Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів

Реферат: Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів містить рекуператори для підігріву опалювального газу та повітря спалення, встановлені на димопроводах відхідних газів, димопроводи відхідних відпрацьованих димових газів після теплообмінників, з'єднаних з димовою трубою, трубопроводи підводу газу та повітря до теплообмінників, трубопроводи відводу газового палива та повітря після виходу з теплообмінників, димопроводи відводу диму з теплообмінників, дросельний орган, встановлений на байпасі між входом та виходом димових газів з теплообмінників газу та повітря горіння, що складаються з трубчастих секцій. Кожний рекуператор являє собою здвоєний або строєний теплообмінник в залежності від наявності обмежень по площі для розміщення рекуператорів, а також обмежень по наявному тиску опалювального газу та повітря спалення, в якому 4 або 6 лівих та 4 або 6 правих секцій, розташовано дзеркально симетрично відносно вертикальної осі рекуператора, складеного з восьми або 12 секцій, причому повітряний і газовий рекуператори мають індивідуальні входи та виходи по середовищу, що нагріває (диму), що входить в праву і ліву дзеркально розташовані їх частини, а по середовищах, що нагріваються (повітря або опалювальний газ), кожний рекуператор має загальний вхід і загальний вихід, і кожна з чотирьох або 6 секцій теплообмінника по ходу газу (повітря) включена послідовно одна за одною, а по ходу диму паралельно по 2 або 3 секції. UA 96545 U (12) UA 96545 U UA 96545 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі чорної металургії та може бути використана у кольоровій металургії та енергетиці. Відомий пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів (ПН), наприклад, система теплообмінників із застосуванням теплових труб (термосифонів) (Л.П. Грес, С.А. Карпенко, А.Е. Миленина. Теплообменники доменных печей. - Днепропетровск, Пороги, 2012, с. 177-188). В останні роки за кордоном (фірми "Kütner", "Paul Würth", ЗАТ "Калугін") віддають перевагу теплообмінникам із застосуванням теплових труб (термосифонів) та пластинчатим теплообмінникам. Теплообмінники із застосуванням термосифонів забезпечують підігрів компонентів горіння до 180-200 °C, але вони (аналог) мають ряд недоліків у порівнянні з трубчастими теплообмінниками: - залишається проблема виникнення низькотемпературної сірчанокислотної корозії; - ефективне використання термосифонів забезпечується при незначній різниці температур холодного та гарячого теплоносіїв (до 50 °C). Для умов ПН ця різниця складає 170-200 °C; - температура димових газів, які омивають нижню частину термосифонів, змінюється з 270300 °C до 150-180 °C, що потребує різної рідини у термосифонах у фіксованих діапазонах температур; - кожух термосифонів виготовляється з дорогих матеріалів (мідь, нікель, нержавіюча сталь та інш.), які також повинні відповідати своїм робочим рідинам; - із-за низького коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до стінки термосифонів необхідно виконувати їх оребрення. Це призводе до підвищення витрат тиску та швидкого засмічення зовнішньої поверхні термосифонів пилом доменного газу, що потребує їх періодичної чистки. Відомий також пристрій утилізації теплоти відхідних димових газів доменних ПН (прототип) патент на корисну модель № 38018, Бюл. № 24, 25.12.2008 p., що містить теплообмінники для підігріву доменного газу та повітря спалення, встановлені на димопроводах відхідних газів, димопроводи відхідних відпрацьованих димових газів після теплообмінників, з'єднаних з димарем, трубопроводи підводу газу та повітря до теплообмінників, трубопроводи відводу газового палива та повітря після виходу з теплообмінників, димопроводи відводу диму з теплообмінників, дросельний орган, встановлений на байпасі між входом та виходом з теплообмінників. Недоліками прототипу є: - значні втрати тиску повітря на повітряних теплообмінниках; - значні втрати тиску газового палива на газових теплообмінниках; - значні втрати тиску на димовому боці повітряного та газового теплообмінників, що потребує значних витрат електроенергії на підвищення тиску повітря та газу; - необхідність великих площ біля ПН, яких, зазвичай, бракує. Загальними ознаками названого пристрою з таким, що заявляється, є: - теплообмінники встановлюються на димопроводах відхідних газів і виходом з них з'єднуються з димарем блока ПН; - трубопроводи підводу газу та повітря до теплообмінників; - трубопроводи відводу підігрітих газового палива та повітря з ділянки входу відхідних димових газів ПН з'єднуються з пальниками ПН; - димопроводи відводу диму з теплообмінників; - дросельний орган, встановлений на байпасі між входом та виходом з теплообмінників. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити ефективність пристрою для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів. Технічний результат полягає в тому, що: - ліквідується кислотна корозія трубок теплообмінників за рахунок збільшення температури димових газів на виході з теплообмінників; - суттєво зменшується газодинамічні опори в газовому та повітряному теплообмінниках на газовому, повітряному та димовому шляхах; - з'являється можливість компактного розташування секцій теплообмінників на обмеженій площі. Поставлена задача вирішується тим, що в корисній моделі рекуператори виконуються як здвоєні або строєні теплообмінники, в яких в залежності від наявності обмежень по площі для їх розміщення, а також обмежень по наявному тиску опалювального газу та повітря спалення, 4 або 6 лівих та 4 або 6 правих секцій, розташовано дзеркально симетрично відносно вертикальної осі рекуператора, складеного з восьми або 12 секцій, причому повітряний та газовий рекуператори мають індивідуальні входи та виходи по середовищу, що нагріває (диму), і входить в праву та ліву дзеркально розташовані їх частини, а по середовищах, що нагріваються (повітря або опалювальний газ), кожний рекуператор має загальний вхід і 1 UA 96545 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 загальний вихід, і кожна з чотирьох або шести секцій теплообмінника по ходу газу (повітря) включена послідовно одна за одною, а по ходу диму - паралельно по 2 або 3 секції; - підводи димових газів до секцій теплообмінників виконуються паралельно; - підводи повітря до секцій повітряного теплообмінника виконуються паралельно між собою; - підводи газу до секцій газового теплообмінника виконуються паралельно між собою; - довжина трубок секцій теплообмінників, які омиваються димовими газами, скорочується в 2-3 рази, що підвищує ефективність теплообмінників (ТО); - температура трубок у зоні підводу холодного газу та підводу холодного повітря складає вище точки роси сірчаної кислоти, щоб уникнути сірчаної корозії трубок ТО. Згідно з корисною моделлю кожний рекуператор являє собою здвоєний або строєний теплообмінник в залежності від наявності обмежень по площі для його розміщення, а також обмежень по наявному тиску опалювального газу та повітря спалення, в якому 4 або 6 лівих та 4 або 6 правих секцій, розташовано дзеркально симетрично відносно вертикальної осі рекуператора, складеного з восьми або 12 секцій, причому повітряний і газовий рекуператори мають індивідуальні входи та виходи по середовищу, що нагріває (диму), і входить в праву і ліву дзеркально розташовані їх частини, а по середовищах, що нагріваються (повітря або опалювальний газ), кожний рекуператор має загальний вхід і загальний вихід, і кожна з чотирьох або 6 секцій теплообмінника по ходу газу (повітря) включена послідовно одна за одною, а по ходу диму паралельно по 2 або 3 секції. При проектуванні пристроїв для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів виявляється необхідність врахувати обмеженість площі (наприклад, ширини) для розташування газових та повітряних рекуператорів, а також наявні обмеження на тиск опалювального газу та повітря спалення, включаючи реальний стан зносу насадки ПН, що виявляється в їх, можливо, значному газодинамічному спротиву в період "нагріву". Встановлено, що при компоновці зі зменшенням ширини теплообмінника значно підвищуються витрати тиску по димовому, газовому та повітряному трактам. Тому пропонуються здвоєнні або строєнні теплообмінники з паралельним підводом як диму, так і газу. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками і технічним результатом, який досягається, полягає в наступному. Якщо б рекуператор для підігріву опалювального газу, а також рекуператор для підігріву повітря спалення виконати такими, щоб вони складалися кожний з чотирьох або 6 секцій і які б по ходу газу були включені послідовно одна за одною, а по ходу б диму паралельно по 2 або 3 секції (рух холодного та гарячого теплоносіїв протиточно-перехресний), причому, газ та повітря йдуть зсередини труб, а дим - між трубами, то при компоновці рекуператорів виявиться, що, якщо зменшувати їх ширину із-за дефіциту площі, то значно підвищуються втрати тиску на шляху всіх теплоносіїв. При цьому, якщо є обмеження по площі (наприклад, ширини) для розміщення рекуператорів в районі розташування повітронагрівачів, а також при обмеженнях по тиску опалювального газу та повітря спалення, рекуператори для підігріву компонентів спалення не будуть вдовольняти вказаним обмеженням. Якщо ж теплообмінники виконати здвоєними або строєними так, щоб газ, повітря та дим йшли через секції паралельними потоками (дим зовні труб, а повітря та газ - зсередини труб), то буде скорочено шлях диму в секціях і з цим довжину трубок, а з ними ширину і висоту теплообмінників, і їх можна буде розташовувати в обмеженій площі. А оскільки витрати тиску на тертя пропорційні довжині трубок, то зменшаться і названі витрати тиску повітря, газу, на димовій стороні. Кожні дві секції теплообмінників мають 2 трубних дошки: одна на початку, друга - в кінці і зсередини двох секцій, з'єднаних послідовно, розташується проміжна опора. Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів складається з наступних вузлів: 1 - загальний лежак блока повітронагрівачів (ПН), з'єднаний з димовими патрубками ПН, а також з вхідними димовими штуцерами рекуператорів; 2, 3 - димопроводи, які підводять дим до повітряних теплообмінників 4, 5, що утворюють повітряний рекуператор, а також газових теплообмінників 6, 7, які утворюють газовий рекуператор; 8 - трубчасті секції теплообмінників з трубними дошками та перегородками; 9, 10 - відхідні димопроводи теплообмінників, які з'єднують вихідні димові штуцери з відхідним лежаком; 11 - відхідний лежак (димопровід до димаря); 12 - вхідний штуцер повітряного рекуператора; 13 - вхідний трійник повітряного рекуператора, який розподіляє повітря між його секціями; 2 UA 96545 U 5 10 15 20 25 30 14 - вихідний трійник повітряного рекуператора, який збирає підігріте повітря з теплообмінних секцій 8; 15 - вихідний штуцер повітряного рекуператора, який з'єднаний з колектором підігрітого повітря; 16 - вхідний та вихідний 19 штуцери газового рекуператора, які відповідно роздають холодний газ по секціях та збирають підігрітий газ після секцій 8; 17, 18 - вхідний та вихідний трійники газового рекуператора, які відповідно роздають холодний газ по секціях та збирають підігрітий газ після секцій 8; 20 - байпас між загальним лежаком ПН та димаревим димопроводом 11; 21 - регулюючий дросель, який змінює кількість первинних димових газів, які йдуть із загального лежака 1 до димаревого лежака 11. Пристрій працює наступним чином: відхідні димові гази (дим) із загального лежака 1 блока ПН по димопроводах 2 та 3 надходять на входи дзеркально розташованих теплообмінників відповідно 4 та 5 відносно вертикальної осі повітряного рекуператора та теплообмінників 6 і 7 газового рекуператора. Повітряний та газовий рекуператори являють собою кожний здвоєний теплообмінник, складений з 8-ми або 12 секцій 8, в якому 4 або 6 правих і 4 або 6 лівих секцій розташовано симетрично дзеркально відносно вертикальної осі кожного рекуператора. Димові гази розподіляються у лежаку 1 на ті, що йдуть в лівий і ті, що йдуть у правий теплообмінник зверху вниз. Після виходу з теплообмінників по димопроводах 9, 10 з вказаних теплообмінників димові гази по димопроводу 11 йдуть до димаря. В кожному повітряному теплообміннику дим розподіляється по секціях 8 і проходить їх зверху вниз двома паралельними потоками зовні трубок. Повітря з повітряної станції йде на вхід 12 повітряного рекуператора, де в трійнику 13 розподіляється на праві та ліві секції 8. Зробивши 2 ходи в цих секціях зсередини трубок, спочатку через нижні секції, а потім через верхні, повітря потрапляє у вихідний трійник 14 і далі у вихідний штуцер 15 і пальник ПН. Шлях паливного газу у газовому рекуператорі - аналогічний повітряному: вхідний патрубок 16 - трійник 17, секції 8 - вихідні трійник 18 та патрубок 19. Підігріті паливний газ та повітря виходять відповідно з вихідних штуцерів 15 та 19, з яких надходять до пальників ПН. За допомогою дроселя 21, розташованого на байпасі 20, регулюють кількість первинних димових газів, які йдуть у димар, щоб запобігти в ньому кислотній корозії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів, який містить рекуператори для підігріву опалювального газу та повітря спалення, встановлені на димопроводах відхідних газів, димопроводи відхідних відпрацьованих димових газів після теплообмінників, з'єднаних з димовою трубою, трубопроводи підводу газу та повітря до теплообмінників, трубопроводи відводу газового палива та повітря після виходу з теплообмінників, димопроводи відводу диму з теплообмінників, дросельний орган, встановлений на байпасі між входом та виходом димових газів з теплообмінників газу та повітря горіння, що складаються з трубчастих секцій, який відрізняється тим, що кожний рекуператор являє собою здвоєний або строєний теплообмінник в залежності від наявності обмежень по площі для розміщення рекуператорів, а також обмежень по наявному тиску опалювального газу та повітря спалення, в якому 4 або 6 лівих та 4 або 6 правих секцій, розташовано дзеркально симетрично відносно вертикальної осі рекуператора, складеного з восьми або 12 секцій, причому повітряний і газовий рекуператори мають індивідуальні входи та виходи по середовищу, що нагріває (диму), що входить в праву і ліву дзеркально розташовані їх частини, а по середовищах, що нагріваються (повітря або опалювальний газ), кожний рекуператор має загальний вхід і загальний вихід, і кожна з чотирьох або 6 секцій теплообмінника по ходу газу (повітря) включена послідовно одна за одною, а по ходу диму паралельно по 2 або 3 секції. 3 UA 96545 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4