Конструкция и принцип работы воздухонагревателя Каупера

Дутье, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до 1050-1300 °С в воздухонагревателях, называемых кауперами в честь Каупера, который в 1857 г. получил патент на регенератив­ный воздухонагреватель с кирпичной насадкой.

Современный воздухонагреватель показан на рис.4.10.

Рис.4.10. Разрез воздухонагревателя.

1-камера горения,2-подкупольное пространство,3-насадка,4-поднасадачная решетка,5-выпускной клапан,6-дымовые клапаны, 7-клапан холодного дутья,8-клапан горячего дутья,9-люк для зажигания газов,10-горелка

 Наружный диаметр воздухонагревателя равен 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглиноземистого кирпича или динаса, а нижнюю часть – из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Из этого кирпича выложены ячейки размером 45 х 45 мм по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м³ такой насадки около 25 м³. В последнее время предложено применять для насадки шестигран­ные блоки с круглыми ячейками, имеющими горизонтальные про­ходы. Это более сложная насадка, но ее поверхность нагрева соста­вляет около 30 м² на 1 м³ объема насадки.

Следует различать газовый и воздушный периоды работы воздухо­нагревателя. В газовый период осуществляется нагрев насадки продуктами сжигания газа, а в воздушный период нагревается дутье за счет охлаждения насадки. В газовый период закрыты клапаны холодного и горячего дутья (7 и 8) и открыты горелка 10 и дымовые клапаны 6. 

Газ сжигается в камере горения 1, догорает под куполом 2, а про­дукты сгорания проходят сверху вниз через насадку 3, нагревают ее и с температурой 250-400 °С уходят через дымовые клапаны 6 и борова в дымовую трубу. Для подачи газа предусмотрена газовая горелка 10 с вентилятором производительностью по воздуху «80-200 тыс. м³/ч. Сжигают главным образом очищенный колошниковый газ или смесь его с природным или коксовым газом.

В воздушный период закрыты дымовые клапаны 6 и отключена газовая горелка 10, но открыты клапаны для подачи холодного 7 и отвода горячего 8 дутья. Холодное дутье поступает в поднасадочное пространство, проходит насадку 3, где нагревается, и через клапан 8 направляется в воздухопровод горячего дутья и затем в печь. По мере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха, выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменной печи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем это необходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование, требуемое коли­чество холодного воздуха, чтобы поддержать температуру дутья постоянной. Это осуществляется при помощи смесительного воздухо­провода 8 и автоматического смесительного клапана 10, показанных на рис.4.11.

Рис. 4.11. Схема расположения воздухонагревателей с воздухо­проводами и газопроводами

1- воздухопровод холодного дутья; 2 - газовая горелка; 3 - дымовая труба; 4 - воздухонагреватели; 5 - газопровод чистого газа; 6 - воздухопровод горячего дутья; 7 - кольце­вая труба; 8 - смесительный воздухопровод; 9 - предохрани­тельный клапан; 10 - смесительный клапан; 11 - клапан колодного дутья; 12 - дымовой боров; 13 - клапан горячего дутья

Газовый период примерно в два раза продолжительнее воздуш­ного. Следовательно, необходимо не менее трех кауперов – два одновременно нагреваются, а один нагревает воздух, Фактически на печь приходятся четыре каупера, а в некоторых случаях – семь кауперов на две печи. Поверхность нагрева воздухонагревателей составляет 60-100 м² на 1 м³ объема доменной печи, Например, на доменной печи объемом 2700 м³ поверхность нагрева одного воздухонагревателя составляет 42 500 м², а всех четырех 170 000 м², а для доменной печи объемом 5000 м³ она увеличена до 500 000 м².

Для обеспечения нагрева дутья до высокой температуры (1200 °С и выше) необходимо, помимо на­личия требуемой поверхности на­грева, применять в подкупольной части достаточно огнеупорные ма­териалы. Для этого применяют специальный  высокоглиноземи­стый кирпич или малоразрыхляющийся динас. С целью увеличения поверхности нагрева воздухона­гревателей в последнее время ста­ли применять выносные камеры горения.