Доменный воздухонагреватель

До́менный воздухонагрева́тель (варианты названия: воздухонагреватель, регенератор, каупер) — аппарат для нагрева воздуха (холодного дутья, поступающего из воздуходувной машины) перед подачей его в доменную печь^[1]. Введение воздухонагревателей стало самым эффективным способом экономии топлива (кокса) за всю историю доменного производства.

История и современность

Доменное производство существует примерно с XIV века, но идея о вдувании в доменную печь нагретого дутья, а не холодного, имевшего на протяжении веков температуру атмосферного воздуха, возникла лишь в начале XIX в. 11 сентября 1828 г. Джеймс Бомон Нилсон первым получил патент на использование горячего дутья (британский патент №5701)^[2] и в 1829 г. осуществил нагрев дутья на заводе Клайд в Шотландии^[1]. Его устройство, состоявшее из V-образных чугунных труб, проходивших через топку, позволяло нагревать воздух до температуры 150°С. Использование в доменной печи нагретого только до 150°С дутья вместо холодного привело к снижению удельного расхода каменного угля, применяемого в доменной плавке, на 36 %. Впоследствии применение более нагретого дутья (350—400°С) на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса^[1] на 25-35 %.

Благодаря своей высокой эффективности нагрев дутья очень скоро получил широкое распространение. В настоящее время дутье нагревают до 1100—1200°С и выше^[1]. За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения удельного расхода топлива, как использование нагретого дутья.

В первые десятилетия применения нагрева дутья существовало несколько типов воздухонагревателей (ВН) и их разновидностей, которые чаще всего являлись рекуператорами. Сегодня в доменном производстве в России и во многих других странах используются только воздухонагреватели регенеративного типа, работающие на доменном газе или на его смеси с другими горючими газами — природным или коксовым (то есть на смешанном газе — не следует путать с другим видом смешанного газа). Первые такие воздухонагреватели были изобретены в 1857 г. (британский патент №1404)^[3] английским инженером Эдуардом Каупером. Многочисленные разновидности воздухонагревателей регенеративного типа многие специалисты и сейчас для удобства называют «кауперами»^[1].

Для непрерывного снабжения доменной печи дутьем необходимо минимум два воздухонагревателя. Обычно в комплексе печи сооружают блок из трех-четырех ВН, которые поочередно нагревают дутье.

Описание конструкции

Каупер — вертикально расположенный куполообразный цилиндр высотой до 50 м и диаметром 9-10 м.

Снаружи воздухонагреватель заключён в стальной кожух, который изнутри футерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом^[1] для предотвращения местного перегрева, образования трещин и деформаций кожуха, а также для уменьшения тепловых потерь в атмосферу. Внутреннее пространство разделено вертикальной стенкой, которая не доходит до верху, на две части — камеру горения и огнеупорную насадку. Вверху расположено подкупольное пространство, которое соединяет две части воздухонагревателя.

Кауперы используются в доменном производстве со значительными конструктивными изменениями до сих пор.

Принцип работы

В камеру горения подаётся доменный газ и воздух для сгорания газа. Смесь сгорает, продукты горения поднимаются вверх по камере горения, огибают купольную часть воздухонагревателя и дальше под действием тяги дымовой трубы, проходят через насадку в направлении вниз. Дальше газы попадают в поднасадочное пространство, борова и дымовую трубу, через которую выбрасываются в атмосферу. Проходя через насадку, продукты горения нагревают её. В насадке накапливается большое количество тепла.

Воздухонагреватели работают циклично. Для каждой печи используется 3-4 воздухонагревателя. Пока одни воздухонагреватели нагреваются, другие подают воздух в доменную печь. После того, как каупер остывает, на дутьё ставят другой, а остывший снова ставят на нагрев.

Существует четыре режима дутья: последовательный, параллельный, попарно-параллельный и смешанный. Наиболее распространённым режимом работы воздухонагревателей является последовательный, когда воздухонагреватели работают поочерёдно, один за другим становится на дутьё.

Типы воздухонагревателей

Блок воздухонагревателей регенеративного типа, расположенных в ряд

Воздухонагреватели с внутренней камерой горения
Воздухонагреватели с наружной камерой горения
Бесшахтные воздухонагреватели (основной тип — высокотемпературный воздухонагреватель Калугина)

Примечания

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 Каупер // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Казахская энциклопедия, 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0. (CC BY-SA 3.0)
↑ Woodcroft B. Subject-matter index (made from titles only) of patents of invention, from March 2, 1617 (14 James I.), to October 1, 1852 (16 Victoriae) (англ.). — London, 1857. — P. 347.
↑ Woodcroft B. Chronological Index of Patents Applied for and Patents Granted, For the Year 1857 (англ.). — London: Great Seal Patent Office, 1858. — P. 86.

Ссылки

[кнэ-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 Каупер // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Казахская энциклопедия, 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0. (CC BY-SA 3.0)

[2] Woodcroft B. Subject-matter index (made from titles only) of patents of invention, from March 2, 1617 (14 James I.), to October 1, 1852 (16 Victoriae) (англ.). — London, 1857. — P. 347.

[3] Woodcroft B. Chronological Index of Patents Applied for and Patents Granted, For the Year 1857 (англ.). — London: Great Seal Patent Office, 1858. — P. 86.

[1]

[2]

[3]