RU193758U1 - Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения новой модели - Google Patents

Abstract

Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения, содержащий камеру (1) смешивания, камеру (2) горения и камеру (3) насадки; стенка камеры (1) смешивания состоит из конусной верхней стенки в верхней части и цилиндрической стенки в нижней части; снаружи цилиндрической стенки выполнено отверстие (7) для впуска воздуха, а снаружи конусной верхней стенки выполнено отверстие (4) для впуска газа; цилиндрическая стенка расположена вертикально и предназначена для размещения расположенных в несколько уровней каналов для потока воздуха, обеспечивающих движение вверх воздуха в виде вихревого потока; витки вихревого потока, образуемые после выбрасывания потоков воздуха каналами для потока воздуха на всех уровнях, имеют одинаковый диаметр; конусная верхняя стенка выполнена конической и предназначена для размещения расположенных в несколько уровней каналов для потока газа, обеспечивающих движение вниз газа в виде вихревого потока; витки вихревого потока, образуемые после выбрасывания газа каналами для потока газа на всех уровнях, имеют разный диаметр, при этом диаметр витков вихревого потока на нижних уровнях больше диаметра витков вихревого потока на верхних уровнях; скорость газа, выбрасываемого каналами для потока газа, больше скорости потоков воздуха, выбрасываемого каналами для потока воздуха, при этом газ и воздух после образования в камере (1) смешивания однородной смеси из нескольких слоев с общим центром и разным диаметром поступают в камеру (2) горения с последующим сгоранием. Конструкция камеры (1) смешивания и применение способа смешивания газов, согласно полезной модели, позволяют получить полное сгорание газа с обеспечением экономии энергоресурсов и уменьшения выбросов загрязняющих веществ.

Description

Область техники

Настоящая полезная модель относится к области металлургии и теплоэнергетических объектов и, в частности, представляет собой воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения новой модели, осуществляющий нагрев дутья или другой газообразной среды до определенной температуры.

Уровень техники

Воздухонагреватель доменной печи представляет собой сооружение для подачи горячего воздуха в доменную печь для производства чугуна. Принцип его работы основывается на образовании высокотемпературных дымовых газов в результате сжигания газа посредством горелки воздухонагревателя с последующим нагреванием насадки и аккумулированием тепла внутри воздухонагревателя, после этого через нижнюю часть воздухонагревателя в воздухонагреватель нагнетается холодный воздух, который в процессе подъема вверх постепенно нагревается за счет насадки с обеспечением высокотемпературного дутья. Высокотемпературное дутье через выпускной штуцер горячего дутья и патрубок горячего воздуха поступает в трубопровод горячего дутья и подается в доменную печь для осуществления процесса выплавки чугуна. В зависимости от места расположения горелки воздухонагревателя воздухонагреватели можно разделить на воздухонагреватели со встроенной камерой горения, воздухонагреватели с выносной камерой горения, воздухонагреватели с расположенной вверху камерой горения и воздухонагреватели других конструкций. Благодаря своим преимуществам воздухонагреватели с расположенной вверху камерой горения быстро приобрели широкую популярность как в Китае, так и за рубежом. В настоящее время существуют следующие виды воздухонагревателей с расположенной вверху камерой горения: воздухонагреватели с большим куполом и горелкой предварительного смешивания (модель корпорации «Шоуган»), воздухонагреватели с малым куполом, кожухом, несколькими горелками предварительного смешивания (модель компании «Чэнган»); воздухонагреватели с малым куполом, форкамерой и вихревой подачей сжигаемого газа производства АО «Калугин», Россия. Так же имеются производимые на территории Китая воздухонагреватели с расположенной вверху камерой горения, основанные на воздухонагревателях с расположенной вверху камерой горения производства АО «Калугин», а также появившиеся в последние годы воздухонагреватели с расположенной вверху камерой горения и куполом на цепной подвеске, выполненные на основе воздухонагревателей с большим куполом и расположенной вверху полусферической камерой горения производства АО «Калугин», и др.

В настоящее время воздухонагреватели, производимые по состоянию на текущий момент согласно общеизвестным технологиям, имеют следующие дефекты, недостатки и изъяны: 1) конструкция сопловых отверстий для воздуха и газа, а также их пространственное расположение являются не рациональными, что приводит к неравномерности смешивания воздуха и газа; 2) из-за неравномерного смешивания воздуха и газа происходит неполное сгорание, и сравнительно большая высота пламени, достигающего насадки, может привести к деформации или оседанию насадки, что, в свою очередь, приводит к неравномерному распределению температуры внутри воздухонагревателя, низкому термическому КПД, низкому коэффициенту использования запасов энергоресурсов, высоким эксплуатационным расходам, а также загрязнению атмосферы; 3) нерациональная конструкция горелки часто приводит к таким проблемам, как смещение или выпадение насадочных кирпичей в процессе эксплуатации воздухонагревателя, что влияет на срок службы воздухонагревателя. Следовательно, необходимо срочно и коренным образом исправить и устранить дефекты, недостатки и изъяны вышеописанных воздухонагревателей, производимых по состоянию на текущий момент согласно общеизвестным технологиям.

Ввиду наличия вышеупомянутых дефектов, недостатков и изъянов вышеописанных воздухонагревателей, производимых по состоянию на текущий момент согласно общеизвестным технологиям, авторы, основываясь на богатом практическом опыте и профессиональных знаниях, тщательно и в полной мере исследовали, проанализировали, обобщили, изучили и поняли общеизвестные технологии и современное состояние воздухонагревателей и, используя такие ключевые технологии, как «многоступенчатая конструкция для поглощения продольных усилий», «многоступенчатая комбинированная конструкция верхней части и конструкция для объемного смешивания высокоскоростных струй вихревых потоков воздуха и газа» и «высокоэффективная насадка», а также активно применяя исследования и инновации, усовершенствовали существующие конструкции воздухонагревателя с расположенной вверху камерой горения, а также способ смешивания воздуха и газа и успешно разработали настоящую полезную модель с целью создания воздухонагревателя с расположенной вверху камерой горения новой конструкции и устранения дефектов, недостатков и изъянов воздухонагревателей, производимых по состоянию на текущий момент согласно общеизвестным технологиям, чтобы обеспечить повышение их практичности и более высокую эффективность эксплуатации, а также повысить технический уровень воздухонагревателей с расположенной вверху камерой горения.

Суть полезной модели

Цель настоящей полезной модели состоит в предоставлении воздухонагревателя с расположенной вверху камерой горения новой модели, в котором использована «многоступенчатая конструкция для поглощения продольных усилий», «многоступенчатая комбинированная конструкция верхней части и конструкция для объемного смешивания высокоскоростных струй вихревых потоков воздуха и газа» и «высокоэффективная насадка», для усовершенствования существующих конструкций воздухонагревателя с расположенной вверху камерой горения, а также способа смешивания воздуха и газа с целью обеспечения полного сгорания газа, снижения потребления газа, сокращения выбросов углекислого газа, экономии энергоресурсов и уменьшения выбросов загрязняющих веществ.

Для достижения вышеуказанной цели техническое решение, обеспечиваемое настоящей полезной моделью, заключается в следующем: воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения новой модели, содержащий камеру смешивания, камеру горения и камеру насадки; между камерой горения и камерой смешивания предусмотрен направляющий элемент горловины; стенка камеры смешивания состоит из конусной верхней стенки в верхней части и цилиндрической стенки в нижней части; снаружи цилиндрической стенки выполнено отверстие для впуска воздуха, а снаружи конусной верхней стенки выполнено отверстие для впуска газа;

цилиндрическая стенка расположена вертикально и предназначена для размещения расположенных в несколько уровней каналов для потока воздуха, обеспечивающих движение вверх воздуха в виде вихревого потока; витки вихревого потока, образуемые после выбрасывания потоков воздуха каналами для потока воздуха на всех уровнях, имеют одинаковый диаметр; конусная верхняя стенка выполнена конической и предназначена для размещения расположенных в несколько уровней каналов для потока газа, обеспечивающих движение вниз газа в виде вихревого потока; витки вихревого потока, образуемые после выбрасывания газа каналами для потока газа на всех уровнях, имеют разный диаметр, при этом диаметр витков вихревого потока на нижних уровнях больше диаметра витков вихревого потока на верхних уровнях; скорость газа, выбрасываемого каналами для потока газа, больше скорости потоков воздуха, выбрасываемого каналами для потока воздуха, при этом газ и воздух после образования в камере смешивания однородной смеси из нескольких слоев с общим центром и разным диаметром поступают в камеру горения с последующим сгоранием;

указанная конусная верхняя стенка состоит из внутренней части в виде стенки с сопловыми отверстиями для газа и внешней части в виде внешней кольцевой стенки для газа; стенка с сопловыми отверстиями для газа и внешняя кольцевая стенка для газа расположены на расстоянии друг от друга, и между стенкой с сопловыми отверстиями для газа и внешней кольцевой стенкой для газа образован кольцевой канал для газа, сообщающийся с указанным отверстием для впуска газа; стенка с сопловыми отверстиями для газа снабжена расположенными в несколько уровней каналами для потока газа; на каждом уровне каналы для потока газа содержат сопловые отверстия для газа, при этом сопловые отверстия для газа в направлении от внутренней окружности к внешней окружности стенки выполнены расширяющимися и проходящими вниз под углом 30–45°; при этом в камере смешивания возникает вихрь из потоков выбрасываемого газа, движущихся вниз с расслоением;

указанная цилиндрическая стенка состоит из внутренней части в виде стенки с сопловыми отверстиями для воздуха и внешней части в виде внешней кольцевой стенки для воздуха; стенка с сопловыми отверстиями для воздуха и внешняя кольцевая стенка для воздуха расположены на расстоянии друг от друга, и между стенкой с сопловыми отверстиями для воздуха и внешней кольцевой стенкой для воздуха образован кольцевой канал для воздуха, сообщающийся с указанным отверстием для впуска воздуха; в стенке с сопловыми отверстиями для воздуха выполнены расположенные в несколько уровней каналы для потока воздуха; на каждом уровне каналы для потока воздуха содержат сопловые отверстия для воздуха; сопловые отверстия для воздуха выполнены горизонтальными или в направлении от внутренней окружности к внешней окружности стенки выполнены проходящими вверх под наклоном; при этом в камере смешивания возникает вихрь из потоков выбрасываемого воздуха, движущихся вверх;

в верхней части указанной цилиндрической стенки расположен кольцевой непроницаемый для потоков усилительный элемент, при этом непроницаемый для потоков усилительный элемент соединен с конусной верхней стенкой с обеспечением разделения кольцевого канала для воздуха и кольцевого канала для газа.

Сопловые отверстия для газа в указанной конусной верхней стенке проходят вниз под углом 45°; сопловые отверстия для воздуха в указанной цилиндрической стенке проходят вверх под углом 30°.

Указанные стенка с сопловыми отверстиями для газа и стенка с сопловыми отверстиями для воздуха получены заливкой, а указанные внешняя кольцевая стенка для газа и внешняя кольцевая стенка для воздуха получены кладкой.

Указанные отверстие для впуска газа, сопловые отверстия для газа, отверстие для впуска воздуха и сопловые отверстия для воздуха получены монолитной заливкой.

Верхний край указанного направляющего элемента горловины образует наклонную плоскость с наклоном в направлении камеры горения.

Между камерой смешивания и камерой горения, а также между камерой горения и камерой насадки соответственно расположены кольцевые кирпичные опорные выступы, опирающиеся на корпус нагревателя и обеспечивающие опору стенкам камеры смешивания и камеры горения; при этом между стенками камеры смешивания и камеры горения, а также между стенками камеры горения и камеры насадки оставлен зазор для расширения; стенка камеры насадки выложена с опорой на днище нагревателя.

Стенка указанной камеры насадки сверху вниз последовательно разделена на жаростойкую секцию, выполненную кладкой силикатного кирпича, буферную секцию, выполненную кладкой высокоглиноземистого кирпича, и опорную секцию, выполненную кладкой шамотного кирпича.

В нижней части корпуса нагревателя указанная камера насадки выполнена со скругленными углами.

Указанный непроницаемый для потоков усилительный элемент представляет собой стальной элемент.

В указанных расположенных в несколько уровней каналах для потока газа сопловые отверстия для газа каналов для потока газа на верхних уровнях и сопловые отверстия для газа соседних каналов для потока газа на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на 0–30°; в указанных расположенных в несколько уровней каналах для потока воздуха сопловые отверстия для воздуха каналов для потока воздуха на верхних уровнях и сопловые отверстия для воздуха соседних каналов для потока воздуха на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на 0–30°.

По сравнению с аналогами, известными из предшествующего уровня техники, преимущества настоящей полезной модели заключаются в следующем.

1. В настоящей полезной модели форма, устройство, относительное взаимное расположение и скорость потока в отношении сопловых отверстий для газа и сопловых отверстий для воздуха позволяют обеспечить следующее: нисходящие вихревые потоки газа, выбрасываемые сопловыми отверстиями для газа, имеют разные радиусы (и они меньше радиусов вихревых потоков воздуха), и, таким образом, может быть образован конический центральный вихревой поток газа, с закручиванием движущийся вниз; и воздух, выбрасываемый сопловыми отверстиями для воздуха, образует периферический вихревой поток, который с закручиванием движется вверх вдоль цилиндрической стенки; сначала периферический вихревой поток смешивается в первую очередь с внешним слоем центрального вихревого потока; затем, поскольку скорость потока газа, выбрасываемого из сопловых отверстий для газа, больше скорости периферического вихревого потока, образованного воздухом, выбрасываемым из сопловых отверстий для воздуха, то, когда периферический вихревой поток перемещается вверх к сопловым отверстиям для газа, он способен изменить направление и влиться в центральный вихревой поток, дополнительно смешиваясь с ним, и после их смешивания во внешнем слое и в центре образуется газовая смесь из равномерно смешанных газа и воздуха; анализ вышеописанного процесса смешивания показал, что центральный вихревой поток в процессе своего движения вниз образует с периферийным вихревым потоком однородную смесь из нескольких слоев с общим центром и разным диаметром, при этом уменьшается площадь полого пространства при смешивании потоков газа (в аналогах, известных из предшествующего уровня техники, диаметры вихревых потоков газа и вихревых потоков воздуха одинаковы, и в процессе их смешивания в центре вихревых потоков легко образуется мертвая зона смешивания, то есть полое пространство); повышается однородность смешивания, а учитывая, что вихревые потоки газа и воздуха движутся в противоположном направлении, увеличивается вероятность и время контакта и столкновения между ними, что способствует их более интенсивному смешиванию; кроме того, поскольку удельный вес газа больше, чем удельный вес воздуха, то расположение сопловых отверстий для газа над сопловыми отверстиями для воздуха обеспечивает возможность предотвращения движения газа после выбрасывания непосредственно вниз, и тем самым обеспечивается достаточная степень перемешивания газа и воздуха, а это, в свою очередь, обеспечивает полное сгорание дымового газа после интенсивного смешивания по достижении им поверхности насадки, что значительно повышает эффективность сгорания газа и сводит практически к нулю остаточный CO в дымовом газе, сокращает длину пламени, уменьшает потребление газа и выбросы загрязняющих веществ, а также обеспечивает экономию энергоресурсов и уменьшение выбросов загрязняющих веществ; в то же время на завершающем этапе сгорания в воздухонагревателе выдуваемый вверх воздух может очистить воздухонагреватель от остатков газа, остающегося в верхней части воздухонагревателя, и тем самым предотвращаются потенциально опасные ситуации при повторной подаче воздуха.

2. Согласно настоящей полезной модели повышается температура воздуха, подаваемого в воздухонагреватель, уменьшается разница температур при подаче воздуха и снижаются эксплуатационные расходы: поскольку газ и воздух могут быть интенсивно смешаны и полностью сожжены, то повышается теоретическая температура горения газа, тем самым повышается температура купола воздухонагревателя; распределение температуры на поверхности насадки является более равномерным, что позволяет насадке получать большее количество тепла; на завершающем этапе подачи воздуха уменьшается разница температур, увеличивается время подачи воздуха, уменьшается частота перехода с одного воздухонагревателя на другой и снижаются расходы на эксплуатацию воздухонагревателя; кроме того, благодаря равномерному распределению температуры на поверхности насадки можно избежать проблем деформации, оседания, засорения насадки и т. п., вызываемых попаданием в насадку воздуха и газа при использовании обычной горелки, что значительно увеличивает срок службы насадки.

3. Согласно настоящей полезной модели снижается энергопотребление и снижаются затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание: поскольку согласно настоящей полезной модели осуществляется интенсивное смешивание воздуха и газа, коэффициент избытка воздуха является небольшим и также уменьшается объем потребления воздуха и газа; уменьшение объема подачи воздуха и газа также ведет к снижению потребления энергии вентилятором, и обеспечивается экономия затрат на обслуживание оборудования.

4. Согласно настоящей полезной модели сопловые отверстия для газа или сопловые отверстия для воздуха на верхних и нижних уровнях не расположены параллельно друг другу в направлении сверху вниз, а смещены на определенный угол, и таким образом может обеспечиваться перекрещивание вихревых потоков газа и вихревых потоков воздуха, что повышает степень равномерности смешивания.

5. Согласно настоящей полезной модели камера смешивания, камера горения и камера насадки опираются на кирпичные опорные выступы и днище воздухонагревателя соответственно, так что камера смешивания, камера горения и камера насадки образуют многоступенчатую конструкцию для поглощения продольных усилий; напряжение на сжатие в верхней части не оказывает непосредственного влияния на конструкцию в нижней части, что обеспечивает стабильность конструкции в нижней части и удобство ремонта или изменения любой из ее секций без влияния на конструкцию других секций; кроме того, в соседних конструкциях оставлен зазор для расширения, способный устранять влияние теплового расширения на конструкцию воздухонагревателя, что обеспечивает стабильность всей конструкции.

6. Поскольку стенка камеры горения воздухонагревателя имеет коническую секцию, в аналогах, известных из предшествующего уровня техники, камера горения всегда выполняется наклонной конструкции, и при сооружении такой конструкции требуется обеспечение опоры каждому уровню кладки для выполнения последующего уровня; кроме того, поскольку на кирпичи действует направленное вниз усилие, то некоторые из кирпичей легко соскальзывают вниз, что в итоге приводит к постепенному уменьшению радиуса стенки снизу вверх и влияет на качество кладки камеры горения; кроме того, в процессе практической эксплуатации конструкции из-за действия веса верхней части каменной кладки, высокой температуры и давления стабильность конструкции низкая, что легко приводит к возникновению аварийных ситуаций, таких как выпадение кирпича, обвал и т.п.; поэтому в камере горения согласно настоящей полезной модели используется конструкция, полученная горизонтальной кладкой; на такую конструкцию в основном воздействует собственный вес и нагрузка от давления верхней части, а усилия равномерно распределяются вертикально по каждому кирпичу; кроме того, конструкция, обеспечивающая взаимную блокировку кирпичей, затрудняет выпадение кирпича в условиях высоких температур и колебаний давления; кроме того, такую кладку удобнее выполнять, она не требует опоры и не подвержена деформации, что позволяет значительно снизить сложность проводимых на месте строительных работ и повысить эффективность строительства.

7. В конструкции выпускного штуцера горячего дутья согласно настоящей полезной модели клиновидная или арочная несущая конструкция позволяет распределить весовую нагрузку над выпускным штуцером горячего дутья на окружающую стенку, так что кольцевая конструкция, составляющая выпускной штуцер горячего дутья, работает без напряжения; кроме того, эта кольцевая конструкция представляет собой двойную кольцевую конструкцию, что дополнительно повышает защиту внутреннего кольца и увеличивает стабильность и срок службы выпускного штуцера горячего дутья.

8. Диаметр ячеек насадки, применяемой в настоящей полезной модели, составляет 10–25 мм; таким образом, на единице площади можно расположить большее количество ячеек насадки и тем самым увеличить теплоаккумулирующую способность насадки в целом; кроме того, для соответствия плотности ячеек в нижней части насадки используется комбинированная поднасадочная решетка, в которой опорная решетка выполняет в основном опорную функцию; элементы с парными отверстиями в решетке с парными отверстиями могут соответствовать ячейкам насадки; в отношении соответствия отверстий существующих решеток ячейкам насадки настоящая полезная модель позволяет заметно повысить эффективность теплообмена холодного дутья в насадке и снизить частоту засорения ячеек насадки.

9. Стенка камеры насадки согласно настоящей полезной модели выполнена из кирпичей из разных материалов и содержит разные функциональные секции, и, таким образом, высокая стойкость к термическому удару у высокоглиноземистых кирпичей позволяет лучше адаптировать ее к частым колебаниям температуры в средней секции камеры насадки; между нижней частью камеры насадки и днищем воздухонагревателя используется конструкция со скругленными углами для предотвращения концентрации напряжений верхней части воздухонагревателя в области углов нижней части, что обеспечивает стабильность всей конструкции воздухонагревателя.

10. Во время работы воздухонагревателя стенка камеры смешивания, особенно кольцевой канал для газа и кольцевой канал для воздуха, в течение длительного времени подвергаются воздействию потоков газов высокого давления, в результате чего кирпичи стенки легко расшатываются и растрескиваются вплоть до того, что воздух и газ могут проходить между ними, что создает определенную угрозу аварийной ситуации; поэтому описанный в настоящей полезной модели непроницаемый для потоков усилительный элемент, с одной стороны, может предотвращать прохождение газов между кольцевым каналом для газа и кольцевым каналом для воздуха, а также между сопловыми отверстиями для газа и сопловыми отверстиями для воздуха и тем самым обеспечивать безопасную эксплуатацию воздухонагревателя, а с другой стороны, он может уменьшать напряжение сжатия, которое испытывают кольцевой канал для воздуха и сопловые отверстия для воздуха в нижней части, что обеспечивает в отношении них стабильность конструкции и продлевает срок службы.

11. В известных из предшествующего уровня техники конструкциях воздухонагревателей для впускных отверстий и ячеек насадки используется метод кирпичной кладки; в процессе эксплуатации воздухонагревателя, особенно в случае выполненных из кирпича ячеек насадки, легко происходит смещение и выпадение кирпичей, что влияет на эффективность эксплуатации; использование для соответствующих впускных отверстий и ячеек насадки метода заливки в опалубку позволяет получить монолитные впускные отверстия и ячейки насадки, что обеспечивает стабильность конструкции и устраняет проблему смещения и выпадения насадочных кирпичей во время работы воздухонагревателя.

Описание прилагаемых графических материалов

Фиг. 1 — схематическое изображение конструкции согласно настоящей полезной модели.

Фиг. 2 — схематическое изображение конструкции камеры смешивания.

Фиг. 3 — изображение в поперечном разрезе по линии А-А на фиг. 2.

Фиг. 4 — изображение в поперечном разрезе по линии B-B на фиг. 2.

Перечень ссылочных позиций: 1 — камера смешивания; 101 — стенка с сопловыми отверстиями для газа; 102 — внешняя кольцевая стенка для газа; 103 — непроницаемый для потоков усилительный элемент; 104 — стенка с сопловыми отверстиями для воздуха; 105 — внешняя кольцевая стенка для воздуха; 2 — камера горения; 3 — камера насадки; 301 — жаростойкая секция; 302 — буферная секция; 303 — секция из шамотного кирпича; 4 — отверстие для впуска газа; 5 — кольцевой канал для газа; 6 — сопловое отверстие для газа; 7 — отверстие для впуска воздуха; 8 — сопловое отверстие для воздуха; 9 — кольцевой канал для воздуха; 10 — кирпичный опорный выступ; 11 — выпускной штуцер горячего дутья; 12 — комбинированная поднасадочная решетка; 13 — впускной штуцер холодного дутья; 14 — выпускной штуцер дымовых газов; 15 — смотровой люк камеры горения; 16 — направляющий элемент горловины.

Конкретные варианты осуществления

Ниже технические решения согласно настоящей полезной модели подробно описаны на основании конкретных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

Как показано на фигурах, воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения новой модели содержит камеру 3 насадки, камеру 2 горения и камеру 1 смешивания, расположенные последовательно снизу вверх; кладка стенки камеры 3 насадки опирается на нижнюю часть нагревателя, и в нижней части стенки используется конструкция со скругленными углами; на корпусе нагревателя предусмотрено два отдельных кольцевых кирпичных опорных выступа 10, при этом кладки стенки камеры 2 горения и стенки камеры 1 смешивания соответственно опираются на два кирпичных опорных выступа 10; кроме того, между камерой 2 горения и камерой 3 насадки, а также между камерой 1 смешивания и камерой 2 горения используется ступенчатое скользящее соединение, что позволяет получить многоступенчатые конструкции для поглощения продольных усилий.

В камере 1 смешивания используется несколько комбинированных купольных конструкций, например комбинированная купольная конструкция в виде цилиндра с конусной частью, конструкция с цепной подвеской или грибовидная конструкция; в данном случае в качестве примера для иллюстрации конструкции камеры 1 смешивания взята комбинированная купольная конструкция в виде цилиндра с конусной частью; комбинированная купольная конструкция в виде цилиндра с конусной частью состоит из конусной верхней стенки и цилиндрической стенки; снаружи цилиндрической стенки выполнено отверстие 7 для впуска воздуха; снаружи конусной верхней стенки выполнено отверстие 4 для впуска газа; конусная верхняя стенка состоит из внутренней части в виде стенки 101 с сопловыми отверстиями для газа и внешней части в виде внешней кольцевой стенки 102 для газа; между стенкой 101 с сопловыми отверстиями для газа и внешней кольцевой стенкой 102 для газа образован кольцевой канал 5 для газа, сообщающийся с отверстием 4 для впуска газа; как показано на фиг. 2, стенка 101 с сопловыми отверстиями для газа содержит каналы для потока газа, расположенные на двух уровнях: верхнем и нижнем; при этом представленное на фиг. 3 изображение в поперечном разрезе по линии А-А на фиг. 2 показывает расположение каналов для потока газа на верхнем уровне; как видно на фиг. 3, каналы для потока газа на верхнем уровне в стенке 101 с сопловыми отверстиями для газа расположены кольцом; на каждом уровне каналы для потока газа содержат сопловые отверстия 6 для газа, поэтому сопловые отверстия 6 для газа также расположены на двух уровнях: верхнем и нижнем; при этом сопловые отверстия 6 для газа в направлении от внутренней окружности к внешней окружности стенки 101 с сопловыми отверстиями для газа выполнены расширяющимися и проходящими вниз под углом 30–45°, и сопловые отверстия 6 для газа каналов для потока газа на верхнем уровне и сопловые отверстия 6 для газа каналов для потока газа на нижнем уровне смещены друг от друга в горизонтальном направлении на 0–30°, так что газ, подаваемый через сопловые отверстия 6 для газа, образует в центре камеры 1 смешивания центральный вихревой поток, который с закручиванием движется вниз с перекрестным расслоением; указанная цилиндрическая стенка состоит из внутренней части в виде стенки 104 с сопловыми отверстиями для воздуха и внешней части в виде внешней кольцевой стенки 105 для воздуха; стенка 104 с сопловыми отверстиями для воздуха и внешняя кольцевая стенка 105 для воздуха расположены на расстоянии друг от друга, и между ними образован кольцевой канал 9 для воздуха, сообщающийся с отверстием для впуска воздуха 7; в стенке 104 с сопловыми отверстиями для воздуха выполнены каналы для потока воздуха, расположенные на нескольких уровнях: верхнем и нижнем; при этом представленное на фиг. 4 изображение в поперечном разрезе по линии B-B на фиг. 2 показывает расположение каналов для потока воздуха на нижнем уровне; как видно на фиг. 4, каналы для потока воздуха на нижнем уровне в стенке 104 с сопловыми отверстиями для воздуха расположены кольцом; на каждом уровне каналы для потока воздуха содержат сопловые отверстия 8 для воздуха, поэтому сопловые отверстия для воздуха также расположены на двух уровнях: верхнем и нижнем; сопловые отверстия 8 для воздуха в направлении от внутренней окружности к внешней окружности стенки 104 с сопловыми отверстиями для воздуха выполнены расширяющимися и проходящими вверх под углом 30–45°, и сопловые отверстия 8 для воздуха каналов для потока воздуха на верхних уровнях и сопловые отверстия 8 для воздуха каналов для потока воздуха на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на 0–30°, так что воздух, поступающий через сопловые отверстия 8 для воздуха, вдоль внутренней стенки камеры 1 смешивания образует периферический вихревой поток, который движется вверх с закручиванием вокруг центрального вихревого потока и с перекрестным расслоением.

Вихревой поток газа, выбрасываемый сопловыми отверстиями 6 для газа, и вихревой поток воздуха, выбрасываемый сопловыми отверстиями 8 для воздуха, являются вихревыми потоками, двигающимися в противоположных направлениях; кроме того, скорость потока газа, выбрасываемого сопловыми отверстиями 6 для газа, больше скорости периферического вихревого потока, образуемого воздухом, выбрасываемым сопловыми отверстиями 8 для воздуха, поэтому, когда периферический вихревой поток перемещается вверх к сопловым отверстиям 6 для газа, он способен изменить направление потока и влиться в центральный вихревой поток с образованием газовой смеси из газа и воздуха; угол между горизонтальной проекцией осевой линии отверстия 4 для впуска газа и горизонтальной проекцией осевой линии отверстия 7 для впуска воздуха составляет 0–180°; все сопловые отверстия 6 для газа и сопловые отверстия 8 для воздуха представляют собой конические сопловые отверстия, при этом диаметр отверстий на выходном конце меньше диаметра отверстий на входном конце; вышеуказанная конструкция обеспечивает конструкцию для объемного смешивания высокоскоростных струй вихревых потоков воздуха и газа.

В верхней части цилиндрическая стенка закрыта кольцевым непроницаемым для потоков усилительным элементом 103, при этом непроницаемый для потоков усилительный элемент 103 зажат между цилиндрической стенкой и конусной верхней стенкой и размещен в перегородке между кольцевым каналом 9 для воздуха и кольцевым каналом 5 для газа.

Указанные стенка 101 с сопловыми отверстиями для газа и стенка 104 с сопловыми отверстиями для воздуха получены заливкой; внешняя кольцевая стенка 102 для газа и внешняя кольцевая стенка 105 для воздуха получены кладкой; при этом для указанных отверстия 7 для впуска воздуха, сопловых отверстий 8 для воздуха, отверстия 4 для впуска газа и сопловых отверстий 6 для газа используют опалубку из листовой стали; применяют метод монолитной заливки высокопрочного, керамического, износостойкого огнеупорного материала; кроме того, сопловые отверстия 6 для газа и сопловые отверстия 8 для воздуха в сечении имеют многоугольную, круглую или эллиптическую форму, а площади сечения сопловых отверстий 6 для газа и сопловых отверстий 8 для воздуха в соответствующих осевых направлениях являются одинаковыми или различными.

Указанная камера 2 горения состоит из смотрового люка 15 камеры горения, выпускного штуцера 11 горячего дутья, направляющего элемента 16 горловины и стенки камеры горения; направляющий элемент 16 горловины образован продолжением футеровки в камере 2 горения в направлении вверх; верхний край направляющего элемента 16 горловины образует проходящую вниз наклонную плоскость; стенка камеры горения представляет собой полученную горизонтальной кладкой конструкцию, при этом полученная горизонтальной кладкой конструкция выполнена горизонтальным укладыванием кирпича, при этом в сечении она имеет клиновидную форму и делится на верхнюю, среднюю и нижнюю части; средняя часть образует с продолжением конической секции кладки камеры 2 горения определенный угол кладки, при этом величина этого угла составляет 60–65°; верхняя часть проходит в направлении наружу под определенным углом; нижняя часть проходит внутрь под определенным углом, и на поверхности кладки соответственно выполнены канавки и выступы; за счет зацепления канавок с выступами обеспечивается взаимная блокировка кирпичей; на стенке над указанным выпускным штуцером 11 горячего дутья предусмотрена клиновидная несущая конструкция, при этом клиновидная несущая конструкция содержит несущую клиновидную кладку и переходную клиновидную кладку; внутренняя часть выпускного штуцера 11 горячего дутья представляет собой двойную кольцевую конструкцию, а ее наружная часть представляет собой кольцевую кладку в форме лепестков для соединения со стенкой.

Указанная камера 3 насадки состоит из комбинированной поднасадочной решетки 12, впускного штуцера 13 холодного дутья, выпускного штуцера 14 дымовых газов, стенки камеры насадки и насадки, при этом насадка представляет собой высокоэффективную насадку, при этом в насадке равномерно расположено множеством ячеек насадки с диаметром отверстий 10–25 мм; стенка камеры насадки сверху вниз разделена на жаростойкую секцию 301, выполненную кладкой силикатного кирпича, буферную секцию 302, выполненную кладкой высокоглиноземистого кирпича, и опорную секцию 303, выполненную кладкой шамотного кирпича; комбинированная поднасадочная решетка 12 состоит из верхней решетки с парными отверстиями, нижней опорной решетки и опорной конструкции; опорная конструкция содержит опорные колонны, закрепленные в днище нагревателя, и балку, закрепленную на опорных колоннах; опорная решетка установлена на балке посредством канавок; в решетке с парными отверстиями соседние отверстия соединены вместе с образованием элементов с парными отверстиями; каждый из таких элементов с парными отверстиями соответствует ячейкам насадки, расположенным над ним; в опорной решетке выполнены ячейки, соответствующие элементам с парными отверстиями.

Кроме того, указанные сопловые отверстия 6 для газа проходят вниз под углом 45°; указанные сопловые отверстия 8 для воздуха проходят вверх под углом 45°; сопловые отверстия 6 для газа каналов для потока газа на верхних уровнях и сопловые отверстия 6 для газа каналов для потока газа на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на угол 30°; сопловые отверстия 8 для воздуха каналов для потока воздуха на верхних уровнях и сопловые отверстия 8 для воздуха каналов для потока воздуха на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на угол 30°.

Claims (9)

1. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения, содержащий камеру (1) смешивания, камеру (2) горения и камеру (3) насадки; между камерой (2) горения и камерой (1) смешивания предусмотрен направляющий элемент (16) горловины; стенка камеры (1) смешивания состоит из конусной верхней стенки в верхней части и цилиндрической стенки в нижней части; снаружи цилиндрической стенки выполнено отверстие (7) для впуска воздуха; в цилиндрической стенке между ее внешней частью в виде внешней кольцевой стенки (105) для воздуха и внутренней частью в виде стенки (104) с сопловыми отверстиями для воздуха образован кольцевой канал (9) для воздуха, сообщающийся с отверстием (7) для впуска воздуха; в стенке (104) с сопловыми отверстиями для воздуха выполнены расположенные в несколько уровней каналы для потока воздуха; на каждом уровне каналы для потока воздуха содержат сопловые отверстия (8) для воздуха; снаружи конусной верхней стенки выполнено отверстие (4) для впуска газа; в конусной верхней стенке между ее внешней частью в виде внешней кольцевой стенки (102) для газа и внутренней частью в виде стенки (101) с сопловыми отверстиями для газа образован кольцевой канал (5) для газа, сообщающийся с отверстием (4) для впуска газа; в стенке (101) с сопловыми отверстиями для газа выполнены расположенные в несколько уровней каналы для потока газа; каналы для потока газа содержат сопловые отверстия (6) для газа; сопловые отверстия (6) для газа в указанной конусной верхней стенке проходят вниз под углом 45°; газ, подаваемый через сопловые отверстия (6) для газа, образует в центре камеры 1 смешивания центральные вихревые потоки разного радиуса, с закручиванием движущиеся вниз; отличающийся тем, что между цилиндрической стенкой и конусной верхней стенкой расположен кольцевой непроницаемый для потоков усилительный элемент (103), обеспечивающий разделение кольцевого канала (9) для воздуха и кольцевого канала (5) для газа; сопловые отверстия (8) для воздуха каналов для потока воздуха на верхних уровнях и сопловые отверстия (8) для воздуха соседних каналов для потока воздуха на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на 30°, и витки вихревого потока, образуемые после выбрасывания потоков воздуха каналами для потока воздуха на всех уровнях, имеют одинаковый диаметр; сопловые отверстия (6) для газа каналов для потока газа на верхних уровнях и сопловые отверстия (6) для газа соседних каналов для потока газа на нижних уровнях смещены друг от друга в горизонтальном направлении на 30°, и витки вихревого потока, образуемые после выбрасывания газа каналами для потока газа на всех уровнях, имеют разный диаметр, при этом диаметр витков вихревого потока на нижних уровнях больше диаметра витков вихревого потока на верхних уровнях; вихревой поток газа, выбрасываемый сопловыми отверстиями (6) для газа, и вихревой поток воздуха, выбрасываемый сопловыми отверстиями (8) для воздуха, являются вихревыми потоками, двигающимися в противоположных направлениях; при этом происходит столкновение, перекрещивание и смешивание вихревых потоков газа и воздуха; сопловые отверстия (8) для воздуха в указанной цилиндрической стенке проходят вверх под углом 30°; воздух, поступающий через сопловые отверстия (8) для воздуха, вдоль внутренней стенки камеры (1) смешивания образует периферические вихревые потоки, с закручиванием движущиеся вверх вокруг указанных центральных вихревых потоков; скорость потоков, выбрасываемых сопловыми отверстиями (6) для газа, больше скорости периферических вихревых потоков, образуемых после выбрасывания воздуха сопловыми отверстиями (8) для воздуха, и периферические вихревые потоки при перемещении вверх к сопловым отверстиям (6) для газа способны изменить направление движения с вливанием в центральные вихревые потоки.

2. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что указанные стенка (101) с сопловыми отверстиями для газа и стенка (104) с сопловыми отверстиями для воздуха получены заливкой, а указанные внешняя кольцевая стенка (102) для газа и внешняя кольцевая стенка (105) для воздуха получены кладкой.

3. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что указанные отверстие (4) для впуска газа, сопловые отверстия (6) для газа, отверстие (7) для впуска воздуха и сопловые отверстия (8) для воздуха получены монолитной заливкой.

4. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что верхний край указанного направляющего элемента (16) горловины образует наклонную плоскость с наклоном в направлении камеры (2) горения.

5. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что между камерой (1) смешивания и камерой (2) горения, а также между камерой (2) горения и камерой (3) насадки соответственно расположены кольцевые кирпичные опорные выступы (10), опирающиеся на корпус нагревателя и обеспечивающие опору стенкам камеры (1) смешивания и камеры (2) горения; при этом между стенками камеры (1) смешивания и камеры (2) горения, а также между стенками камеры (2) горения и камеры (3) насадки оставлен зазор для расширения; стенка камеры (3) насадки выложена с опорой на днище нагревателя.

6. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что стенка указанной камеры (3) насадки сверху вниз последовательно разделена на жаростойкую секцию (301), выполненную кладкой силикатного кирпича, буферную секцию (302), выполненную кладкой высокоглиноземистого кирпича, и опорную секцию (303), выполненную кладкой шамотного кирпича.

7. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части корпуса нагревателя указанная камера (3) насадки выполнена со скругленными углами.

8. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что указанный непроницаемый для потоков усилительный элемент (103) представляет собой стальной элемент.

9. Воздухонагреватель с расположенной вверху камерой горения по п. 1, отличающийся тем, что указанные сопловые отверстия (6) для газа и сопловые отверстия (8) для воздуха выполнены цилиндрической формы или формы раструба, либо конуса с маленьким внутренним отверстием и большим внешним отверстием; и сопловые отверстия (6) для газа и сопловые отверстия (8) для воздуха в сечении имеют многоугольную, круглую или эллиптическую форму.

Images