Рекуперативный нагревательный колодец с верхней горелкой – нагревательный колодец, в котором воздух нагревается в рекуператорах, а подвод газа и воздуха для сжигания топлива осуществляется в верхнюю часть колодца. Ячейка имеет в горизонтальной плоскости прямоугольную форму (ширина 2,2-3,3 м, длина 7-10 метров). Глубина ячейки до 4,4 м. Обычно в ней нагреваются 12-14 слитков. Общая масса садки – самая высокая из всех типов колодцев и составляет около 140 тонн. Колодец имеет один керамический рекуператор для нагрева воздуха до 700-750 °С и один металлический рекуператор для нагрева компрессорного воздуха высокого давления до 200-350 °С.
Обычно горелка представляет из себя газовую трубу (газовое сопло), по периферии которого подводится воздух. Смешение газа и воздуха происходит в ячейке. В качестве топлива используют газовые смеси с теплотой сгорания около 6-7 МДж/м³ .
Особенность колодца: отсутствие вентилятора. Подача воздуха в горелку осуществляется с помощью инжектора. В качестве инжектирующей среды используется компрессорный воздух, количество которого составляет 25-30 % от общего расхода воздуха. Под действием разрежения, создаваемого инжектором, и из-за разогретого рекуператора, который работает как дымовая труба, атмосферный воздух сам по себе входит в рекуператор и далее поступает в смеситель инжектора.
В процессе работы колодцев инжектор может подсасывать через рекуператор больше воздуха, чем требуется по условиям качественного сжигания топлива. Для стабилизации расхода воздуха применяются специальные каналы для сброса излишков воздуха или создают повышенное давление в рабочем пространстве ячейки (при надлежащем уплотнении подкрышковой щели). Последнее позволяет регулировать противодавление работающего инжектора и, соответственно, расход воздуха.
Принцип работы колодца следующий. Слитки загружаются поштучно в рабочую камеру и располагаются вдоль обеих продольных стен. Включается подача компрессорного воздуха и газа, которые вместе с подсасываемым атмосферным воздухом дают длинный факел на выходе из горелки в рабочее пространство. После удара факела о торцевую стенку он меняет направление на обратное, и дым удаляется через дымовое окно, расположенное ниже горелки. Таким образом, движение дыма в колодце носит подковообразный характер. С одной стороны, это приводит к сокращению расхода топлива за счёт утилизации теплоты дыма. Но с другой стороны, приводит к неравномерному нагреву садки. Слитки, стоящие около противоположной от горелки стенки, греются быстрее. Кроме того, верхняя часть слитков имеет более высокую температуру. Режим нагрева слитков ведут по слиткам, которые греются быстрее.
Дым, который удаляется из рабочего пространства, проходит последовательно керамический рекуператор, состоящий из восьмигранных керамических трубок, далее металлический трубчатый рекуператор, дымовой шибер и на дымовую трубу.
Поскольку температура подины низкая, то на колодце применяют сухое шлакоудаление.
Так же как и в колодцах с центральной горелкой верхний ряд трубок рекуператора зарастает пылью, выносимой из рабочего пространства с дымом. Это приводит к закупориванию дымовых каналов и преждевременному выходу рекуператоров из строя.
Удельный расход условного топлива на колодце с верхней горелкой составляет: при холодном посаде около 50-60 кг у.т./т стали; при горячем посаде (700-800 °С) около 30-40 кг у.т./т стали.
Для снижения расхода топлива и повышения равномерности нагрева слитков можно рекомендовать следующее:
- установка возле горелочной стороны дополнительных небольших горелок. Это уменьшит время выдержки для прогрева слитков, отстающих в нагреве;
- применение специальных рассекателей и завихрителей факела, делающих его короче и шире;
- применение горелки с качающимся соплом, периодически изменяющего направление факела с целью изменения положения зоны высоких температур;
- импульсное вдувание компрессорного воздуха под углом к основному газовоздушному потоку вблизи среза сопла горелки, что обеспечивает перемещение факела в рабочем пространстве колодца;
- по аналогии с мартеновской печью установка шлаковика между дымовым окном и рекуператором за счет небольшого уменьшения габаритов рекуператора. Это позволит повысить стойкость рекуператора;
- установка струйных рекуператоров (для подогрева компрессорного воздуха) в надрекуператорном пространстве.
