BRPI0721849A2

BRPI0721849A2 - regenerador de ar quente

Info

Publication number: BRPI0721849A2
Application number: BRPI0721849-4A
Authority: BR
Inventors: Yakov Prokopievich Kalugin
Original assignee: Yakov Prokopievich Kalugin
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2013-03-05
Also published as: BRPI0721849B1; JP5161962B2; JP2010533241A; EP2177633B1; WO2009008758A1; US8419423B2; US20100323314A1; CA2679466C; EA200901318A1; EP2177633A4; EP2177633A1; EA015316B1; CA2679466A1; CN101707893B; CN101707893A

Abstract

REGENERADOR DE AR QUENTE. O regenerador de ar quente da invenção compreende um alojamento (1) com um revestimento interno (2), um bocal (3), uma cúpula (5) com uma pré-câmara (6), que fica posicionada coaxialmente na sua parte de topo e é provida de um alojamento (7) e um revestimento interno (8) provido com um suporte independente (9) no alojamento (7). Canais de gás (11) e ar (12) são proporcionados no lado da parede vertical do revestimento interno de pré-câmara (10) e são conectados a tubulações internas (14, 15) e a conexões de luva de alimentação de gás (16) e de ar (17). Os canais da tubulação inferior (15) são dispostos na sua parte de topo e são orientados ascendentemente segundo um ângulo de 15-30<198> com relação a um plano horizontal. Os canais da tubulação de topo (14) ficam dispostos na sua parte inferior e são orientados descendentemente segundo um ângulo de 15-30<198> em relação a um plano horizontal. As projeções de todos os canais em um plano horizontal formam um ângulo de 15-45<198> com as projeções dos raios da pré-câmara, passando sobre os centros das seções de saída dos canais (11, 12), em um plano horizontal. O uso da invenção torna possível reduzir os custos de operação e aperfeiçoar a queima de gás.

Description

l/ll REGENBRADOR DE AR QUENTE

Técnica

A invenção relaciona-se com a área de metalur- gia do ferro, em particular com a construção de regene- radores de ar quente para aquecerem o jato de ar dos altos-fornos.

Nível precedente da técnica

Conhecem-se os regeneradores de ar quente sem câmara de combustão (regeneradores de ar quente sem po- ço de ventilação) e com instalação de dispositivos queimadores ou preaquecedores na cúpula do regenerador de ar quente (patente RU N°. 2145637, Certificado de autoria N°. 602555, patente JP N°. 48- 4284, patente US N°. 3473794) os quais são mais perspectivos.

A invenção mais próxima daquela proposta para o caráter técnico e combinação de recursos é o regenera- dor de ar quente sem poço de acordo com a patente RU N°. 2145637, classe C21 B 9/02 (protótipo). Ele é dotado de um corpo com revestimento interno de tijo- los, chicanas, cúpula, tubo de conexão de vento quen- te, localizado acima das chicanas uma distância o seu eixo não menor do que um diâmetro da sua área de flu- xo (DN). Existe uma pré-câmara, localizada na parte su- perior da cúpula coaxialmente com ela e tendo corpo e revestimento interno de tijolos, executados independen- temente do revestimento interno de tijolos da cúpula com um suporte independente em um corpo de pré-câmara. Na pré-câmara estão previstos coletores anulares de gás e de ar que ficam localizados entre o corpo e pa- rede lateral de revestimento interno de tijolos da pré-câmara um acima do outro e são divididos por uma parede de separação. Os coletores são conectados com tubos de conexão de entrada e têm canais de saída, os quais são executados na parede lateral vertical do re- vestimento interno de tijolos de pré-câmara e portanto a saída de gás e de ar ocorre diretamente dentro da pré-câmara. Os eixos dos canais da fileira superior a partir do coletor de fundo são dirigidos para o eixo da pré-câmara e deslocados para cima a partir de um plano horizontal segundo um ângulo de até 3 0 graus, e os ei- xos de todos os outros canais ficam localizados em um plano horizontal e dirigidos segundo o ângulo de 15-30 graus aos raios da pré-câmara, passando através dos centros de suas seções de saída. À custa disto, na pré-câmara são formados os fluxos de remoinho de jato de gás e de ar. O remoinho de jato de gás e de ar pro- porciona a queima completa do gás para a entrada nas chicanas e distribuição uniforme de fluxo ao longo das chicanas.

Os regeneradores de ar quente são unidades de alta temperatura de grandes dimensões e requerem grande dispêndio para a sua construção e operação. Portanto, um dos requisitos básicos para eles é a diminuição do consumo de energia. Além disso, os regeneradores de ar quente queimam grande quantidade de gás de alto-forno cuja estrutura inclui gás venenoso - óxido de carbono "CO". Portanto, um requisito importante na operação dos regeneradores de ar quente é a queima completa de gás, o que proporcionará a sua segurança ecológica.

Em conexão com o exposto anteriormente, o rege- nerador de ar quente apresentado tem um número de des- vantagens .

Para assegurar uma boa mistura e combustão de gás e de ar na pré-câmara, aplica-se o sistema de re- demoinho de jato. Gás é fornecido para a parte superi- or da pré-câmara e é formado o redemoinho de jato. Para possibilitar boa mistura de gás e ar no regene- rador de ar quente sem poço determinado prevê-se o- rientar os eixos dos canais de ar da parte superior do coletor de fundo ao longo do raio para o eixo da pré-câmara e desviá-lo ascendentemente a partir do pla- no horizontal segundo um ângulo de até 3 0 graus. Su- põe-se que os jatos de ar orientados ao longo do raio e desviados ascendentemente deverão passar a- través de um fluxo de gás para a parte central da pré-câmara e irão proporcionar uma boa mistura e combustão de gás no centro da pré-câmara. Fluxos de ar provenientes dos canais de outras fileiras são enca- minhados sob um ângulo para os raios da pré-câmara e deverão proporcionar boa mistura de ar com gás e combustão dos fluxos de gás periféricos. Entretan- to, as pré-câmaras têm grandes dimensões nos regenera- dores de ar quente dos grandes altos-fornos e, a fim de poderem passar para o eixo da pré-câmara os jatos de ar da fileira superior deverão passar através do fluxo de gás de vórtice de jato de espessura significativa. Para este propósito é necessário aumentar consideravelmente a sua velocidade e instalar ventoinhas de ar mais pode- rosas que irão aumentar os consumos de energia. Além disso, poderá haver uma combustão de gás incomple- ta na parte central da pré-câmara, que conduzirá à deterioração dos parâmetros ecológicos dos regene- radores de ar quente. Desta forma, ocorre uma contradi- ção. Por um lado, para o aumento da capacidade de pe- netração dos jatos de ar da fileira superior é necessá- rio aumentar consideravelmente a sua velocidade, e con- sequentemente também a pressão no coletor que, por sua vez, irá demandar a aplicação de ventoinhas de ar muito mais potentes. Por outro lado, para os jatos de ar provenientes dos restantes canais não é necessário au- mento de velocidade como nas partes periféricas da pré- câmara sob velocidade usual e boa mistura de fluxo de vórtice de jato, e é proporcionada a plena combustão de 2 0 gás para a entrada nas chicanas.

Desta forma, para canais das diferentes filei- ras que partem de um coletor, são requeridas diferentes pressões neste coletor, o que é impossível de propor- cionar. Uma vez que para a manutenção de pressão de ar do coletor são instaladas ventoinhas com pressão usual, então a velocidade dos jatos provenientes dos canais de fileiras superiores parece insuficiente e não é alimen- tada a quantidade de ar suficiente para a pré-câmara que é requerida para a queima completa do gás. Por isso, esta parte de gás não é queimada completamente e passa a ser arremessada para a atmosfera, o que torna piores as características ecológicas do rege- nerador de ar quente.

Exposição da invenção A presente invenção é baseada na tarefa de di- minuir os custos operacionais e aperfeiçoar a combustão de gás, que pode ser alcançada por meio da redistribui- ção de fluxos de gás e ar na pré-câmara. A decisão da tarefa apresentada é alcançada pelo fato de que, de a- cordo com a invenção proposta, no regenerador de ar quente sem poço apresentado, que contém corpo com revestimento interno de tijolos, chicanas, cúpula, tu- bulação de conexão de jato quente, localizada sobre as chicanas em uma distância de seu eixo não menor do que um diâmetro da sua área de fluxo (DN) , e também uma pré-câmara, localizada na parte superior da cúpula coa- xialmente com ela e tendo corpo com revestimento inter- 2 0 no de tijolos, executado independentemente da cúpula revestimento interno de tijolos com um suporte indepen- dente no corpo de pré-câmara, coletores de gás e de ar com uma parede de separação entre eles, localizados entre o corpo e parede lateral do revestimento inter- no de tijolos de pré-câmara uns sobre os outros e tendo tubos de conexão e os canais de saída executa- dos na parede lateral vertical do revestimento inter- no de tijolos da pré-câmara, os canais de saída do coletor de fundo são localizados na sua parte supe- rior e são dirigidos ascendentemente a partir de um plano horizontal segundo um ângulo de 15-30 graus, e canais de saída do coletor superior são localizados na sua parte de fundo e dirigidos descendentemente a partir de um plano horizontal segundo um ângulo de 15-30 graus, e projeções dos eixos dos canais es- pecificados a uma plano horizontal formam um ângulo de 15-45 graus para as projeções a plano horizontal de raios da pré-câmara, que passam através do centro das seções transversais dos canais de saída.

Devido aos canais de saída na pré-câmara, que partem do coletor de fundo, que ficam locali- zados acima e dirigidos ascendentemente sob o ân- gulo de 15-30 graus, e canais de saída do coletor supe- rior, localizados abaixo e dirigidos descendentemente sob o ângulo de 15-3 0 graus, é possível é possível di- rigir jatos de gás e de ar no sentido uns dos outros de modo que eles podem ainda mover-se na direção do fluxo de vórtice, penetrando-se entre si. Os fluxos de ar não precisam superar o vórtice de jato de gás da grande espessura para atingir o centro da pré-câmara uma vez que eles se reúnem com os jatos de gás. Tam- bém não são necessários jatos de ar de alta velocida- de e ventoinhas de ar com alta pressão. A disposição das projeções dos eixos de todos os canais em um plano horizontal sob o ângulo de 15-45 graus para as projeções em relação a um plano horizontal dos raios da pré-câmara, que passam através dos centros de suas seções transversais de saída, permitem criar o alto grau requerido de vórtice de jato de gás e de ar dos canais de saída que proporciona, por um lado, a ple- na combustão do gás antes de entrar nas chicanas e, por outro lado, uma entrada uniforme do fluxo dentro das chicanas.

Como um resultado de tal solução construtiva nos regeneradores de ar quente dos altos-fornos tanto de pequeno quanto de grande volume, proporciona-se a combustão plena de gás, antes de entrar nas chicanas e da entrada uniforme dos produtos de combustão dentro das chicanas, com uma redução nos gastos de energia e com manutenção de produtos de combustão ecologicamente limpos.

Descrição breve das figuras

A essência da invenção é exposta por meio de ilustrações gráficas onde está ilustrado:

A Figura 1 - uma vista geral de uma das vari- antes de execução possíveis do regenerador de ar quen- te sem poço do projeto concebido, um perfil, onde tu- bulações de suprimento de gás e de ar e tubulação de conexão de jato quente são colocados condicionalmente em um plano:

A Figura é uma seção I - I na Figura 1.

Melhor variante de concretização da invenção

O regenerador de ar quente contém um corpo 1 com revestimento interno de tijolos 2, chicanas 3, tubulação de conexão de jato quente 4, cúpula 5 com pré-câmara 6, localizada no seu topo, coaxial ao mesmo, tendo corpo 7 e revestimento interno de tijolos 8, exe- cutados independentemente da pré-câmara da cúpula com um suporte independente 9 no corpo. A tubulação de co- nexão de jato quente 4 fica localizada acima das chi- canas 3 na distância até ao seu eixo não menor do que 1 diâmetro da sua seção de área de fluxo. Na pa- rede vertical da pré-câmara estão abertos canais para passagem de gás 11 e de ar 12, que se estendem desde os coletores internos 14 e 15, que são divididos por uma parede de separação 13 entre eles. Os coletores 14 e são conectados com tubos de conexão 16 e 17 de suprimento de gás e de ar. Os canais 12 do coletor de fundo 15 sao localizados no topo do coletor e dirigidos ascendentemente a partir do plano horizontal sob o ân- gulo ά = 15-30 graus. Os canais 11 do coletor de topo 14 estão localizados no fundo de um coletor e dirigidos descendentemente a partir de um plano horizontal sob o ângulo β = 15-3 0 graus. Projeções de todos os canais para o plano horizontal formam o ângulo φ = 15-45 graus para as projeções em relação ao plano horizon- tal de raios da pré-câmara, passando através do centro das seções de saída dos canais. É preferível que os fu- ros de saída dos canais sejam localizados em ordem es- calonada. Então, os jatos de gás de fundo são circunda- dos em toda a volta pelos jatos de ar, e os jatos de ar superiores são circundados por todos os lados pelos ja- tos de gás. Isto aperfeiçoa a penetração mútua dos ja- tos de gás e de ar e assegura a sua mistura combustão intensa. É igualmente preferível que gás seja alimen- tado para o coletor de topo, e ar - dentro do coletor de fundo, tal como se encontra ilustrado na Figura 1. Entretanto a alimentação também pode ser inversa.

0 regenerador de ar quente descrito contém diferenças essenciais em relação aos conhecidos e opera da forma exposta em seguida: Durante o aquecimento das chicanas ar para com-

bustão através de uma ramificação 17 é fornecido ao co- letor de ar 15 localizado dentro do regenerador de ar quente entre o corpo e o revestimento interno de tijo- los da pré-câmara sob o coletor de gás 14, e através de canais de saída 12 na parede vertical do revesti- mento interno de tijolos 10 é fornecido para dentro da pré-câmara. Fluxos de ar provenientes dos canais 12 são dirigidos ascendentemente. Gás através do tubo de ra- mificação 16 é fornecido ao coletor de gás 14, Ioca- lizado dentro do regenerador de ar quente entre o corpo e o revestimento interno de tijolos da pré- câmara acima do coletor de ar 17, e através dos ca- nais de saída 11 localizados na parede vertical 10 do revestimento interno de tijolos, são alimentados pa- ra dentro da pré-câmara. Jatos de gás provenien- tes dos canais 11 são dirigidos descendentemente, no sentido dos fluxos de ar. Como um resultado do movi- mento oposto existe uma introdução mútua de jatos de gás dentro do fluxo de ar e movimento conjunto de gás e ar em um fluxo unidirecional proveniente da periferia da pré-câmara para o centro. O ar não precisa passar uma vez mais através do vórtice de gás do jato de es- pessura significativa e para o centro da pré-câmara ele movimenta-se em conjunto com um fluxo de gás. A saída dos dois fluxos provenientes dos canais de saída localizados sob o ângulo φ = 15-45 graus aos raios da pré-câmara, cria vórtice de jato em uma dire- ção, que adicionalmente aperfeiçoa a mistura de gás e de ar.

Na fusão dos fluxos de gás e de ar ocorre igni- ção da mistura ar-gás a partir das chicanas preaqueci- das da pré-câmara. A mistura intensa de gás e ar em um vórtice de jato conduz à combustão rápida de gás, que começa na pré-câmara e termina na parte cônica da cú- pula. 0 vórtice de jato de gás e ar proporciona também di stribuiçao mais uniforme dos produtos de combustão na entrada para as chicanas. 2 0 Durante o período de vento o vento frio é for-

necido para dentro das chicanas 3 vindo de baixo e, passando no sentido ascendente, é aquecido. 0 vento a- quecido é fornecido para a área sob a cúpula 5 e é ra- mificado por meio da tubulação de conexão de jato quente 4 para o consumidor, por exemplo, para o al- to-forno. Durante o período de vento, devido à alta temperatura do jato de vento, a temperatura de revesti- mento interno de tijolos na pré-câmara é mantida, que é suficiente para combustão segura da mistura de gás e ar no início do período de gás.

Desta forma, uma vez que durante o período de gás organiza-se uma mistura intensa e combustão de gás e ar na pré-câmara, jatos movimentam-se no fluxo de vórtice unidirecional, e é alcançada combustão plena de gás antes de ele entrar nas chicanas alcançando-se diminuição no consumo de energia com manutenção de pro- dutos de combustão ecologicamente limpos no regenera- dor de ar quente de altos-fornos, tanto de pequenos quanto de grandes volumes.

Aplicabilidade industrial

A invenção pode ser usada não somente em meta- lurgia do ferro para aquecimento de ar de injeção de altos-fornos, mas também em engenharia de energia para aquecimento de carreadores de calor (ar, gás) até altas temperaturas.

Claims

1.

- Regenerador de ar quente, caracterizado por conter um corpo (1) com revestimento interno de tijolos (2), chicanas (3), cúpula (5), tubulação de conexão de

jato de ar quente (4) localizada acima das chicanas (3) a uma distância até ao seu eixo não menor do que um di- âmetro da sua seção de área de fluxo, pré-câmara (6) , localizada na parte de topo da cúpula (5) coaxialmente com a mesma e tendo corpo (7) com revestimento interno

de tijolos (8) , executado independentemente do revesti- mento interno de tijolos de cúpula com um suporte inde- pendente (9) no corpo de pré-câmara, coletores de gás (14) e ar (15) com uma parede de separação (13) entre eles, localizada entre o corpo (7) e a parede lateral

do revestimento interno de tijolos de pré-câmara (10) um acima do outro e tendo tubulações de conexão de en- trada (16, 17) e canais de saída (11,12) executados na parede lateral vertical do revestimento interno de ti- jolos de pré-câmara (10) , em que canais de saída (12) dos coletores de fundo (15) ficam localizados na sua parte de topo e dirigidos para cima a partir do plano horizontal segundo um ângulo de 15-3 0 graus, e canais de saída (11) ficam localizados na sua parte de fundo e dirigidos para baixo a partir do plano horizontal se- gundo um ângulo de 15-3 0 graus, projeções dos eixos dos canais especificados em relação ao plano horizontal formam um angulo de 15-45 graus às projeções do plano horizontal dos raios de pré-câmara, passando através do centro das seções de saída dos canais (11, 12).