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.

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.


Воздухонагреватели с наружной камерой горения. Бывший металлургический завод в городе Дуйсбург, Германия. Ныне — Ландшафтный парк «Дуйсбург-Норд»
Воздухонагреватель Дж. Б. Нилсона
Схема доменного производства, под номером 13 обозначены кауперы
Блок воздухонагревателей регенеративного типа, расположенных в ряд