутья и разность Вг возрастают), моавают проведенные после этого теплотех- . йо подсчитать, что общее повышениенические исследования, исключает перето-. температуры горячего дутья на доменнойки. В результате все дутье, поступающее печи после реконструкции всех четырех,в воздухонагреватель, проходит через на- воздухонагревателей % 19, 18, 17 исадку снизу доверху, Вследствие отсутсг бис составляет(160 - 80) + (100 - 85) + (180 - 90) + (1 0 95) 55 е СФ, футеровку, камеру горения и камеру насадки, разделенных между собой вертикальной стенкой из слоев огнеупорных окатов кирпичей и металлической прокладкой, штуцера газовой горелки и клапанагорячего дутья, о т д и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения герметичности камеры горения, нижняя часть камеры горения снабжена бронирующимцилиндрическим кессоном из стели с содержанием хрома до 18%, высотой 1,5диаметра камеры горения выше штуцерагазовой горелки толщиной 0,1-0,15толщины кожуха воздухонагревателя, причем фугерованные штуцера газовой горел-ки и клапана горячего дутья расположеныв цилиндрических корпусах, присоециненных к боковой стенке кессона. 63 122, Воздухонагреватель по и, 1, о г -л и ч а ю щ и й с я теа, что стенкакессона выполнена волнообразной с соответствующей ей по коНфигурации футеровкой,3, Воздухонагреватель по п. 1, о тд и ч а ю щ и й с я тм, что кожухстенки кессона выполнен рифленым и покрыт торкретмассой.4, Воздухонагреватель по пп, 1 3о т л и ч а ю щ и й с я тем, что стенка кессона выполнена разрезной со швомвнахлестку с перекрытием концов на0,05 0,08 диаметра кессона.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Энгель К, и др. - "Черные металлы", 1975, Ио 17, с. 29.994563 каз 567 Тираж 565ПИ Государственног по делам изобретен 3035, Москва, Ж,Подписное тета СССР ВНИИ ом и открытий аушская наб., 4 илиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Составитель Б. Раковскийедактор М. Дылын Техред С,Мигунова Корректор. И, Шулла