EA045173B1

EA045173B1 - LIGHT-FREE AIR HEATER

Info

Publication number: EA045173B1
Application number: EA202200152
Authority: EA
Inventors: Антон Анатольевич Субботин; Борис Николаевич Прокофьев; Юрий Александрович Мурзин
Original assignee: Акционерное общество "КАЛУГИН"
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2023-10-31

Description

Изобретение относится к оборудованию для нагрева дутья доменных печей. Для нагрева дутья применяют воздухонагреватели различных конструкций: с внутренней камерой горения, с наружной камерой горения, без традиционной камеры горения (бесшахтные).The invention relates to equipment for heating blast furnaces. To heat the blast, air heaters of various designs are used: with an internal combustion chamber, with an external combustion chamber, without a traditional combustion chamber (shaftless).

Известны воздухонагреватели без камеры горения (бесшахтные) с установкой горелочных устройств на куполе воздухонагревателя (патент России № 2145637, а.с. № 602555, патент Японии № 484284, патент США № 3473794), которые являются более перспективными аппаратами.There are known air heaters without a combustion chamber (shaftless) with the installation of burner devices on the dome of the air heater (Russian patent No. 2145637, AS No. 602555, Japanese patent No. 484284, US patent No. 3473794), which are more promising devices.

В частности, бесшахтный воздухонагреватель (патент RU №2145637, 2000) имеет кожух с футеровкой, насадку, купол, штуцер горячего дутья, расположенный над насадкой на расстоянии до его оси не менее одного диаметра его проходного сечения, а также горелочное устройство, включающее форкамеру, расположенную в верхней части купола соосно с ним и имеющую кожух с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола с самостоятельной опорой на кожух купола. В форкамере имеются кольцевые коллекторы газа и воздуха, которые расположены между кожухом и боковой стенкой футеровки форкамеры один над другим и разделены перегородкой. Коллекторы имеют подводящие штуцеры и выходные каналы, причем последние выполнены в вертикальной боковой стенке футеровки форкамеры и выход газа и воздуха происходит непосредственно в форкамеру. За счет того, что оси каналов верхнего ряда из нижнего коллектора направлены к оси форкамеры и смещены вверх от горизонтальной плоскости на угол до 30°, а оси всех остальных каналов расположены в горизонтальной плоскости и направлены под углом 15-30° к радиусам форкамеры, проходящим через центры их выходных сечений, в форкамере образуются закрученные потоки газа и воздуха. Закрутка потоков обеспечивает полное выгорание газа до входа в насадку и равномерное распределение потока по насадке.In particular, a shaftless air heater (patent RU No. 2145637, 2000) has a casing with lining, a nozzle, a dome, a hot blast fitting located above the nozzle at a distance to its axis of at least one diameter of its flow section, as well as a burner device including a prechamber, located in the upper part of the dome coaxially with it and having a casing with a lining made independently of the dome lining with independent support on the dome casing. The prechamber has ring gas and air collectors, which are located between the casing and the side wall of the prechamber lining, one above the other and separated by a partition. The collectors have inlet fittings and outlet channels, the latter being made in the vertical side wall of the prechamber lining, and gas and air exit directly into the prechamber. Due to the fact that the axes of the channels of the upper row from the lower manifold are directed to the axis of the prechamber and are shifted upward from the horizontal plane by an angle of up to 30°, and the axes of all other channels are located in the horizontal plane and are directed at an angle of 15-30° to the radii of the prechamber passing through the centers of their outlet sections, swirling flows of gas and air are formed in the prechamber. The swirling of the flows ensures complete combustion of the gas before entering the nozzle and uniform distribution of the flow throughout the nozzle.

Доменные воздухонагреватели являются крупногабаритными высокотемпературными аппаратами и требуют для своего сооружения и эксплуатации больших затрат. Поэтому одним из основных требований к ним является снижение энергетических затрат. Кроме того, воздухонагреватели сжигают большое количество доменного газа, в состав которого входит отравляющий газ оксид углерода CO. Поэтому важным требованием при эксплуатации доменных воздухонагревателей является полное сжигание газа, что обеспечит их экологическую безопасность.Blast-furnace heaters are large-sized high-temperature devices and require high costs for their construction and operation. Therefore, one of the main requirements for them is to reduce energy costs. In addition, air heaters burn large amounts of blast furnace gas, which includes the poisonous gas carbon monoxide CO. Therefore, an important requirement when operating blast furnace heaters is complete combustion of gas, which will ensure their environmental safety.

Для обеспечения хорошего перемешивания и сгорания газа и воздуха в форкамере создаются их закрученные потоки. В верхнюю часть форкамеры поступает газ и здесь образуется закрученный поток газа. Для возможности хорошего смешения газа и воздуха в известном воздухонагревателе предусмотрено оси воздушных каналов верхнего ряда из нижнего коллектора направить к оси форкамеры и сместить их вверх от горизонтальной плоскости на угол до 30°. Предполагается, что направленные по радиусу и смещенные вверх воздушные струи должны пройти сквозь поток газа к центральной части форкамеры и обеспечить хорошее перемешивание и сгорание газа в центре форкамеры. Струи воздуха из каналов остальных рядов направлены под углом к радиусам форкамеры и должны обеспечить хорошее перемешивание и сгорание периферийных потоков газа. Однако у воздухонагревателей крупных доменных печей форкамеры имеют большие поперечные размеры и для прохода к оси форкамеры воздушные струи должны преодолеть закрученный сносящий поток газа значительной толщины. Для этого надо значительно увеличить их скорости и установить более мощные нагнетатели воздуха, что увеличит энергетические затраты. Кроме того, может произойти неполное сгорание газа в центральной части форкамеры, что приведет к ухудшению экологических показателей воздухонагревателей. При этом возникает противоречие. С одной стороны, для увеличения проникающей способности воздушных струй верхнего ряда необходимо значительно увеличить их скорость, а, следовательно, и давление в коллекторе, что потребует применения значительно более мощных нагнетателей воздуха. С другой стороны, для воздушных струй из каналов остальных рядов не требуется увеличения скоростей, так как в периферийных участках форкамеры и при обычных скоростях и закрутке потоков обеспечивается хорошее смешение и полное сгорание газа до входа в насадку.To ensure good mixing and combustion of gas and air, swirling flows are created in the prechamber. Gas enters the upper part of the prechamber and a swirling gas flow is formed here. To allow good mixing of gas and air in the known air heater, the axes of the air channels of the upper row from the lower manifold are directed to the axis of the prechamber and shifted upward from the horizontal plane by an angle of up to 30°. It is assumed that radially directed and upwardly displaced air jets should pass through the gas flow to the central part of the prechamber and ensure good mixing and combustion of gas in the center of the prechamber. Air jets from the channels of the remaining rows are directed at an angle to the prechamber radii and should ensure good mixing and combustion of peripheral gas flows. However, in air heaters of large blast furnaces, the prechambers have large transverse dimensions, and in order to pass to the axis of the prechamber, air jets must overcome a swirling, drifting gas flow of considerable thickness. To do this, it is necessary to significantly increase their speeds and install more powerful air blowers, which will increase energy costs. In addition, incomplete combustion of gas in the central part of the prechamber may occur, which will lead to a deterioration in the environmental performance of air heaters. This creates a contradiction. On the one hand, to increase the penetrating ability of the air jets of the upper row, it is necessary to significantly increase their speed, and, consequently, the pressure in the manifold, which will require the use of much more powerful air blowers. On the other hand, for air jets from the channels of the remaining rows, no increase in speed is required, since in the peripheral sections of the prechamber and at normal speeds and swirling of the flows, good mixing and complete combustion of the gas is ensured before entering the nozzle.

Таким образом, для каналов разных рядов, выходящих из одного коллектора, требуются разные давления в этом коллекторе, что обеспечить невозможно. Поскольку для обеспечения давления воздуха в коллекторе устанавливаются нагнетатели с обычными напорами, то скорость струй из каналов верхнего ряда оказывается недостаточной и в центр форкамеры не поступает того количества воздуха, которое требуется для полного сжигания газа. Вследствие этого часть газа не сгорает и выбрасывается в атмосферу, что ухудшает экологические и экономические характеристики воздухонагревателя.Thus, channels of different rows leaving the same manifold require different pressures in this manifold, which is impossible to provide. Since blowers with normal pressures are installed to ensure air pressure in the manifold, the speed of the jets from the channels of the upper row is insufficient and the center of the prechamber does not receive the amount of air required for complete combustion of the gas. As a result, part of the gas does not burn and is released into the atmosphere, which worsens the environmental and economic characteristics of the air heater.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и совокупности признаков является бесшахтный воздухонагреватель Калугина по патенту RU№ 2316600, 2008) - прототип. Известный воздухонагреватель содержит кожух с футеровкой, насадку, купол, штуцер горячего дутья, расположенный над насадкой на расстоянии до его оси не менее одного диаметра его проходного сечения, форкамеру, расположенную в верхней части купола соосно с ним и имеющую кожух с футеровкой, выполненной независимо от футеровки купола с самостоятельной опорой на кожух форкамеры, газовый и воздушный коллекторы с перегородкой между ними, расположенные между кожухом и боковой стенкой футеровки форкамеры один над другим и имеющие подводящие штуцеры и выходные каналы, выполненные в вертикальной боковой стенке футеровки форкамеры. При этом выходные каналы нижнего коллектора расположены в верхней его части и направлены вверх от горизонтальной плоскости на уголThe closest to the proposed invention in terms of technical essence and set of features is the Kalugin shaftless air heater according to patent RU No. 2316600, 2008) - prototype. The known air heater contains a casing with lining, a nozzle, a dome, a hot blast fitting located above the nozzle at a distance to its axis of at least one diameter of its flow area, a pre-chamber located in the upper part of the dome coaxially with it and having a casing with a lining made independently of dome lining with independent support on the prechamber casing, gas and air manifolds with a partition between them, located between the casing and the side wall of the prechamber lining one above the other and having inlet fittings and outlet channels made in the vertical side wall of the prechamber lining. In this case, the output channels of the lower collector are located in its upper part and are directed upward from the horizontal plane at an angle

- 1 045173- 1 045173

15-30°, а выходные каналы верхнего коллектора расположены в нижней его части и направлены вниз от горизонтальной плоскости на угол 15-30°, причем проекции осей указанных каналов на горизонтальную плоскость образуют угол 15-45° к проекциям на горизонтальную плоскость радиусов форкамеры, проходящих через центры выходных сечений каналов.15-30°, and the output channels of the upper collector are located in its lower part and are directed downward from the horizontal plane at an angle of 15-30°, and the projections of the axes of these channels on the horizontal plane form an angle of 15-45° to the projections on the horizontal plane of the radii of the prechamber, passing through the centers of the outlet sections of the channels.

Доменные воздухонагреватели относятся к аппаратам с большим межремонтным сроком службы (15-20 лет) и поэтому одним из основных требований к ним является надежность работы и долгий срок службы. В известном воздухонагревателе газовый и воздушный коллектора, размещенные один над другим, разделены тонкой перегородкой. Газ и воздух в коллекторах могут иметь различные температуры в зависимости технологических режимах (подогрев газа или воздуха). Часто это отличие весьма значительно и вследствие этого возможна температурная деформация элементов коллекторов, и, как следствие, повреждение перегородки между ними. При этом происходит перемешивание газа с воздухом, образуется горючая смесь, которая может воспламеняться либо взрываться.Blast-furnace air heaters are devices with a long service life between repairs (15-20 years) and therefore one of the main requirements for them is operational reliability and long service life. In a known air heater, gas and air collectors, placed one above the other, are separated by a thin partition. Gas and air in the collectors can have different temperatures depending on the technological modes (heating of gas or air). Often this difference is quite significant and, as a result, thermal deformation of the collector elements is possible, and, as a result, damage to the partition between them. In this case, gas is mixed with air, a flammable mixture is formed, which can ignite or explode.

Задача изобретения - повышение безопасности и эксплуатационной надежности бесшахтного воздухонагревателя.The objective of the invention is to improve the safety and operational reliability of a shaftless air heater.

Технический результат - повышение эксплуатационной безопасности и надежности за счет повышения стойкости и долговечности бесшахтного воздухонагревателя.The technical result is increased operational safety and reliability by increasing the resistance and durability of the shaftless air heater.

Дополнительный технический результат-обеспечение высокой эффективности воздухонагревателя при одновременном уменьшении его габаритных размеров.An additional technical result is ensuring high efficiency of the air heater while simultaneously reducing its overall dimensions.

Поставленная задача решается тем, что заявляется бесшахтный воздухонагреватель, который содержит горелочное устройство с газовым коллектором, выполненным кольцевым, и с форкамерой, полость которой представляет собой камеру смешения потоков газа и воздуха их воспламенение и начальное горение; камеру сжигания газовоздушной смеси, поступающей из форкамеры, имеющей куполообразную форму в верхней ее части, и, размещенную ниже форкамеры; насадочную камеру для прохождения образовавшихся продуктов горения; форкамера, камера сжигания и насадочная камера сообщены друг с другом и размещены соосно, а форкамера и камера сжигания снабжены собственными кожухами с футеровкой, причем диаметр основания кожуха форкамеры превышает диаметр горловины кожуха куполообразной части камеры сжигания, газовый коллектор представлен кольцевым каналом, выполненным в футеровке форкамеры с образованием внутренней и наружной кольцевых стенок; камера смешения сообщена с воздушным коллектором, выполненным кольцевым, выходные отверстия газа и воздуха в камеру смешения выполнены на внутренней кольцевой стенке, указанные выходные отверстия посредством газового и воздушного коллекторов сообщены с соответствующими патрубками подвода газа и воздуха извне, отличается тем, что воздушный коллектор размещен в нижней части форкамеры под газовым коллектором и представляет собой кольцевую камеру, образованную полостью между установленными в основании форкамеры металлической кольцевой балки и опорной плиты, которые соединены друг с другом и с кожухами форкамеры и камеры сжигания, причем металлическая кольцевая балка образует опору форкамеры, а опорная плита снабжена отверстиями для выхода воздуха из воздушного коллектора, которые через каналы подвода воздуха сообщены с выходными отверстиями воздуха в камеру смешения, последние размещены на внутренней кольцевой стенке ниже выходных отверстий газа в камеру смешения, а каналы подвода воздуха размещены в нижней части футеровки форкамеры.The problem is solved by the fact that a shaftless air heater is claimed, which contains a burner device with a gas manifold made annular, and with a pre-chamber, the cavity of which is a chamber for mixing gas and air flows for their ignition and initial combustion; a combustion chamber for the gas-air mixture coming from the pre-chamber, which has a dome-shaped shape in its upper part, and is located below the pre-chamber; a packed chamber for the passage of the resulting combustion products; the prechamber, combustion chamber and packed chamber are communicated with each other and placed coaxially, and the prechamber and combustion chamber are equipped with their own casings with lining, and the diameter of the base of the prechamber casing exceeds the diameter of the casing neck of the dome-shaped part of the combustion chamber, the gas manifold is represented by an annular channel made in the lining of the prechamber with the formation of inner and outer annular walls; the mixing chamber is connected to an annular air manifold, the gas and air outlets into the mixing chamber are made on the inner annular wall, these outlets are connected through gas and air manifolds to the corresponding gas and air supply pipes from the outside, characterized in that the air manifold is located in the lower part of the prechamber under the gas manifold and is an annular chamber formed by a cavity between a metal annular beam and a support plate installed at the base of the prechamber, which are connected to each other and to the casings of the prechamber and combustion chamber, wherein the metal annular beam forms the support of the prechamber, and the base plate equipped with holes for air outlet from the air manifold, which are connected through air supply channels with air outlets into the mixing chamber, the latter are located on the inner annular wall below the gas outlets into the mixing chamber, and the air supply channels are located in the lower part of the prechamber lining.

Металлическая кольцевая балка предпочтительно выполнена из низколегированной стали и может иметь в сечении форму прямоугольного треугольника, одна стенка которого является продолжением кожуха форкамеры, другая стенка образована кожухом куполообразной части камеры сжигания, а основание является опорой форкамеры.The metal ring beam is preferably made of low-alloy steel and may have a cross-sectional shape of a right triangle, one wall of which is a continuation of the prechamber casing, the other wall is formed by the casing of the dome-shaped part of the combustion chamber, and the base is the support of the prechamber.

В горелочном устройстве выходные отверстия газа для их подачи в камеру смешения размещены в несколько уровней на внутренней кольцевой стенке, которая обращена в направлении камеры смешения форкамеры, причем оси указанных отверстий имеют угол наклона вниз к горизонтальной плоскости от 15 до 45°.In the burner device, the gas outlet holes for supplying them to the mixing chamber are placed in several levels on the inner annular wall, which faces the direction of the prechamber mixing chamber, and the axes of these holes have an angle of inclination downward to the horizontal plane from 15 to 45°.

Выходные отверстия воздуха для их подачи в камеру смешения также размещены на внутренней кольцевой стенки форкамеры, но в нижней ее части, причем оси указанных отверстий имеют угол наклона к вертикальной плоскости от 0 до 45°.The air outlets for supplying them to the mixing chamber are also located on the inner annular wall of the prechamber, but in its lower part, and the axes of these holes have an angle of inclination to the vertical plane from 0 to 45°.

Указанная форма выполнения отверстий газа и воздуха на внутренней кольцевой стенки футеровки форкамеры обеспечивает высокую эффективность воздухонагревателя за счет создания вихревого потока, обеспечивающего полное сгорание газовоздушной смеси.The specified form of gas and air holes on the inner annular wall of the prechamber lining ensures high efficiency of the air heater by creating a vortex flow that ensures complete combustion of the gas-air mixture.

Воздушный коллектор сообщен с выходными отверстиями воздуха для подачи в камеру смешения через отверстия воздуха, которые выполнены в опорной плите и сообщены с каналами для подвода воздуха, выполненными в нижней части футеровки форкамеры.The air collector is connected to the air outlets for supply to the mixing chamber through the air holes, which are made in the base plate and communicate with the air supply channels made in the lower part of the prechamber lining.

Заявляемое устройство характеризуется тем, что воздушный коллектор является основанием форкамеры, находясь за границами горелочного устройства. При этом воздушный коллектор представляет собой кольцевую камеру, образованную полостью между металлической кольцевой балкой, опорной плитой, которые соединены друг с другом и с кожухами форкамеры и камеры сжигания. Работа воздушного коллектора воздухонагревателя обеспечивает направленное движение потока воздуха вверх для взаимодействия с потоками газа, поступающими в камеру смешения газа и воздуха. КонструктивныеThe inventive device is characterized by the fact that the air collector is the base of the prechamber, located outside the boundaries of the burner device. In this case, the air collector is an annular chamber formed by a cavity between a metal annular beam and a support plate, which are connected to each other and to the casings of the pre-chamber and combustion chamber. The operation of the air heater air manifold ensures the directional movement of the air flow upward to interact with the gas flows entering the gas and air mixing chamber. Constructive

- 2 045173 особенности выполнения воздушного коллектора в виде кольцевой камеры, размещенной в опоре форкамеры, и взаимное расположение его относительно горелочного устройства и камеры сжигания газовоздушной смеси, позволяют в совокупности с остальными признаками обеспечить возможность смешения газа с воздухом в центральной части камеры смешения, исключает негативные последствия, связанные с прогоранием перегородки между газовым и воздушным коллекторами, т.к. в заявляемой конструкции газовый и воздушный коллектора отделены друг относительно друга массивными слоями футеровки, что устраняет опасность возгорания и/или взрыва газовоздушной смеси, повышает тем самым эксплуатационную надежность и обеспечивает высокую эффективность бесшахтного воздухонагревателя.- 2 045173 features of the air manifold in the form of an annular chamber located in the support of the pre-chamber, and its relative position relative to the burner device and the combustion chamber of the gas-air mixture, allow, together with other features, to ensure the possibility of mixing gas with air in the central part of the mixing chamber, eliminating negative consequences associated with the burnout of the partition between the gas and air collectors, because In the claimed design, the gas and air collectors are separated from each other by massive layers of lining, which eliminates the risk of fire and/or explosion of the gas-air mixture, thereby increasing operational reliability and ensuring high efficiency of the shaftless air heater.

Сравнение заявляемого устройства позволяет сделать вывод о том, что оно характеризуется новыми отличительными признаки, не известными из прототипа, а также из известного уровня техники, обеспечивает получение нового технического результата - повышение эксплуатационной надежности за счет повышения стойкости воздушного коллектора в процессе эксплуатации к температурным воздействиям, а, следовательно, долговечности бесшахтного воздухонагревателя.A comparison of the claimed device allows us to conclude that it is characterized by new distinctive features that are not known from the prototype, as well as from the known level of technology, provides a new technical result - increased operational reliability by increasing the resistance of the air collector to temperature influences during operation, and, consequently, the durability of the shaftless air heater.

Заявляемое устройство в одном из возможных вариантов его выполнения показано на следующих рисунках.The claimed device in one of its possible embodiments is shown in the following figures.

На фиг. 1 схематично показан один из примеров выполнения бесшахтного воздухонагревателя, продольный разрез.In fig. Figure 1 schematically shows one example of a shaftless air heater, a longitudinal section.

На фиг. 2 и фиг. 3 тоже - поперечные разрезы.In fig. 2 and fig. 3 also - transverse sections.

Заявляемый бесшахтный воздухонагреватель с горелочной системой, расположенной вверху в форкамере 1, имеющей грибовидную форму, полость которой представляет собой камеру смешения газа и воздуха. Форкамера 1 имеет кожух 2, предпочтительно выполненный из низколегированной стали. Кожух 2 форкамеры 1 выполнен с футеровкой, которая с внутренней стороны кожуха 2 выполнена из легковесного огнеупора. Со стороны камеры смешения газа и воздуха футеровка форкамеры выполнена кладкой из термостойкого огнеупора с образованием кольцевого канала, который ограничен внутренней кольцевой стенкой 3 и наружной кольцевой стенкой 4. Футеровка форкамеры 1 опирается на металлическую кольцевую балку 5, выполненную из низколегированной стали и имеющую в сечении форму прямоугольного треугольника, одна стенка которого является продолжением кожуха 2 форкамеры 1, другая стенка представляет собой кожух 7 куполообразной части камеры сжигания 6, а основание является опорой форкамеры. Под форкамерой 1 размещена камера сжигания 6, которая имеет куполообразную верхнюю часть, размещена соосно с форкамерой 1, сообщена с ней и снабжена кожухом 7, выполненным предпочтительно из низколегированной стали, с футеровкой 8, выполненной из огнеупорного материала. В зоне сопряжения форкамеры 1 и камеры сжигания 6, кожух 2 основания форкамеры 1 имеет диаметр, превышающий диаметр кожуха 7 куполообразной части камеры сжигания 6. Металлическая кольцевая балка 5 неразъёмно соединена с кожухами 2 и 7, например, сваркой, и сверху снабжена опорной плитой 9, образуя внутреннюю камеру, полость которой выполняет функцию воздушного коллектора 10. Под камерой сжигания 6 расположена насадочная камера 11 с огнеупорной насадкой (не показана), выполненной из насадочного предпочтительно шестигранного кирпича с отверстиями, уложенной слоями таким образом, чтобы отверстия слоев из огнеупорной насадки обеспечивали прохождение продуктов горения и передачу тепла. В наружной кольцевой стенке 4 форкамеры 1 выполнено отверстие с патрубком подвода газа 18, а между внутренней кольцевой стенкой 3 и наружной кольцевой стенкой 4 сформирован кольцевой канал подачи газа, который выполняет функцию газового коллектора 12. В верхней части внутренней кольцевой стенки 3 в несколько рядов расположены выходные отверстия газа 13, которые обеспечивают движение газа в виде вихревых потоков в камере смешения, для чего оси указанных отверстий имеют угол наклона вниз к горизонтальной плоскости от 15 до 45°, создавая тем самым эффективный вихревой поток газа в центральной части камеры смешения. В нижней части внутренней кольцевой стенки 3 размещены отверстия воздуха 14 для его подачи в камеру смешения форкамеры 1, а оси указанных отверстий имеют угол наклона вверх к вертикальной плоскости от 0 до 45°. Вихревые потоки воздуха, вытекающие из отверстий 14 вверх под углом, встречаясь в камере смешения форкамеры 1 с вихревым потоком газа, истекающим через выходные отверстия газа 13 вниз под углом, перемешиваются с ним в камере смешения форкамеры 1, образуя однородную топливную смесь, обеспечивая тем самым полное сгорание указанной смеси. В боковой стенке воздушного коллектора 10 выполнено отверстие с патрубком подвода воздуха 15 внутрь воздушного коллектора 10. Выходные отверстия воздуха 14 в камеру смешения, размещенные в нижней части внутренней кольцевой стенки 3, сообщены с воздушным коллектором 10 через каналы воздуха 16, сообщенные с отверстиями для воздуха 17 в опорной плите 9. Сообщающиеся друг с другом форкамера 1, камера сжигания 6 газовоздушной смеси размещены соосно, которые совместно и газовым коллектором 12 и воздушным коллектором 10 образуют горелочную систему заявляемого воздухонагревателя в верхней части которой размещено горелочное устройство, представленное форкамерой 2, полость которой является камерой смешения газовоздушной смеси.The inventive shaftless air heater with a burner system located at the top in a pre-chamber 1, which has a mushroom shape, the cavity of which is a mixing chamber of gas and air. Prechamber 1 has a casing 2, preferably made of low-alloy steel. The casing 2 of the prechamber 1 is made with a lining, which on the inside of the casing 2 is made of lightweight refractory. On the side of the gas and air mixing chamber, the lining of the prechamber is made of heat-resistant refractory masonry to form an annular channel, which is limited by the inner annular wall 3 and the outer annular wall 4. The lining of the prechamber 1 rests on a metal annular beam 5, made of low-alloy steel and having the shape of a right triangle, one wall of which is a continuation of the casing 2 of the prechamber 1, the other wall is the casing 7 of the dome-shaped part of the combustion chamber 6, and the base is the support of the prechamber. Under the prechamber 1 there is a combustion chamber 6, which has a dome-shaped upper part, is placed coaxially with the prechamber 1, communicates with it and is equipped with a casing 7, preferably made of low-alloy steel, with a lining 8 made of refractory material. In the interface zone of the prechamber 1 and the combustion chamber 6, the casing 2 of the base of the prechamber 1 has a diameter greater than the diameter of the casing 7 of the dome-shaped part of the combustion chamber 6. The metal ring beam 5 is permanently connected to the casings 2 and 7, for example, by welding, and is equipped with a support plate 9 on top , forming an internal chamber, the cavity of which acts as an air collector 10. Under the combustion chamber 6 there is a packed chamber 11 with a refractory nozzle (not shown), made of a packed preferably hexagonal brick with holes, laid in layers so that the holes of the layers of the refractory nozzle are provided passage of combustion products and heat transfer. In the outer annular wall 4 of the prechamber 1 there is a hole with a gas supply pipe 18, and between the inner annular wall 3 and the outer annular wall 4 an annular gas supply channel is formed, which serves as a gas manifold 12. In the upper part of the inner annular wall 3 there are several rows of gas outlets 13, which provide gas movement in the form of vortex flows in the mixing chamber, for which the axes of these holes have an angle of inclination downward to the horizontal plane from 15 to 45°, thereby creating an effective vortex gas flow in the central part of the mixing chamber. In the lower part of the inner annular wall 3 there are air holes 14 for supplying it to the mixing chamber of the prechamber 1, and the axes of these holes have an angle of inclination upward to the vertical plane from 0 to 45°. Vortex air flows flowing from the holes 14 upward at an angle, meeting in the mixing chamber of the prechamber 1 with a vortex gas flow flowing through the gas outlet holes 13 downward at an angle, mix with it in the mixing chamber of the prechamber 1, forming a homogeneous fuel mixture, thereby ensuring complete combustion of the specified mixture. In the side wall of the air manifold 10 there is a hole with an air supply pipe 15 inside the air manifold 10. The air outlets 14 into the mixing chamber, located in the lower part of the inner annular wall 3, communicate with the air manifold 10 through air channels 16, connected with the air holes 17 in the base plate 9. The prechamber 1, the combustion chamber 6 of the gas-air mixture, communicating with each other, are placed coaxially, which together with the gas manifold 12 and the air manifold 10 form the burner system of the inventive air heater in the upper part of which there is a burner device, represented by the prechamber 2, the cavity of which is a mixing chamber for the gas-air mixture.

Работа заявляемого бесшахтного воздухонагревателя осуществляется следующим образом. В полости форкамеры 1, представляющей собой камеру смешения газовоздушной смеси, происходит перемешивание потоков газа и воздуха, поступающих соответственно из газового коллектора 12 и из каналов подвода воздуха 16, сообщенных с воздушным коллектором 10 через патрубок подвода газа 18 и патру-The operation of the proposed shaftless air heater is carried out as follows. In the cavity of the pre-chamber 1, which is a mixing chamber of the gas-air mixture, the gas and air flows are mixed, coming respectively from the gas manifold 12 and from the air supply channels 16, connected to the air manifold 10 through the gas supply pipe 18 and the pipe

Claims

air supply side 15, into which gas and air are supplied forcibly from the outside. The formation of a combustible mixture is carried out by mixing vortex flows flowing through the gas outlets 13 and the air outlets 14 into the mixing chamber, followed by ignition of the resulting gas-air mixture and its combustion in the dome-shaped part of the combustion chamber 6. The resulting combustion products from the combustion chamber 6 enter the packed chamber camera 11.

The burner system of the inventive air heater, formed by the pre-chamber 1 and the combustion chamber 6 communicating with each other, is characterized by the spatial separation of the gas 12 and air 10 collectors relative to each other. With such a separation of gas and air flows in the burner system, as well as the location of the air collector in the cavity formed by the pre-chamber support, which is the most stressed section of the air heater, high efficiency of mixing the gas-air mixture and the completeness of its combustion, safe controlled operation of the gas and air supply sections is ensured. This makes it possible to reliably eliminate uncontrolled mixing of gas with air in the pre-chamber of the burner device, eliminate the danger of combustion or explosion of the mixture and ensure complete combustion of the gas with complete safety of the air heater. In addition, the use of a metal ring beam to create a support for the pre-chamber and the placement of an air collector in it allows one to reduce overall dimensions by reducing the height of the air heater, reduce capital costs, thereby reducing its cost both when installing a new air heater and during reconstruction.

CLAIM

1. A shaftless air heater containing a burner device with a ring-shaped gas manifold and a pre-chamber, the cavity of which is a chamber for mixing gas and air flows, their ignition and initial combustion; a combustion chamber for the gas-air mixture coming from the pre-chamber, having a dome-shaped shape in its upper part and located below the pre-chamber; a packed chamber for the passage of the resulting combustion products; the prechamber, combustion chamber and packed chamber are communicated with each other and placed coaxially, the prechamber and combustion chamber are equipped with their own casings with lining, and the diameter of the base of the prechamber casing exceeds the diameter of the casing neck of the dome-shaped part of the combustion chamber, the gas collector is represented by an annular channel made in the lining of the prechamber with the formation of inner and outer annular walls; the mixing chamber is connected to an annular air manifold, the gas and air outlets into the mixing chamber are made on the inner annular wall, these outlets are connected through gas and air manifolds to the corresponding gas and air supply pipes from the outside, characterized in that the air manifold is located in the lower part of the prechamber under the gas manifold and is an annular chamber formed by a cavity between a metal ring beam and a support plate installed at the base of the prechamber, which are connected to each other and to the casings of the prechamber and combustion chamber, wherein the metal annular beam forms the support of the prechamber, and the base plate equipped with holes for air outlet from the air manifold, which are connected through air supply channels with air outlets into the mixing chamber, the latter are located on the inner annular wall below the gas outlets into the mixing chamber, and the air supply channels are located in the lower part of the prechamber lining.

2. A shaftless air heater according to claim 1, characterized in that in the burner device the gas outlets from the gas manifold to the mixing chamber are located on the inner annular wall in several levels.

3. Shaftless air heater according to claim 1, characterized in that the axes of the gas outlets from the gas manifold to the mixing chamber are made with an angle of inclination downward to the horizontal plane from 15 to 45°.

4. Shaftless air heater according to claim 1, characterized in that the axes of the air outlets from the air collector to the mixing chamber have an angle of inclination to the vertical plane from 0 to 45°.

5. Shaftless air heater according to claim 1, characterized in that the metal ring beam is made of low-alloy steel.

6. A shaftless air heater according to claim 1, characterized in that the metal ring beam has a cross-sectional shape of a right triangle, one wall of which is a continuation of the prechamber casing, the other wall is formed by the casing of the dome-shaped part of the combustion chamber, and the base is the support of the prechamber.

-