Пристрій для утилізації тепла відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Пристрої для утилізації тепла відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів 5 містить димопроводи 3, 4 підводу гарячих відхідних димових газів до теплообмінників підігріву газового палива 1 і повітря 2, в якості яких встановлені рекуператори з перехрестно-протипотіковою схемою руху теплоносіїв, які містять теплообмінні елементи, з'єднані у окремі секції, зокрема секції 13, 14 та 15. Кожний димопровід 3, 4 підводу гарячих відхідних димових газів до теплообмінників 1, 2 з'єднаний з входом до теплообмінних елементів секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та UA 98741 C2 (12) UA 98741 C2 обладнаний допоміжним димопроводом 12, що обминає секцію 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та обминає також проміжні секції 15 теплообмінників, та з'єднаний з входом до теплообмінних елементів секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря. Винахід дозволяє підвищити температуру димових газів на виході з теплообмінників та надійно забезпечити захист сталевих теплообмінних елементів від кислотної корозії та підвищити строк служби теплообмінників. UA 98741 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується чорної металургії, зокрема пристроїв для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів і може бути використаний в енергетиці, кольоровій металургії та хімічній промисловості. Відомий пристрій для 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 димопроводи від повітронагрівачів з встановленими за ними теплообмінниками для підігріву газового палива і повітря, які містять теплообмінні елементи, об'єднані у окремі секції, що встановлені послідовно по руху компонентів спалення, що підігріваються, димопроводи відведення відпрацьованих відхідних димових газів після теплообмінників, з'єднаних з димовою трубою, причому в димопроводі відводу димових газів з газового теплообмінника встановлено регулюючий дросельний орган, який змінює кількість відхідних газів через вказаний теплообмінник (дросель електричними зв'язками з'єднаний з датчиком температури, встановленим на трубопроводі палива після газового теплообмінника), трубопроводи підводу палива та повітря до теплообмінників, трубопроводи підводу підігрітих палива та повітря до пальників повітронагрівачів, димопровід, що обминає теплообмінники та з'єднаний з димовою трубою (байпас), має регулюючий дросель, з'єднаний електрично з датчиком температури відхідних газів після зливання усіх димових потоків перед димовою трубою. Як теплообмінники для підігріву компонентів горіння встановлені рекуператори з перехресно-протипотоковою схемою руху теплоносіїв. В теплообмінні елементи від низу до верху подається повітря (газ) горіння, в простір між теплообмінними 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 відсутність регулювання цієї температури таким чином, щоб вона була вище температури точки роси сірчаної кислоти на 10-15 °C, тому що 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 пристрій для утилізації теплоти відхідних газів повітронагрівачів доменних печей (див. заявку на корисну модель України № U201010748 від 06.09.2010 р., МПК С21В 9/10), який містить трубопроводи гарячих відхідних газів, з'єднані з теплообмінниками підігріву газового палива і повітря, які містять теплообмінні елементи, об'єднані у окремі секції, що встановлені послідовно по руху компонентів спалення, трубопроводи підведення та відведення газового палива і повітря до теплообмінників підігріву газового палива і повітря, збірні трубопроводи підведення гарячих і відведення охолоджених відхідних газів та димову трубу, причому вхідний отвір збірного трубопроводу гарячих відхідних газів розміщений в основі димової труби, а вихідний отвір збірного трубопроводу відведення охолоджених відхідних газів розміщений у верхній частині димової труби, при цьому на збірному трубопроводі відведення охолоджених відхідних газів в димову трубу встановлений димосос. Недоліком найближчого аналогу є відсутність контролю температури відхідних димових газів доменних повітронагрівачів після останньої секції теплообмінника та відсутність регулювання цієї температури таким чином, щоб вона була вище температури точки роси сірчаної кислоти на 10-15 °C. Цей недолік призводить до появи кислотної корозії сталевої поверхні останніх по напрямку руху компонентів спалення теплообмінних елементів теплообмінників в осінньо-зимовий період, коли температура повітря складає -15÷+10 °С, а температура димових газів на виході останньої секції завжди нижче температури точки роси сірчаної кислоти. Це значно знижує строк експлуатації теплообмінників. В основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій для 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 обладнання їх допоміжним димопроводом, по якому в ці теплообмінні елементи подають відхідні димові гази з температурою, суттєво вищою за температуру точки роси сірчаної кислоти на 120-140 °C. Це дозволяє підвищити температуру димових газів на виході з теплообмінників та надійно забезпечити захист сталевих теплообмінних елементів від кислотної корозії та підвищити строк служби теплообмінників. 1 UA 98741 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для утилізації теплоти відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів 5, що містить димопроводи 3, 4 підводу гарячих відхідних димових газів до теплообмінників підігріву газового палива 1 і повітря 2, в якості яких встановлені рекуператори з перехресно-протипотоковою схемою руху теплоносіїв, які містять теплообмінні елементи, з'єднані у окремі секції, газопровід 6 та повітропровід 7 підведення відповідно холодних газового палива і повітря до теплообмінників підігріву газового палива 1 і повітря 2, та газопровід 8 та повітропровід 9 відведення нагрітих газового палива та повітря до пальників 10 повітронагрівачів 5, збірний 26 димопровід відбору гарячих відхідних газів, вхідний отвір якого розміщений в основі димової труби 24, та обладнаний засобом 22 створення розрідження, збірний 23 димопровід повернення охолоджених відхідних димових газів до димової труби 24, вихідний отвір якого розміщений над вхідним отвором збірного димопроводу 26, згідно з винаходом, кожний димопровід 3, 4 підводу гарячих відхідних димових газів до теплообмінників 1, 2 з'єднаний з входом до теплообмінних елементів секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та обладнаний димопроводом 12, що обминає секцію 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та обминає також проміжні секції 15 теплообмінників, та з'єднаний з входом до теплообмінних елементів секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, причому в кожному теплообміннику 1, 2 теплообмінні елементи секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних димових газів, та проміжні секції 15, що встановлені наступними по напрямку руху гарячих відхідних димових газів, з'єднано колектором 16, а вихід теплообмінних елементів секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, та проміжних секцій 15 кожного теплообмінника допоміжними димопроводами відповідно 29 та 30 з'єднано з проміжним димопроводом 31, сполученим зі збірним 23 димопроводом повернення охолоджених відхідних димових газів до димової труби, причому допоміжні димопроводи 12 обладнані дросельними клапанами 17, а на відвідних від секцій 13, що встановлені з боку підводу холодного газового палива та повітря, проміжних димопроводах 29 встановлено датчики температури 19, що електричними зв'язками з'єднані з процесором 20, який з'єднано з виконавчими механізмами 21, що повертають дросельні клапани 17, а на збірному 26 димопроводі відбору гарячих відхідних газів встановлено дросельний клапан 27. Крім того, сумарний переріз теплообмінних елементів для проходу диму секцій 13, що встановлені з боку підводу холодного газового палива та повітря, у кожному теплообміннику складає 35-45 % сумарного перерізу теплообмінних елементів для проходу диму проміжних 15 та секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, а сумарний перетин теплообмінних елементів для проходу диму секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, дорівнює сумарному перетину 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. Обладнання кожного теплообмінника пристрою для утилізації теплоти відхідних димових газів допоміжним трубопроводом та встановлення на виході з секції, що встановлена з боку підводу холодного газового палив та повітря датчиків температури, які електричними зв'язками сполучені з процесором, який з'єднано з виконавчими механізмами та дросельними клапанами, які встановлено на допоміжному трубопроводі, забезпечує підвищення температури відхідних димових газів вище точки роси сірчаної кислоти в останніх по напрямку руху димових газів теплообмінних елементах теплообмінників. Об'єднання теплообмінних труб теплообмінників у секції, причому першу та проміжні секції по напрямку руху гарячих відхідних газів з'єднано колектором, а кожний димопровід гарячих відхідних газів перед теплообмінниками газу та повітря обладнаний допоміжним димопроводом, що обминає першу та проміжні секції теплообмінника по напрямку руху гарячих відхідних газів, та з'єднаний з входом його останньої секції з боку підводу компонентів спалення, забезпечує подачу на вхід останньої секції димових газів з температурою 240-280 °C. Згідно з винаходом, перетин секції, 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. 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 газового палива та 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). 2 UA 98741 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 пояснюється кресленням, де схематично представлений пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів. 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 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 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. 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 димопроводам 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 °С 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 3 UA 98741 C2 5 10 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. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 1. Пристрій для утилізації тепла відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів 5, що містить димопроводи 3, 4 підводу гарячих відхідних димових газів до теплообмінників підігріву газового палива 1 і повітря 2, за які встановлені рекуператори з перехресно-протипотоковою схемою руху теплоносіїв, які містять теплообмінні елементи, з'єднані у окремі секції, газопровід 6 та повітропровід 7 підведення відповідно холодних газового палива і повітря до теплообмінників підігріву газового палива 1 і повітря 2, та газопровід 8 та повітропровід 9 відведення нагрітих газового палива та повітря до пальників 10 повітронагрівачів 5, збірний 26 димопровід відбору гарячих відхідних газів, вхідний отвір якого розміщений в основі димової труби 24, та обладнаний засобом 22 створення розрідження, збірний 23 димопровід повернення охолоджених відхідних димових газів до димової труби 24, вихідний отвір якого розміщений над вхідним отвором збірного димопроводу 26, який відрізняється тим, що окремі секції передбачають наявність проміжних секцій, а кожний димопровід 3, 4 підводу гарячих відхідних димових газів до теплообмінників 1, 2 з'єднаний з входом до теплообмінних елементів секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та обладнаний допоміжним димопроводом 12, що обминає секцію 14 та обминає також проміжні секції 15 теплообмінників, та з'єднаний з входом до теплообмінних елементів секції 13, що встановлена з боку підводу холодного газового палива та повітря, причому в кожному теплообміннику 1, 2 теплообмінні елементи секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, та проміжні секції 15, що встановлені наступними по напрямку руху гарячих відхідних димових газів, з'єднано колектором 16, а вихід теплообмінних елементів секції 13, та проміжних секцій 15 кожного теплообмінника допоміжними димопроводами відповідно 29 та 30 з'єднано з проміжним димопроводом 31, сполученим зі збірним 23 димопроводом повернення охолоджених відхідних димових газів до димової труби, причому допоміжні димопроводи 12 обладнані дросельними клапанами 17, а на відвідних від секцій 13, що встановлені з боку підводу холодного газового палива та повітря, проміжних димопроводах 29 встановлено датчики температури 19, що електричними зв'язками з'єднані з процесором 20, який з'єднано з виконавчими механізмами 21, призначеними для повертання дросельних клапанів 17, а на збірному 26 димопроводі відбору гарячих відхідних газів встановлено дросельний клапан 27. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що сумарний переріз теплообмінних елементів для проходу диму секцій 13, що встановлені з боку підводу холодного газового палива та повітря, у кожному теплообміннику складає 35-45 % сумарного перерізу теплообмінних елементів для проходу диму проміжних 15 та секції 13, що встановлені з боку підводу холодного газового палива та повітря, а сумарний перетин теплообмінних елементів для проходу диму секції 14, що встановлена з боку підводу гарячих відхідних газів, дорівнює сумарному перетину теплообмінних елементів для проходу диму проміжних секцій 15. 4 UA 98741 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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