Спосіб утилізації тепла відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Спосіб утилізації тепла відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей включає підведення холодних газового палива і повітря до теплообмінників підігріву газового палива і повітря, що встановлені на димопроводах гарячих відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей, та які містять теплообмінні елементи, з'єднані у окремі секції. При цьому частину відхідних димових газів відводять, обминаючи першу та проміжні секції кожного теплообмінника, та спрямовують у останню секцію теплообмінника з боку підводу компонентів спалення, а температуру відведення охолоджених UA 98740 C2 (12) UA 98740 C2 відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу регулюють в залежності від температури відхідних димових газів на виході з останньої секції теплообмінних елементів зміною витрати відхідних димових газів через теплообмінні елементи останньої секції кожного теплообмінника. Винахід дозволяє підвищити температуру димових газів на виході з теплообмінників та надійно забезпечити захист сталевої трубчатки від кислотної корозії та підвищити строк її служби. UA 98740 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до чорної металургії, зокрема способів утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівників, і може бути використаний в енергетиці, кольоровій металургії та хімічній промисловості. Відомий спосіб утилізації теплоти відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей (див. Грес Л.П. Високоефективний нагрів доменного дуття. М. Дніпропетровськ, "Пороги", 2008 р. - С. 366-368, фіг. 6.13.), який містить підвід газового палива та повітря до теплообмінників підігріву газового палива та повітря, встановлених на димопроводах відводу гарячих відхідних димових газів від повітронагрівачів, та які містять теплообмінні елементи, об'єднані у окремі секції, що встановлені послідовно по руху компонентів спалення, що підігріваються, відвід відпрацьованих охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу. В теплообмінні елементи від низу до верху подається повітря (газ) горіння, в простір між елементами - гарячі димові гази, що зверху вниз відходять від повітронагрівачів. Теплообмінники забезпечують підігрів компонентів горіння до 180 °C. Недоліком аналогу є відсутність контролю температури димових газів після останньої секції теплообмінника та регулювання цієї температури таким чином, щоб вона була вище температури точки роси сірчаної кислоти на 10-15 °C. Відсутність такого регулювання призводить до кислотної корозії сталевої поверхні останніх по напрямку руху димових газів теплообмінних елементів теплообмінників в осінньо-зимовий період, коли температура повітря складає -15÷+10 °C, а температура димових газів на виході останньої секції завжди нижче температури точки роси сірчаної кислоти. Це значно знижує строк експлуатації теплообмінників. Найбільш близьким до запропонованого рішення по технічній суті і результату, який досягається, є спосіб утилізації теплоти відхідних газів повітронагрівачів доменних печей (див. заявку на корисну модель України № U201010748 від 06.09.2010 р., МПК С21В9/10), який містить підведення холодних газового палива і повітря до встановлених на трубопроводах гарячих відхідних газів повітронагрівачів доменних печей теплообмінників підігріву газового палива і повітря, які містять теплообмінні елементи, об'єднані у окремі секції, що встановлені послідовно по руху компонентів спалення, що підігріваються, підведення гарячих газів до теплообмінників, відведення гарячих газового палива і повітря від теплообмінників їх підігріву і відведення охолоджених відхідних газів, після теплообмінників в димову трубу, причому гарячі відхідні гази повітронагрівачів доменних печей відбирають в основі димової труби повітронагрівачів, пропускають через теплообмінники і відводять у верхню частину димової труби, при цьому в трубопроводах відведення охолоджених відхідних газів після теплообмінників перед димовою трубою створюють розрідження. В теплообмінні елементи від низу до верху подається повітря (газ) горіння, в простір між елементами - гарячі димові гази, що зверху вниз відходять від повітронагрівачів. Теплообмінники забезпечують підігрів компонентів горіння до 180 °C. Недоліком найближчого аналогу є відсутність контролю та регулювання температури відхідних димових газів на виході з останньої секції теплообмінника, що не дозволяє організувати захист сталевої поверхні теплообмінних елементів теплообмінників. Розрахунки показують, що в осінньо-зимовий період температура повітря дорівнює -15÷+10 °C, а температура відпрацьованих відхідних димових газів на виході з останньої секції завжди нижче температури точки роси сірчаної кислоти. Це значно знижує строк експлуатації теплообмінників. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб утилізації теплоти відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів шляхом підвищення температури відхідних димових газів вище точки роси сірчаної кислоти в останніх по напрямку руху димових газів теплообмінних елементах теплообмінників за рахунок подання в них відхідних димових газів з температурою, суттєво вищою за температуру точки роси сірчаної кислоти на 10-15 °C. Це дозволяє підвищити температуру димових газів на виході з теплообмінників та надійно забезпечити захист сталевої трубчатки від кислотної корозії та підвищити строк її служби. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утилізації тепла відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей, що включає підведення холодних газового палива і повітря до теплообмінників підігріву газового палива і повітря, що встановлені на трубопроводах гарячих відхідних димових газів повітронагрівників доменних печей, та які містять теплообмінні елементи, з'єднані у окремі секції, відбирання в димовій трубі і підведення до теплообмінників гарячих відхідних димових газів, відведення гарячих газового палива і повітря від теплообмінників до пальників повітронагрівачів і відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу, причому відбирання гарячих відхідних димових газів проводять в основі димової труби, а відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників проводять у верхню частину димової труби, причому в трубопроводах відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників створюють розрідження, 1 UA 98740 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 згідно винаходу, гарячі відхідні димові гази спрямовують у теплообмінні елементи кожного теплообмінника, а повітря та газове паливо спрямовують у простір між теплообмінними елементами, при цьому частину відхідних димових газів відводять, обминаючи першу та проміжні секції кожного теплообмінника, та спрямовують у останню секцію теплообмінника з боку підводу компонентів спалення, а температуру відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу регулюють в залежності від температури відхідних димових газів на виході з останньої секції теплообмінних елементів зміною витрати відхідних димових газів через теплообмінні елементи останньої секції кожного теплообмінника. Крім того, температуру охолоджених відхідних димових газів на виході з останньої секції кожного теплообмінника підтримують на рівні, вищому точки роси сірчаної кислоти на 10-15 °C, а сумарні витрати відхідних димових газів через переріз теплообмінних елементів для проходу диму секцій 13, що встановлені з боку підводу холодного газового палива та повітря, у кожному теплообміннику складає 35-45 % сумарних витрат через переріз теплообмінних елементів для проходу диму проміжних 15 та секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, а сумарні витрати через перетин теплообмінних елементів для проходу диму секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, дорівнює сумарним витратам через перетин теплообмінних елементів для проходу диму проміжних секцій 15. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками технічного рішення, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Відведення частини відхідних димових газів, обминаючи першу та проміжні секції кожного теплообмінника, та подання її у останню секцію теплообмінника з боку підводу компонентів спалення, забезпечує подачу на вхід останньої секції відхідних димових газів з температурою 240-280 °C. Регулювання температури відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу в залежності від температури відхідних димових газів на виході з останньої секції теплообмінних елементів зміною витрати відхідних димових газів через теплообмінні елементи останньої секції кожного теплообмінника дозволяє підвищити температуру димових газів у останній, найбільш схильній до корозії, секції, вище температури точки роси сірчаної кислоти, та забезпечити захист сталевих теплообмінних елементів теплообмінників від кислотної корозії. Згідно винаходу, перетин секції, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, по теплообмінним елементам якої йдуть димові гази, складає 35-45 % від сумарного перетину проміжних секцій 15 та секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря. Якщо вказаний перетин буде менше за 35 %, то, як показали теплові розрахунки, частина теплообмінних елементів проміжних секцій, суміжних з тепловими елементами секції, що встановлена з боку підводу холодного газу (повітря), буде в зоні кислотної корозії: температура диму на виході проміжної секції буде менша за температуру точки роси сірчаної кислоти (кислотна корозія трубок проміжної секції). Якщо ж вказаний перетин буде більше за 45 % сумарного перетину проміжних секцій та секції з боку підводу холодних повітря (газу), то теплоти (кількості) димових газів, що залишились для секції, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та проміжних секцій, буде недостатньо, щоб досягти температури підігріву повітря та паливного газу 160-180 °C для забезпечення температури під куполом повітронагрівачів 1350 °C. Зміна схеми руху теплоносіїв в теплообмінниках (рекуператорах з перехреснопротипотоковою схемою руху теплоносіїв) на таку, що в теплообмінні елементи подаються гарячі димові відхідні гази, а в простір між теплообмінними елементами - компоненти спалення, забезпечує більш сприятливі умови експлуатації теплообмінників. Винахід реалізується за допомогою пристрою для утилізації теплоти відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів, що схематично представлений на кресленні. Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів складається з теплообмінників для підігріву газового палива 1 та повітря 2, до яких підводяться димопроводи відхідних димових газів 3, 4 повітронагрівників 5, газопроводу 6 та повітропроводу 7 підводу холодних газового палива та повітря до теплообмінників 1, 2 та відводу нагрітих газового палива 8 та повітря 9 до пальників 10 повітронагрівачів 5. Повітря спалення подається на вхід теплообмінника 2 за допомогою вентилятора 11. Підвід димових газів на кожен теплообмінник 1, 2 здійснюється двома димопроводами: основні 3, 4 з'єднуються зі входом секції 14, що встановлена з боку входу гарячих відхідних димових газів та з'єднаної колектором 16 з проміжними секціями 15, що встановлені наступними по напрямку руху гарячих відхідних газів, а другий допоміжний димопровід 12 - з секцією 13, що встановлена з боку підводу холодного газу (повітря). Секція 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та проміжні 15 секції теплообмінників 1, 2 з'єднуються колектором 16. Допоміжний димопровід 12 2 UA 98740 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 обладнано дросельним клапаном 17, вихід 18 з секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газу (повітря) - датчиками температури 19, які електрично за допомогою процесору 20 з'єднані з виконавчими механізмами 21 та дросельними клапанами 17. Відпрацьовані димові гази з теплообмінників 1, 2 за допомогою димососу 22 направляються через димопровід 23 у димову трубу 24. На загальному димопроводі 3 встановлюється дросельний клапан 27 з виконавчим механізмом 32, який електрично зв'язаний з процесором 20. Перетин секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газу (повітря), по теплообмінних елементах якої йдуть димові гази, складає 35-45 % від сумарного перетину проміжних секцій 15 та секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря. Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів блоку повітронагрівачів доменних печей працює наступним чином. Відхідні димові гази із повітронагрівників 5 потрапляють у димопровід 28, далі у димову трубу 24. Гарячі відхідні димові гази відбирають у основі димової труби 24 і далі по збірному димопроводу 26, а потім по димопроводах 3, та 4 спрямовують до теплообмінників для нагріву газу 1 та повітря 2. Далі димові гази діляться на два потоки: перший основний, проходить на вхід секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів до теплообмінників 1, 2, а другий потік по допоміжному димопроводу 12, що обминає секцію 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та обминає проміжні секції 15 теплообмінників, потрапляє у секцію 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря. Потік диму, що потрапляє у секцію 14, по колектору 16 потрапляє у проміжні секції 15. Основна частина димових газів з температурою 240-280 °C проходить у середині теплообмінних елементів теплообмінників 1, 2 через секцію 14 та проміжні секції 15. Свіжі димові гази також з температурою 240-280 °C направляються по димопроводу 12 у секцію 13. Далі відпрацьовані відхідні димові гази з теплообмінників 1, 2 за допомогою димососу 22 направляються через допоміжні димопроводи 29 та 30, що з'єднані з проміжним димопроводом 31, сполученим зі збірним 23 димопроводом повернення охолоджених відхідних димових газів до димової труби, у димову трубу 24. Кількість димових газів, що потрапляє у теплообмінники 1, 2, регулюється за допомогою дросельних клапанів 25, які установлюються відповідно на димопроводах 3, 4. Температура димових газів на виході з секції 13 вимірюється датчиком 19 і вона має бути на 15-20 °C більше температури точки роси сірчаної кислоти. Якщо вказана температура диму буде менше цих значень, або менше температури точки роси сірчаної кислоти, то за допомогою дроселю 17 збільшується кількість допоміжних свіжих димових газів. Регулювання температури на виході з секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газу (повітря) здійснюється системою: температурний датчик 19 - процесор 20 - дросель 17 виконавчий механізм 21. Холодне повітря вентилятором 11 подається в теплообмінник 2, де воно проходить через простір між теплообмінними елементами і нагрівається. Холодний доменний газ аналогічно нагрівається у газовому теплообміннику 1. Нагріті до температури 160180 °C компоненти спалення через трубопроводи 8, 9 подаються в пальники 10 повітронагрівачів 5. За допомогою дроселю 27 на димопроводі 3 регулюється опір між вихлопом та всисом димососу 22, щоб не допустити "короткого замикання" між його всисом та вихлопом, коли димові гази безпосередньо циркулюють по вказаному кільцю, і щоб після вихлопу через димовий канал димопроводу 23 дим підіймався по димовій трубі 24 на вихід в атмосферу. Обладнання теплообмінників на нагріву компонентів спалення повітронагрівачів доменних печей допоміжним димопроводом, по якому в їх теплообмінні елементи подають відхідні димові гази з температурою, суттєво вищою за температуру точки роси сірчаної кислоти на 120-140 °C, дозволяє підвищити температуру відхідних димових газів на виході з теплообмінників та надійно забезпечити захист сталевих теплообмінних елементів від кислотної корозії та підвищити строк служби теплообмінників. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб утилізації тепла відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей, що включає підведення холодних газового палива і повітря до теплообмінників підігріву газового палива і повітря, що встановлені на димопроводах гарячих відхідних димових газів повітронагрівачів доменних печей, та які містять теплообмінні елементи, з'єднані у окремі секції, відбирання в димовій трубі і підведення до теплообмінників гарячих відхідних димових газів, відведення гарячих газового палива і повітря від теплообмінників до пальників повітронагрівачів 3 UA 98740 C2 5 10 15 20 25 і відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу, причому відбирання гарячих відхідних димових газів проводять в основі димової труби, а відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників проводять у верхню частину димової труби, причому в димопроводах відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників створюють розрідження, який відрізняється тим, що вказані секції містять першу, останню та проміжні секції кожного теплообмінника, а гарячі відхідні димові гази спрямовують у теплообмінні елементи кожного теплообмінника, а повітря та газове паливо спрямовують у простір між теплообмінними елементами, при цьому частину відхідних димових газів відводять, обминаючи першу та проміжні секції кожного теплообмінника, та спрямовують у останню секцію теплообмінника з боку підводу компонентів спалення, а температуру відведення охолоджених відхідних димових газів після теплообмінників в димову трубу регулюють в залежності від температури відхідних димових газів на виході з останньої секції теплообмінних елементів зміною витрати відхідних димових газів через теплообмінні елементи останньої секції кожного теплообмінника. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температуру охолоджених відхідних димових газів на виході з останньої секції кожного теплообмінника підтримують на рівні, вищому точки роси сірчаної кислоти на 10-15 °С. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сумарні витрати відхідних димових газів через переріз теплообмінних елементів для проходу диму першої секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, у кожному теплообміннику складає 35-45 % сумарних витрат через переріз теплообмінних елементів для проходу диму проміжних 15 та секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, а сумарні витрати через перетин теплообмінних елементів для проходу диму останньої секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, дорівнює сумарним витратам через перетин теплообмінних елементів для проходу диму проміжних секцій 15. 4 UA 98740 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 5