WO2021256966A1 - Бесшахтный воздухонагреватель - Google Patents

Бесшахтный воздухонагреватель Download PDF

Info

Publication number
WO2021256966A1
WO2021256966A1 PCT/RU2021/050166 RU2021050166W WO2021256966A1 WO 2021256966 A1 WO2021256966 A1 WO 2021256966A1 RU 2021050166 W RU2021050166 W RU 2021050166W WO 2021256966 A1 WO2021256966 A1 WO 2021256966A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
prechamber
gas
chamber
shaftless
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050166
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Антон Анатольевич СУББОТИН
Борис Николаевич ПРОКОФЬЕВ
Юрий Александрович МУРЗИН
Original Assignee
Акционерное общество "КАЛУГИН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "КАЛУГИН" filed Critical Акционерное общество "КАЛУГИН"
Priority to EP21826662.5A priority Critical patent/EP4023774A4/en
Priority to JP2022528606A priority patent/JP7351010B2/ja
Priority to CN202180042430.8A priority patent/CN115917012A/zh
Priority to BR112022010928A priority patent/BR112022010928A2/pt
Priority to KR1020227011383A priority patent/KR20220059520A/ko
Publication of WO2021256966A1 publication Critical patent/WO2021256966A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/02—Brick hot-blast stoves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/14—Preheating the combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators

Definitions

  • the invention relates to equipment for heating blast furnaces. Air heaters of various designs are used to heat the blast: with an internal combustion chamber, with an external combustion chamber, without a traditional combustion chamber (shaftless).
  • a shaftless air heater (patent RU N ° 2145637, 2000) has a casing with a lining, a nozzle, a dome, a hot blast nozzle located above the nozzle at a distance of at least one diameter of its flow section to its axis, 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 an independent support on the dome casing.
  • the prechamber has annular gas and air collectors, which are located between the casing and the side wall of the prechamber lining one above the other and are 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 collector are directed to the axis of the prechamber and are displaced upward from the horizontal plane by an angle of up to 30 °, and the axes of all other channels are located in the horizontal planes and directed at an angle of 15-30 0 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 packing and uniform distribution of the flow over the packing.
  • Blast-furnace air heaters are large-sized high-temperature apparatuses and require high costs for their construction and operation. Therefore, one of the main requirements for them is to reduce energy costs.
  • the stoves burn large amounts of blast furnace gas, which includes poisonous gas, carbon monoxide CO. Therefore, an important requirement in the operation of blast-furnace air heaters is the complete combustion of gas, which will ensure their environmental safety.
  • Air jets from the channels of the remaining rows are directed at an angle to the radii of the prechamber and should ensure good mixing and combustion of peripheral gas flows.
  • the prechambers have large transverse dimensions and for the passage to the axis of the prechamber the air jets must overcome a swirling carry-over gas flow of considerable thickness. To do this, it is necessary to significantly increase their speed and install more powerful air blowers, which will increase energy costs.
  • 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. In this case, a contradiction arises.
  • the closest to the proposed invention in terms of the technical essence and set of features is a shaftless Kalugin's air heater under the RUN patent "2316600, 2008) is a prototype.
  • the known air heater contains a casing with a lining, a nozzle, a dome, a hot blast nozzle located above the nozzle at a distance of at least one diameter of its flow section to its axis, a prechamber 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 headers 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.
  • the outlet channels of the lower collector are located in its upper part and directed upward from the horizontal plane at an angle of 15-KZ 0 °
  • the outlet channels of the upper collector are located in its lower part and directed downward from the horizontal plane at an angle of 15-KZ 0 °
  • 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 prechamber radii passing through the centers of the outlet sections of the channels.
  • Blast-furnace air heaters are devices with a long overhaul life (15-20 years) and therefore one of the main requirements for them is reliability and long service life.
  • the gas and air manifolds one above the other, are separated by a thin partition. Gas and air in the manifolds can have different temperatures depending on the process conditions (gas or air heating). This difference is often very significant and due to this is possible thermal deformation of the collector elements, and, as a result, damage to the partition between them.
  • the gas is mixed with air, a combustible mixture is formed, which can ignite or explode.
  • the objective of the invention is to improve the safety and operational reliability of the shaftless air heater.
  • the technical result is an increase in operational safety and reliability by increasing the resistance and durability of the shaftless air heater.
  • the claimed shaftless air heater which contains a burner device with a gas manifold, made annular, and with a prechamber, 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 prechamber, which has a domed shape in its upper part, and located below the prechamber; a packed chamber for the passage of the formed combustion products; the prechamber, the combustion chamber and the packed chamber are in communication with each other and placed coaxially, and the prechamber and the combustion chamber are equipped with their own casings with a lining, and the diameter of the base of the casing of the prechamber exceeds the diameter of the neck of the casing 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 the inner and outer annular walls; the mixing chamber is connected with an annular air manifold, gas and air outlets into the mixing chamber are made on the inner
  • the metal annular beam is preferably made of low-alloy steel and can have a rectangular cross-section, 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.
  • gas outlet openings for their supply to the mixing chamber are arranged in several levels on the inner annular wall, which faces towards the mixing chamber of the prechamber, and the axes of these openings have an angle of inclination downward to the horizontal plane from 15 to 45 °.
  • Air outlets for their supply 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 °.
  • the specified form of execution of gas and air holes on the inner annular wall of the prechamber lining provides high efficiency of the air heater due to the creation of a vortex flow, ensuring complete combustion of the gas-air mixture.
  • the air manifold is in communication with the air outlets for supplying air to the mixing chamber through the air holes, which are made in the base plate and communicated with the air supply channels made in the lower part of the prechamber lining.
  • the claimed device is characterized in that the air manifold is the base of the prechamber, being outside the boundaries of the burner device.
  • the air collector is an annular chamber formed by a cavity between a metal annular beam, a base plate, which are connected to each other and to the shells of the prechamber and the combustion chamber.
  • the operation of the air manifold of the air heater provides directed upward movement of the air flow to interact with the gas flows entering the gas-air mixing chamber.
  • the design features of the air manifold in the form of an annular chamber located in the support of the prechamber, and its relative position relative to the burner device and the combustion chamber of the gas-air mixture, together with other features, make it possible to mix gas with air in the central part of the mixing chamber, eliminates negative consequences, associated with the burnout of the partition between the gas and air collectors, because In the claimed design, the gas and air manifolds are separated from each other by massive lining layers, which eliminates the risk of fire and / or explosion of the gas-air mixture, thereby increasing the operational reliability and ensuring high efficiency of the shaftless air heater.
  • Fig. 1 schematically shows one of the examples of the shaftless air heater, longitudinal section.
  • the 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 inner side of the casing 2 is made of lightweight refractory.
  • the prechamber lining is made of heat-resistant refractory masonry with the formation of an annular channel, which is bounded by an inner annular wall 3 and an outer annular wall 4.
  • the lining of the prechamber 1 rests on a metal annular beam 5, made of low-alloy steel and having a rectangular triangle in cross-section, 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 a support prechamber.
  • the casing 2 of the base of the prechamber 1 has a diameter that exceeds the diameter of the casing 7 of the dome-shaped part of the combustion chamber 6.
  • the metal annular beam 5 is permanently connected to the casings 2 and 7, for example, by welding, and is provided from above with a base plate 9 , forming an inner chamber, the cavity of which serves as an air collector 10.
  • Under the combustion chamber 6 is a packed chamber 11 with a refractory packing (not shown) made of a packed preferably hexagonal brick with holes, stacked in layers so that the holes in the layers from the refractory packing provide passage of combustion products and heat transfer.
  • an opening is made with a gas supply pipe 18, and an annular gas supply channel is formed between the inner annular wall 3 and the outer annular wall 4, which serves as a gas collector 12.
  • gas outlet openings 13 which ensure the movement of gas in the form of vortex flows in the mixing chamber, for which the axes of said the 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.
  • 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 outflowing from the holes 14 upward at an angle, meeting in the mixing chamber of the prechamber 1 with the vortex gas flow outflowing through the gas outlet openings 13 downward at an angle, mix with it in the mixing chamber of the prechamber 1, forming a homogeneous fuel mixture, thereby providing complete combustion of the specified mixture.
  • An opening is made in the side wall of the air collector 10 with an air supply pipe 15 inside the air collector 10.
  • the gas and air flows are mixed, respectively, coming from the gas manifold 12 and from the supply channels air 16, communicated with the air collector 10 through the gas supply pipe 18 and the air supply pipe 15, into which gas and air are forced from the outside.
  • the formation of a combustible mixture is carried out by mixing vortex flows flowing through the gas outlets 13 and air outlets 14 into the mixing chamber, followed by the 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 nozzle camera 11.
  • the combustion system of the inventive air heater formed by the prechambers 1 communicating with each other, and the combustion chamber 6 are 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 manifold in the cavity formed by the support of the prechamber, which is the most stressed section of the air heater, a high mixing efficiency of the gas-air mixture and the completeness of its combustion, safe controlled operation of the gas and air supply sections are ensured. This makes it possible to eliminate guaranteed uncontrolled mixing of gas with air in the prechamber of the burner, eliminate the danger of combustion or explosion of the mixture and ensure complete combustion of the gas with complete safety of the air heater.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

Заявлен бесшахтный воздухонагреватель с горелочной системой, расположенной вверху в форкамере (1) с камерой смешения газа и воздуха. Форкамера (1) имеет кожух (2) с футеровкой, внутри которой имеется кольцевой канал, ограниченный внутренней (3) и наружной (4) кольцевыми стенками, являющийся газовым коллектором (12). Футеровка форкамеры (1) опирается на металлическую кольцевую балку (5), одна стенка которой является продолжением кожуха (2), а другая представляет собой кожух (7) куполообразной части камеры сжигания (6), а основание является опорой форкамеры (1). Под форкамерой (1) и соосно с ней размещена камера сжигания (6) с кожухом (7) и футеровкой (8). Металлическая кольцевая балка (5) неразъемно соединена с кожухами (2) и (7) и сверху снабжена опорной плитой (9), образуя воздушный коллектор (10). В наружной кольцевой стенке (4) выполнено отверстие с патрубком подвода газа (18). В верхней части внутренней кольцевой стенки (3) рядами расположены выходные отверстия газа (13), а отверстия воздуха (14) размещены в нижней части внутренней кольцевой стенки (3). Обеспечивается повышение эксплуатационной безопасности и надежности за счет повышения стойкости и долговечности бесшахтного воздухонагревателя.

Description

БЕСШАХТНЫЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ
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).
Известны воздухонагреватели без камеры горения (бесшахтные) с установкой горелочных устройств на куполе воздухонагревателя (патент России N° 2145637, а. с. N° 602555, патент Японии N° 48-4284, патент США N° 3473794), которые являются более перспективными аппаратами.
В частности, бесшахтный воздухонагреватель (патент RU N°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- 300 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.
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 СО. Поэтому важным требованием при эксплуатации доменных воздухонагревателей является полное сжигание газа, что обеспечит их экологическую безопасность.
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.
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.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и совокупности признаков является бесшахтный воздухонагреватель Калугина по патенту RUN» 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 угол 15-КЗ 0°, а выходные каналы верхнего коллектора расположены в нижней его части и направлены вниз от горизонтальной плоскости на угол 15-КЗ 0°, 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.
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.
Задача изобретения- повышение безопасности и эксплуатационной надежности бесшахтного воздухонагревателя.
Технический результат - повышение эксплуатационной безопасности и надежности за счет повышения стойкости и долговечности бесшахтного воздухонагревателя.
Дополнительный технический результат-обеспечение высокой эффективности воздухонагревателя при одновременном уменьшении его габаритных размеров.
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.
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.
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°.
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°.
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.
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.
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. Конструктивные 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.
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.
Заявляемое устройство в одном из возможных вариантов его выполнения показано на следующих рисунках.
На Рис. 1 схематично показан один из примеров выполнения бесшахтного воздухонагревателя, продольный разрез.
На Рис. 2 и Рис. 3 тоже - поперечные разрезы.
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. 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 патрубок подвода воздуха 15, в которые газ и воздух подаются принудительно извне. Образование горючей смеси осуществляется за счет перемешивания вихревых потоков, истекающих через выходные отверстия газа 13 и выходные отверстия воздуха 14 в камеру смешения с последующим воспламенением образовавшейся газовоздушной смеси и ее сжиганием в куполообразной части камеры сжигания 6. Полученные продукты горения из камеры сжигания 6 поступают в насадочную камеру 11.
Г орелочная система заявляемого воздухонагревателя, образованная сообщающимися друг с другом форкамеры 1, и камера сжигания 6 характеризуется пространственным разнесением газового 12 и воздушного 10 коллекторов друг относительно друга. При таком разнесении газовых и воздушных потоков в горелочной системе, а также расположение воздушного коллектора в полости, образованной опорой форкамеры, которая является самым напряженным участком воздухонагревателя, обеспечивается высокая эффективность смешения газовоздушной смеси и полнота ее сгорания, безопасная контролируемая работа участков подвода газа и воздуха. Это позволяет гарантировано устранить неконтролируемое смешение газа с воздухом в форкамере горелочного устройства, устранить опасность горения или взрыва смеси и обеспечивает полное сгорание газа при полной безопасности работы воздухонагревателя. Кроме того, использование металлической кольцевой балки для создания опоры форкамеры и размещение в ней воздушного коллектора, позволяет уменьшить габаритные размеры за счет снижения высоты воздухонагревателя, уменьшить капитальные затраты, удешевив тем самым его стоимость, как при установки нового воздухонагревателя, так и при проведении реконструкции.

Claims

Формула изобретения
1. Бесшахтный воздухонагреватель, содержащий 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, 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, отличающийся 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 балкой и опорной плитой, 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 1В 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.
2. Бесшахтный воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что в горелочном устройстве выходные отверстия газа из газового коллектора в камеру смешения размещены на внутренней кольцевой стенке в несколько уровней.
3. Бесшахтный воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что оси выходных отверстий газа из газового коллектора в камеру смешения выполнены с углом наклона вниз к горизонтальной плоскости от 15 до 45°.
4. Бесшахтный воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что оси выходных отверстий воздуха из воздушного коллектора в камеру смешения имеют угол наклона к вертикальной плоскости от 0 до 45°.
5. Бесшахтный воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлическая кольцевая балка выполнена из низколегированной стали.
6. Бесшахтный воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлическая кольцевая балка имеет 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.
PCT/RU2021/050166 2020-06-16 2021-06-15 Бесшахтный воздухонагреватель WO2021256966A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21826662.5A EP4023774A4 (en) 2020-06-16 2021-06-15 SHAFTLESS AIR HEATER
JP2022528606A JP7351010B2 (ja) 2020-06-16 2021-06-15 シャフトレスエアヒーター
CN202180042430.8A CN115917012A (zh) 2020-06-16 2021-06-15 无轴式空气加热器
BR112022010928A BR112022010928A2 (pt) 2020-06-16 2021-06-15 Aquecedor de ar sem cubo
KR1020227011383A KR20220059520A (ko) 2020-06-16 2021-06-15 무축 공기 히터

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119925A RU2753208C1 (ru) 2020-06-16 2020-06-16 Бесшахтный воздухонагреватель
RU2020119925 2020-06-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021256966A1 true WO2021256966A1 (ru) 2021-12-23

Family

ID=77349014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050166 WO2021256966A1 (ru) 2020-06-16 2021-06-15 Бесшахтный воздухонагреватель

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP4023774A4 (ru)
JP (1) JP7351010B2 (ru)
KR (1) KR20220059520A (ru)
CN (1) CN115917012A (ru)
BR (1) BR112022010928A2 (ru)
RU (1) RU2753208C1 (ru)
WO (1) WO2021256966A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115074476A (zh) * 2022-06-17 2022-09-20 河南省豫兴热风炉工程技术有限公司 墙体外置煤气环管和空气环管的燃烧器

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3473793A (en) * 1966-05-13 1969-10-21 Martin & Pagenstecher Ag Hot blast stove
US3473794A (en) 1966-01-10 1969-10-21 Smidth & Co As F L System and method of producing cement clinker
RU2145637C1 (ru) 1999-03-29 2000-02-20 Калугин Яков Прокопьевич Воздухонагреватель
RU2316600C2 (ru) 2006-03-01 2008-02-10 Яков Прокопьевич Калугин Воздухонагреватель
UA35641U (ru) * 2008-05-12 2008-09-25 Государственное Предприятие "Украинский Институт По Проектированию Металлургических Заводов" Способ нагревания доменного дутья в бесшахтном воздухонагривателе
CN104805246A (zh) 2015-04-21 2015-07-29 陈维汉 一种预混气流喷嘴互通与送风气流曲径流动的均流热风炉
WO2018082001A1 (zh) 2016-11-04 2018-05-11 郑州安耐克实业有限公司 新型顶燃热风炉
CN209495326U (zh) 2019-01-30 2019-10-15 郑州豫兴热风炉科技有限公司 一种双空气入口旋流喷射燃烧器的顶燃式热风炉
CN209836216U (zh) 2019-03-11 2019-12-24 山东省冶金设计院股份有限公司 一种带中心均布式燃烧器的顶燃式热风炉
EA034574B1 (ru) * 2015-11-30 2020-02-21 Поль Вурт Рифректори Энд Энджиниринг Гмбх Воздухонагреватель с верхним расположением горелки

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009008758A1 (fr) * 2007-07-09 2009-01-15 Yakov Prokopievich Kalugin Chauffe-air
CN201288198Y (zh) * 2008-11-04 2009-08-12 首钢总公司 多切圆旋流顶燃式热风炉
RU2554239C1 (ru) * 2013-12-18 2015-06-27 Закрытое Акционерное Общество "Калугин" Бесшахтный воздухонагреватель
CN207062313U (zh) * 2017-08-16 2018-03-02 中冶京诚工程技术有限公司 一种顶燃式热风炉燃烧器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3473794A (en) 1966-01-10 1969-10-21 Smidth & Co As F L System and method of producing cement clinker
US3473793A (en) * 1966-05-13 1969-10-21 Martin & Pagenstecher Ag Hot blast stove
RU2145637C1 (ru) 1999-03-29 2000-02-20 Калугин Яков Прокопьевич Воздухонагреватель
RU2316600C2 (ru) 2006-03-01 2008-02-10 Яков Прокопьевич Калугин Воздухонагреватель
UA35641U (ru) * 2008-05-12 2008-09-25 Государственное Предприятие "Украинский Институт По Проектированию Металлургических Заводов" Способ нагревания доменного дутья в бесшахтном воздухонагривателе
CN104805246A (zh) 2015-04-21 2015-07-29 陈维汉 一种预混气流喷嘴互通与送风气流曲径流动的均流热风炉
EA034574B1 (ru) * 2015-11-30 2020-02-21 Поль Вурт Рифректори Энд Энджиниринг Гмбх Воздухонагреватель с верхним расположением горелки
WO2018082001A1 (zh) 2016-11-04 2018-05-11 郑州安耐克实业有限公司 新型顶燃热风炉
CN209495326U (zh) 2019-01-30 2019-10-15 郑州豫兴热风炉科技有限公司 一种双空气入口旋流喷射燃烧器的顶燃式热风炉
CN209836216U (zh) 2019-03-11 2019-12-24 山东省冶金设计院股份有限公司 一种带中心均布式燃烧器的顶燃式热风炉

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115074476A (zh) * 2022-06-17 2022-09-20 河南省豫兴热风炉工程技术有限公司 墙体外置煤气环管和空气环管的燃烧器

Also Published As

Publication number Publication date
BR112022010928A2 (pt) 2022-12-27
RU2753208C1 (ru) 2021-08-12
EP4023774A1 (en) 2022-07-06
EP4023774A4 (en) 2023-10-11
JP2023502104A (ja) 2023-01-20
CN115917012A (zh) 2023-04-04
JP7351010B2 (ja) 2023-09-26
KR20220059520A (ko) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009008758A1 (fr) Chauffe-air
US4494485A (en) Fired heater
EP0109438A4 (en) RECUPERATOR FIRE.
CN101688666B (zh) 陶瓷燃烧器
RU2753208C1 (ru) Бесшахтный воздухонагреватель
RU2215792C1 (ru) Воздухонагреватель
JPH0344994Y2 (ru)
RU2316600C2 (ru) Воздухонагреватель
EA045173B1 (ru) Бесшахтный воздухонагреватель
US4311456A (en) Blast furnace stove
CN2789674Y (zh) 民用常压燃气采暖炉
US4132394A (en) Furnaces
CN111473356A (zh) 烟道式加热炉
US3732070A (en) Burner
CN220707332U (zh) 一种多孔介质燃烧器及加热炉
JP3896898B2 (ja) 蒸発器を利用した熱回収装置の改良
RU193860U1 (ru) Огнеупорный канал горелочного устройства для плазменного воспламенения топлива горелок теплового агрегата
RU20368U1 (ru) Газовая инжекционная горелка
RU2194768C1 (ru) Воздухонагреватель
RU2828635C1 (ru) Двухпоточная нефутерованная топка
CN212252685U (zh) 烟道式加热炉
RU193861U1 (ru) Огнеупорный канал горелочного устройства для плазменного воспламенения топлива горелок теплового агрегата
RU2194767C1 (ru) Воздухонагреватель
RU2666648C1 (ru) Воздухонагреватель
US3947245A (en) Hot blast stove

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21826662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227011383

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021826662

Country of ref document: EP

Effective date: 20220330

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022528606

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112022010928

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112022010928

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20220603

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE