无轴式空气加热器

技术领域

本发明涉及一种用于加热鼓风炉中的鼓风的设备。对于鼓风加热，使用不同设计的空气加热器：具有内燃烧室、外燃烧室而没有传统的燃烧室(顶部燃烧或无轴)。

背景技术

已知的是，在空气加热器的拱顶处安装燃烧器系统的无燃烧室的空气加热器(无轴式空气加热器)(俄罗斯专利2145637、发明人证书602555、日本专利48-4284、美国专利3473794)，它们是更先进的装置。

特别地，无轴式空气加热器(专利号2145637,2000)具有带有耐火衬里、格子体、拱顶的壳体、位于格子体上方的热鼓风出口，热鼓风出口与格子体的中心线的距离不小于其流动段的一个直径，以及燃烧器系统，燃烧器系统包括预燃室，预燃室与拱顶同轴地位于拱顶的顶部并且具有带有耐火衬里的壳体，耐火衬里独立于拱顶耐火衬里，由拱顶壳体单独支撑。在预燃室中，有环形燃气和空气收集器，它们一个在另一个之上地位于壳体和预燃室耐火衬里的侧壁之间，并且通过分隔板彼此分开。收集器具有入口支管和出口通道，其中后者在预燃室耐火衬里的垂直侧壁中制成，并且燃气和空气直接供应到预燃室中。由于下收集器的上排中的通道的中心线指向预燃室的中心线，并从水平面向上偏移达30°的角度，并且所有其它通道的中心线位于水平面中，并指向与穿过它们的出口部分的中心的预燃室半径成15-30°的角度，所以在预燃室中形成燃气和空气的涡流。气流的涡旋在燃气进入格子体之前提供燃气的完全燃烧，并且气流均匀地分布在格子体上。

鼓风炉用空气加热器是大型的高温设备，其建设和运行需要很大的费用。因此，降低能源成本是主要要求之一。此外，空气加热器燃烧大量的鼓风炉燃气，该鼓风炉燃气包括有毒燃气，即一氧化碳(CO)。因此，在鼓风炉空气加热器的操作期间，确保其生态安全的燃气完全燃烧是重要的要求。

燃气和空气的涡流形成在预燃室中以提供它们的良好混合和燃烧。燃气被供应到形成燃气涡流的预燃室的顶部。为了在已知的空气加热器中提供燃气和空气良好混合的可能性，在下部收集器的上排中的空气通道的中心线已经指向预燃室的中心线并且从水平面向上偏移达30°的角度。沿着半径方向引导并向上移动的空气流预期通过气流到达预燃室的中心部分，并在预燃室的中心提供良好的混合和燃气燃烧。来自其它排的通道的空气流以与预燃室半径成一定角度的方式被引导，并且将提供良好的混合和外围燃气流的燃烧。然而，在安装在大的鼓风炉处的空气加热器中，预燃室具有大的横截面尺寸，并且空气流将克服显著厚度的强涡旋燃气流以到达预燃室中心线。为此，必须显著地提高它们的速度并安装强力鼓风机，这将增加能量成本。此外，在预燃室的中心部分中可能发生燃气的不完全燃烧，这将导致空气加热器的环境性能的劣化。因此产生了矛盾。一方面，为了增加上排空气流的穿透力，必须显著地增加空气流的速度，并因此增加收集器中的压力，这将需要显著更大功率的鼓风机。另一方面，来自其它排的通道的空气流不需要这种速度的增加，因为在燃气进入预燃室的外围部分中的格子体之前，存在燃气的良好混合和完全燃烧，并且处于通常的速度和流动涡流。

因此，对于从同一收集器出来的不同排的通道需要不同的压力，这是不可能提供的。由于使用标准压力的鼓风机在收集器中提供空气压力，来自上排通道的空气流的速度不足，并且预燃室的中心没有提供燃气完全燃烧所需的空气量。因此，一些燃气没有燃烧，并且它被排放到大气中，这使空气加热器的环境和经济性能恶化。

根据专利RU2316600的Kalugin无轴式空气加热器，2008-原型通过技术本质和特征的组合而最接近所提出的发明。已知的空气加热器包括：具有耐火衬里的壳体、格子体、拱顶、位于格子体上方的热鼓风出口，热鼓风出口与格子体的中心线相距不小于其流动截面的一个直径；与拱顶同轴地位于拱顶顶部的预燃室，预燃室具有带耐火衬里的壳体，耐火衬里独立于拱顶耐火衬里，由拱顶壳体单独支撑；燃气和空气收集器，在燃气和空气收集器之间具有分隔板，分隔板位于拱顶和预燃室耐火衬里的侧壁之间，一个在另一个之上，并且具有在预燃室耐火衬里的竖直侧壁中形成的入口支管和出口通道。在这种情况下，下部收集器的出口通道位于其上部，并从水平面以15-30°的角度向上定向，上部收集器的出口通道位于其下部，并从水平面以15-30°的角度向下定向，其中，上述通道的中心线在水平面上的投影与穿过通道出口部分的中心的预燃室半径在水平面上的投影形成15-45°的角度。

鼓风炉空气加热器涉及在修理之间具有长使用寿命(15-20年)的设备，因此，操作可靠性和长操作周期是对这些空气加热器的主要要求之一。在已知的空气加热器中，一个位于另一个上方的燃气和空气收集器被薄的分隔板分开。收集器中的燃气和空气可以根据工艺条件(燃气或空气的加热)而具有不同的温度。这种差异通常是相当大的，因此，会发生收集器元件的温度变形，结果，可能损坏其间的分隔板。在这种情况下，燃气和空气发生混合，形成易燃的混合物，其可能燃烧或爆炸。

发明内容

本发明的目的是提高无轴式空气加热器的安全性和操作可靠性。

由于无轴式空气加热器的稳定性和耐用性的提高，所以技术效果是提高了操作安全性和可靠性。

另外的技术效果是空气加热器的高效率同时其尺寸减小。

该问题通过要求保护一种无轴式空气加热器来解决，该无轴式空气加热器包括燃烧器，该燃烧器具有：环形燃气收集器和预燃室，该预燃室的空腔表示用于燃气和空气流的混合、点燃和初始燃烧的室；用于燃烧来自预燃室的燃气混合物的燃烧室，该燃烧室在其上部具有拱顶状形状并且位于预燃室下方；用于使产生的燃烧产物通过的格子体室；预燃室、燃烧室和格子体室相互连通并同轴定位，预燃室和燃烧室设有各自的衬壳，其中预燃室壳基部的直径大于拱顶状燃烧室壳体喉部的直径，燃气收集器代表在形成内外环形壁的预燃室耐火衬里中实施的环形通道；混合室与环形空气收集器连通，进入混合室的出口燃气和空气开口形成在内环形壁中，所述燃气和出口开口通过燃气和空气收集器与来自外部的相应的燃气和空气支管连通，其中，空气收集器位于燃气收集器下方的预燃室的下部中，并且表示由金属环形梁和基板之间的空腔形成的环形室，基板安装在预燃室的基部处并且彼此连接并且连接到预燃室和燃烧室壳体，其中金属环形梁形成预燃室支撑件，并且基板设置有用于空气收集器的空气出口的开口，空气收集器的空气出口通过空气供应通道与进入混合室的出口空气开口连通，出口空气开口位于预燃室的出口燃气开口下方的内环形壁中，并且空气供应通道位于预燃室耐火衬里的下部中。

金属环形梁优选由低合金钢制成，并且在其截面中可具有直角三角形的形状，其一侧用作预燃室壳体的延伸部，另一侧由拱顶状燃烧室壳体形成，并且基部由预燃室支撑件表示。

在燃烧器系统中，用于供应到混合室中的出口燃气开口位于朝向预燃室混合室的内环形壁中的若干个高度处，其中所述开口的中心线具有向下至水平面的从15°至45°的倾斜角。

用于供应到混合室中的出口空气开口也位于内部环形预燃室壁中，但是在其下部，其中所述开口的中心线具有相对于竖直平面从0°到45°的倾斜角。

由于形成了提供燃气和空气混合物的完全燃烧的涡流，预燃室耐火衬里的环形内壁中的燃气和空气开口的所述形状提供了空气加热器的高效率。

空气收集器与空气出口连通，以便通过空气开口供给到混合腔中，该空气开口形成在基板中，并与在预燃室耐火衬里的下部中实施的空气供给通道连通。

要求保护的设计的特征在于空气收集器，其是预燃室的基部并且位于燃烧器系统的外部，其中空气收集器代表由金属环形梁和基板之间的空腔形成的环形室，金属环形梁和基板彼此连接并且连接到预燃室和燃烧室壳体。空气加热器的空气收集器的操作提供了空气流向上的定向运动，以与供应到燃气和空气混合室的气流相互作用。空气收集器的设计特征被实施为位于预燃室支承件中的环形室，并且其与燃烧器和燃气混合物燃烧室相互对准，结合其它特征，使得能够提供燃气和空气在混合室的中心部分混合的可能性，排除与燃气收集器和空气收集器之间的分隔板烧坏相关的负面后果，如在所要求保护的设计中，燃气收集器和空气收集器通过耐火衬里的厚重层彼此分开，这消除了燃气和空气混合物的燃烧和/或爆炸的危险，从而提高了无轴式空气加热器的操作可靠性并提供了无轴式空气加热器的高效率。

通过对本发明的设计进行比较，可得出一个结论，即其特征在于从原型和现有技术中未知的新的区别特征，从而提供了新的技术效果，即由于空气收集器在工作过程中对温度暴露的阻力增加而提高了工作可靠性，并因此提高了无轴式空气加热器的耐用性。

附图说明

在以下附图中示出了在其实施的可能选项之一中要求保护的设计。

图1在纵向截面中示意性地示出了无轴式空气加热器的可能实施方式之一。

图2和图3以横截面示出了相同的部分。

具体实施方式

本发明的无轴式空气加热器具有位于预燃室1顶部的燃烧器，其具有蘑菇形状，带有代表燃气和空气混合室的空腔。预燃室1具有优选由低合金钢制成的壳体2。预燃室1的壳体2在壳体2的内侧上由轻质耐火材料制成的耐火材料衬里制成。预燃室耐火材料衬里从燃气和空气混合室的侧面由耐热耐火材料制成，形成环形通道，该环形通道由内侧环形壁3和外侧环形壁4限定。预燃室1的耐火材料衬里由金属环形梁5支撑，该金属环形梁由低合金钢制成并且在其截面中具有直角三角形的形状，其一侧用作预燃室1的壳体2的延伸部，另一侧由拱顶状燃烧室6的壳体7形成，并且基部由预燃室支撑件表示。在预燃室1的下方有燃烧室6，该燃烧室具有与预燃室1同轴设置的拱顶状上部，与预燃室相互连通，并且设置有优选由低合金钢制成的壳体7和由耐火材料制成的衬里8。在预燃室1和燃烧室6之间的界面区域中，预燃室1底部的壳体2的直径超过燃烧室6的拱顶状部分的壳体7的直径。金属环形梁5不可移动地与壳体2和7连接，例如通过焊接，并且从顶部设置有形成具有执行空气收集器10的功能的空腔的内室的基板9。在燃烧室6下方，存在具有耐火格子体结构(未示出)的格子体室11，该耐火格子体结构优选地由六边形格子体砖制成，该格子体砖具有分层铺设的孔，使得分层铺设的格子体砖的孔可以提供燃烧产物的通过和热传递。在预燃室1的外环形壁4中，有一个带有燃气供应支管18的开口，在内环形壁3和外环形壁4之间有一个燃气供应环形通道，该燃气供应环形通道起燃气收集器12的作用。在内环形壁3的上部有若干排出口开口13，这些出口开口使燃气以涡流的形式在混合室中运动，为此，所述开口的中心线具有一个相对于水平面向下倾斜15-45°的倾斜角，从而在混合室的中心部分产生有效的燃气涡流。在内环形壁3的下部，具有用于将空气供应到预燃室1的混合室的空气开口14，并且所述开口的中心线具有相对于竖直平面向上从0°到45°的倾斜角。从开口14以一定角度向上流动的空气的涡流在预燃室1的混合室中与从出口燃气开口13以一定角度向下流动的燃气的涡流相遇，并且在预燃室1的混合室中与它们混合，形成均匀的燃料混合物，从而提供上述混合物的完全燃烧。在空气收集器10的侧壁中，有一个开口，该开口带有一个进入空气收集器10的空气供应支管15。进入位于内环形壁3下部的混合室的空气出口14通过与底板9中的空气开口17相连的空气通道16与空气收集器10连通。连通的预燃室1和燃气与空气混合物燃烧室6同轴设置，它们与燃气收集器12和空气收集器10一起形成了所要求保护的空气加热器的燃烧器系统，在该空气加热器的上部中，有一个由预燃室2表示的燃烧器系统，该燃烧器系统的空腔是燃气与空气混合室。

所要求保护的无轴式空气加热器如下所述地操作。在代表燃气和空气混合室的预燃室1的空腔中，发生分别来自燃气收集器12和空气供应通道16的燃气和空气流的混合，所述燃气收集器和空气供应通道通过燃气供应支管18和空气供应支管15与空气收集器10连通，在所述燃气供应支管和空气供应支管中，燃气和空气在压力下从外部供应。由于从出气口13和出气口14进入混合室的涡流的混合，形成燃料混合物，形成的燃气和空气混合物在燃烧室6的拱顶状部分中进一步燃烧和燃烧。所形成的燃烧室从燃烧室6供应到格子体室11。

由互通的预燃室1和燃烧室6形成的根据权利要求所述的空气加热器的燃烧器系统的特征在于，燃气收集器12和空气收集器10相对于彼此的空间分离。在燃烧器系统中的燃气和空气流的这种分离以及空气收集器在由预燃室支承件形成的空腔中的定位提供了燃气和空气混合的高效率以及所产生的燃气和空气混合物的完全燃烧，以及燃气和空气供应区域的安全受控操作，其中，预燃室支承件是空气加热器的最受应力的区域。这确实地排除了燃烧器系统的预燃室中的燃气和空气的不受控制的混合，消除了混合物着火或爆炸的危险，并且在空气加热器的完全安全操作期间提供了燃气的完全燃烧。此外，使用金属环形梁用于预燃室支撑和在其中设置环形收集器使得能够由于空气加热器的减小的高度而减小尺寸，降低资本支出，从而在安装新的空气加热器和改造现有的空气加热器期间降低其成本。