RU2177040C1

RU2177040C1 - Blast-furnace air heater

Info

Publication number: RU2177040C1
Application number: RU2000119693A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Коршиков; Д.В. Захаров; И.С. Яриков; В.Н. Григорьев; Ю.В. Бородин; Е.Ф. Милованов; П.П. Холодный; М.В. Коршикова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"; Открытое акционерное общество Липецкий металлургический завод "Свободный сокол"
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly, high-temperature heating of blast and other gaseous heat carriers. SUBSTANCE: blast-furnace air heater has checkwork chamber with hot-blast pipe union, separating wall and additional step checkwork located on combustion chamber bottom plate and is adjacent to separating wall up to level of 0.3-0.5 inner diameter of air heater. EFFECT: increased heat activity of air heater operation and reduced effluents of carbon monoxide to atmosphere. 2 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к высокотемпературному нагреву дутья и других газообразных теплоносителей, используемых в металлургии и энергетике. The invention relates primarily to high-temperature heating of blast and other gaseous coolants used in metallurgy and energy.

Известен доменный воздухонагреватель, содержащий камеру насадки, внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья и второй, дополнительной, тангенциальной горелкой, которая позволит более эффективно дожигать топливо в шахте камеры горения (а.с. N 840125, МКИ С 21 В 9/00, 23.06.81). Known blast furnace heater containing a nozzle chamber, an internal combustion chamber with a hot blast fitting and a second, additional, tangential burner that will allow more efficient afterburning of fuel in the combustion chamber shaft (AS N 840125, MKI C 21 V 9/00, 23.06 .81).

В известном воздухонагревателе установка дополнительного горелочного устройства над существующим, т. е. в высокотемпературной зоне внутренней камеры горения, приведет к развитию крипа огнеупоров в узле сочленения кожуха воздухонагревателя и подводящего трубопровода. Кроме того установка дополнительной горелки потребует значительных капитальных вложений на обустройство рабочих площадок, электроприводов, отсечных и регулирующих клапанов, оборудования КИП и автоматики для контроля зажигания. In the known heater, the installation of an additional burner device over the existing one, i.e. in the high-temperature zone of the internal combustion chamber, will lead to the development of creep of refractories in the junction of the joint of the heater casing and the supply pipe. In addition, the installation of an additional burner will require significant capital investments in the arrangement of work sites, electric drives, shut-off and control valves, instrumentation and automation for ignition control.

Наиболее близким техническим решением (а.с. N 250170, МКИ С 21 В 9/00, 15.02.78) является доменный воздухонагреватель, содержащий рабочую камеру насадки и внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья. Причем камера горения ниже горизонта подачи газообразного топлива из горелки заполнена насадкой, предназначенной для подогрева смесительного воздуха, для чего поднасадочное устройство в основании камеры горения соединено трубопроводом со штуцером холодного дутья. The closest technical solution (AS No. 250170, MKI C 21 V 9/00, 02/15/78) is a blast furnace heater containing a nozzle working chamber and an internal combustion chamber with a hot blast fitting. Moreover, the combustion chamber below the horizon of the supply of gaseous fuel from the burner is filled with a nozzle designed to heat the mixing air, for which the nozzle device at the base of the combustion chamber is connected by a pipe to the cold blast fitting.

Однако известный воздухонагреватель имеет следующие недостатки. Насадка в основании камеры горения располагается ниже горизонта подачи газообразных реагентов горения и, таким образом, не влияет на процесс их диффузионного перемешивания и химического взаимодействия. В то же время в полости поднасадочного устройства камеры горения может накапливаться смесь непрореагировавших доменного газа и воздуха горения, что приведет к хлопкам в этой зоне. Кроме того, указанное расположение насадки не предотвращает динамического удара газовых струй из горелочного устройства в разделительную стену камеры горения. However, the known air heater has the following disadvantages. The nozzle at the base of the combustion chamber is located below the supply horizon of the gaseous combustion reagents and, thus, does not affect the process of their diffusion mixing and chemical interaction. At the same time, a mixture of unreacted blast furnace gas and combustion air can accumulate in the cavity of the nozzle device of the combustion chamber, which will lead to popping in this zone. In addition, the specified location of the nozzle does not prevent the dynamic impact of gas jets from the burner into the dividing wall of the combustion chamber.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, - интенсификация сгорания доменного газа в камере горения и повышение стойкости ее футеровки. При этом достигается получение такого технического результата, как повышение тепловой эффективности работы воздухонагревателя и снижение выбросов в атмосферу монооксида углерода. The task to which the technical solution is directed is to intensify the combustion of blast furnace gas in the combustion chamber and increase the durability of its lining. At the same time, obtaining such a technical result as increasing the thermal efficiency of the heater and reducing emissions of carbon monoxide into the atmosphere is achieved.

Это достигается тем, что в доменном воздухонагревателе, содержащем камеру насадки, внутреннюю камеру горения со штуцером горячего дутья и дополнительной насадкой в камере горения, указанная насадка располагается на днище камеры горения. Для минимизации газодинамического сопротивления камеры горения указанная насадка выполнена ступенчатой и примыкает к разделительной стене до уровня 0,3-0,5 от внутреннего диаметра воздухонагревателя, что соответствует верхней кромке угла раскрытия газового потока из устья горелки. При этом в зоне наиболее интенсивного смешения газообразных реагентов горения на поверхности указанной насадки реализуется каталитическое беспламенное горение топлива, которое имеет в 20-50 раз большую интенсивность, нежели диффузное (Равич М.Б. Поверхностное беспламенное горение. - М.-Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1949 - с. 354). This is achieved by the fact that in a blast furnace containing a nozzle chamber, an internal combustion chamber with a hot blast fitting and an additional nozzle in the combustion chamber, said nozzle is located on the bottom of the combustion chamber. To minimize the gas-dynamic resistance of the combustion chamber, this nozzle is made stepwise and adjoins the dividing wall to a level of 0.3-0.5 from the inner diameter of the heater, which corresponds to the upper edge of the opening angle of the gas stream from the mouth of the burner. At the same time, in the zone of the most intense mixing of gaseous combustion reagents on the surface of the indicated nozzle, catalytic flameless combustion of fuel is realized, which has a 20-50 times greater intensity than diffuse (Ravich MB Surface flameless combustion. - M.-L .: Publishing house - at the USSR Academy of Sciences, 1949 - p. 354).

Кроме того, данное размещение насадки в камере горения предотвратит динамический удар газообразных реагентов горения в разделительную стену и стабилизирует как тепловой аккумулятор температуры футеровки в камере горения воздухонагревателя. In addition, this placement of the nozzle in the combustion chamber will prevent the dynamic impact of gaseous combustion reagents into the separation wall and stabilize the temperature of the lining in the combustion chamber of the air heater as a heat accumulator.

Оптимальная высота насадки, располагаемой в камере горения, определена расчетным путем и ограничена по минимуму верхней кромкой угла раскрытия газового потока из устья горелки, а по максимуму стойкостью элементов указанной насадки в условиях истечения из устья горелки газообразных реагентов. The optimum height of the nozzle located in the combustion chamber is determined by calculation and is limited to the minimum by the upper edge of the opening angle of the gas stream from the mouth of the burner, and to the maximum durability of the elements of this nozzle under conditions of outflow of gaseous reagents from the mouth of the burner.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что, во-первых, в камере горения на уровне подачи газообразных реагентов горения в области раскрытия газового потока располагается насадка, выполненная ступенчатой, и примыкает к разделительной стене до уровня 0,3-0,5 от внутреннего диаметра воздухонагревателя. Таким образом заявляемое решение соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed device differs from the known one in that, firstly, in the combustion chamber at the level of supply of gaseous combustion reagents in the area of the gas flow opening there is a nozzle made in steps and adjoins the separation wall to level 0 , 3-0.5 of the inner diameter of the heater. Thus, the claimed solution meets the criterion of "novelty."

На фиг.1 изображен воздухонагреватель после его разогрева в рабочем состоянии, на фиг. 2 - сечение А-А. In Fig. 1, an air heater is shown after it has been warmed up in a working state; 2 - section aa.

Воздухонагреватель содержит штуцер 1 холодного дутья, соединенный с поднасадочным устройством 2. Поднасадочное устройство 2, расположенное в нижней части воздухонагревателя, соединяет рабочую камеру 3 со штуцером 1 холодного дутья и штуцерами 4 дыма. Рабочая камера 3 заполнена насадкой и соединена вверху с куполом 5. Камера горения 6 с разделительной стеной 7 соединена сверху с куполом 5, в средней части - со штуцером 8 горячего дутья, внизу - с горелкой 9. Насадка 10 ступенчатой формы располагается на днище шахты камеры горения напротив устья горелки 9 и примыкает к разделительной стене 7. The air heater comprises a cold blast fitting 1 connected to a nozzle device 2. A nozzle 2 located in the lower part of the heater connects the working chamber 3 with a cold blast nozzle 1 and smoke fittings 4. The working chamber 3 is filled with a nozzle and connected at the top to the dome 5. The combustion chamber 6 with the dividing wall 7 is connected at the top with the dome 5, in the middle part - with the hot blast fitting 8, at the bottom - with the burner 9. The nozzle 10 of a step shape is located on the bottom of the chamber shaft burning opposite the mouth of the burner 9 and adjacent to the separation wall 7.

Воздухонагреватель работает следующим образом. The air heater operates as follows.

В период нагрева газ и воздух горения поступают в горстку 9 и далее в газоходы насадки 10, где осуществляется поверхностное горение топлива. На втором, диффузном этапе горения, в верхней части шахты камеры горения, а также в зоне купола 5 горение завершается и продукты горения поступают в рабочую камеру 3. Здесь они передают тепло насадке, после чего выходят в поднасадочное устройство 2 и из него через штуцеры 4 дыма отводятся в общий дымоход. During the heating period, the gas and combustion air enter a handful 9 and then into the flues of the nozzle 10, where the surface combustion of the fuel takes place. At the second, diffuse stage of combustion, in the upper part of the shaft of the combustion chamber, as well as in the zone of the dome 5, the combustion is completed and the combustion products enter the working chamber 3. Here they transfer heat to the nozzle, and then exit to the nozzle 2 and from it through fittings 4 smoke is discharged into a common chimney.

В период охлаждения насадки холодное дутье через штуцер 1 подают в поднасадочное устройство 2, из которого оно поступает в рабочую камеру 3 и, нагреваясь за счет тепла насадки, выходит из-под купола 5 в камеру 6 горения, откуда поступает в штуцер 8 и общий трубопровод горячего дутья. При этом в силу циркуляции дутье в зоне насадки 10 частично отдает ей тепло в начальный период дутья, когда оно имеет повышенную температуру, вследствие чего к нему подмешивается меньшее количество охлаждающего воздуха за байпасом в общем трубопроводе горячего дутья. During the cooling period of the nozzle, cold blast through the nozzle 1 is fed into the nozzle device 2, from which it enters the working chamber 3 and, being heated by the heat of the nozzle, leaves the dome 5 into the combustion chamber 6, from where it enters the nozzle 8 and the common pipeline hot blast. Moreover, due to the circulation of the blast in the zone of the nozzle 10, it partially gives off heat to it in the initial period of the blast when it has an elevated temperature, as a result of which a smaller amount of cooling air is mixed behind the bypass in the common hot blast pipeline.

При изучении других известных технических решений в данной области техники описанные выше признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень". In the study of other known technical solutions in the art, the above-described features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".

Пример. В доменном воздухонагревателе с внутренним диаметром 8,44 м, высотой насадки 40,64 м, оснащенном камерой горения чечевицеобразной формы общей высотой 36,7 м (применительно к условиям работы доменной печи объемом 3200 м³), дополнительная насадка из стандартных огнеупорных изделий с размерами 230х114х65 мм выполнена ступенчатой и расположена на днище камеры горения. Высота примыкания насадки к разделительной стене камеры горения - до уровня 4 м, общий вес 30 т.Example. In a blast furnace with an inner diameter of 8.44 m, a nozzle height of 40.64 m, equipped with a lentil-shaped combustion chamber with a total height of 36.7 m (in relation to the operating conditions of a blast furnace with a volume of 3200 m ³ ), an additional nozzle from standard refractory products with dimensions 230x114x65 mm is made stepwise and is located on the bottom of the combustion chamber. The height of the nozzle adjoining the dividing wall of the combustion chamber is up to 4 m, the total weight is 30 tons.

Использование предлагаемого воздухонагревателя обеспечивает по сравнению с существующим следующие преимущества: более полное дожигание топлива, снижение до уровня 0,15% выбросов в атмосферу монооксида углерода, снижение выбросов за счет приближения расхода воздуха к стехиометрическому соотношению, повышение стойкости разделительной стены воздухонагревателя, а также эффективности и надежности работы аппарата в целом. The use of the proposed heater provides the following advantages compared to the existing one: more complete afterburning of fuel, reduction of carbon monoxide emissions to 0.15%, reduction of emissions by approaching air flow to a stoichiometric ratio, increasing the resistance of the heater’s dividing wall, as well as efficiency and the reliability of the apparatus as a whole.

Claims

A blast furnace heater comprising a nozzle chamber, an internal combustion chamber with a hot blast fitting, a separation wall and an additional nozzle in the combustion chamber, characterized in that the additional nozzle is stepwise located on the bottom of the combustion chamber and adjoins the separation wall to a level of 0.3-0 , 5 from the inner diameter of the heater.