КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в энергетических котлах, котлах-утилизаторах металлургических печей для охлаждения и частичной очистки высокотемпературных запыленных газов с утилизацией их тепла для выработки пара.
Известны котлы-утилизаторы за печами цветной металлургии ISASMELT и Ausmelt OSCHATZ.
Известные котлы-утилизаторы содержат радиационный и последовательно установленный конвективный газоход, внутри которого расположены конвективные поверхности нагрева в виде змеевиковых подвесных ширм. На ограждающих поверхностях радиационного газохода и конвективных поверхностях для очистки от наружных отложений, образующихся при осаждении пыли из отходящих газов металлургического агрегата, установлены устройства для принудительной ударной очистки. Устройства выполнены в виде групповых и индивидуальных электромеханических приводов с исполнительными органами в виде падающих молотов, вызывающих механические возмущения, приводящие к обрушению образовавшихся отложений.
К недостаткам известного котла-утилизатора следует отнести высокие эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт электромеханических приводов и отсутствие регулировки возмущающих сил.
Известно устройство для очистки поверхности по патенту №2153403 (Способ для очистки поверхностей от различного рода отложений и устройство для его осуществления, Борткевич С.П., Гордиенко В.М., Иванов В.К., Матвиенко О.В.).
Устройство содержит источник высоковольтного постоянного напряжения, разрядный контур, состоящий из накопительного конденсатора, шунтирующего диода, катод которого подключен к положительному выводу конденсатора, коммутатора, плоского индуктора (катушка индуктивности), выполненного в виде спирали, и якоря в виде листа. Якорь жестко закреплен на наружной поверхности, противоположной внутренней поверхности, на которой образуются отложения, с зазором к индуктору. А индуктор установлен на основании, жестко закрепленном на очищаемой поверхности. При кратковременном воздействии электромагнитного поля индуктора и якоря возникают механические импульсы силы, приводящие к локальной упругой деформации поверхности, на которой закреплен якорь, и отрыву осевшего материала при обратном перемещении поверхности. Одиночные механические импульсы должны иметь амплитуды, не превышающие значений, при которых механические напряжения в очищаемой поверхности достигают предела усталости или предела циклической прочности. Установка якоря с зазором относительно индуктора обеспечивает отсутствие механического препятствия очищаемой поверхности при обратном ее перемещении под действием сил упругости и позволяет изменять индуктивность индуктора за счет регулирования величины зазора. Кроме того, наличие зазора между якорем и индуктором предохраняет индуктор от механических воздействий, приводящих к его разрушению, и способствует повышению его ресурса.
Недостатком конструкции является установка системы магнитно-импульсной очистки только на конструкциях с относительно холодными поверхностями температурой ~20-50°С, и имеющих незначительную поперечную продольную жесткость, преимущественно выполненных из листовой стали.
Известно устройство по патенту №2142855, относящееся к устройству электрофильтра, предназначенное для отстукивания одного или более осадительных электродов, расположенных вертикально в один или более параллельных рядов, и содержащему для каждого ряда горизонтальный несущий элемент, к которому прикреплены верхние концы осадительных электродов и отстукивающий механизм, содержащее отстукивающее средство, например, молоток и «наковальню».
Сила отстукивания создается молотком, передающим направленный удар через «наковальню» осадительным электродам, возмущающее воздействие в виде ударной волны, которая распространяется по ним. Слой пыли, накопленный на осадительных электродах, разрыхляется и осыпается.
Недостатком устройства является наличие сложного механического привода, расположенного в среде запыленных газов с высокой температурой t=300-400°С, низкую надежность работы, высокие эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт.
Наиболее близким по технической сущности является котел-утилизатор по патенту на полезную модель №100589 (Котел-утилизатор, Добрынин В.В., Терентьев А.С., Креков А.Г.).
Котел-утилизатор, содержащий радиационный и конвективный газоходы, с ограждающими поверхностями, состоящие из теплообменных панелей, и термосифоны с холодильниками, имеющие верхние и нижние коллекторы, установленные в проемы потолочного экрана, при этом радиационный и конвективные газоходы снабжены патрубками для подключения к импульсному газогенератору для очистки от пыли.
К недостаткам известного котла-утилизатора следует отнести малую эффективность газо-импульсной очистки для удаления отложений пыли с конвективных поверхностей, образующихся при движении высокотемпературных запыленных газов от металлургического агрегата, а при снижении теплопередающей способности теплообменных поверхностей возникает необходимость ручной очистки.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является сохранение эффективности работы котла-утилизатора за счет постоянного удаления с конвективных теплообменных поверхностей пыли, оседающей из потока газов, исключение эксплуатационных затрат, связанных с необходимостью очистки конвективных поверхностей вручную и повышение надежности и эффективности работы устройства очистки.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в котле-утилизаторе, содержащем радиационный, конвективный газоходы с ограждающими поверхностями, и конвективные поверхности, выполненные в виде подвесных змеевиковых ширм или блоков термосифонов, внутри газоходов на рабочую часть или снаружи газоходов на выступающую часть установлен пояс на каждую конвективную поверхность. К поясам конвективных поверхностей в количестве от двух до десяти штук за пределами ограждающих поверхностей прикреплена «балка-наковальня». В зазор между «балкой-наковальней» и балкой каркаса котла установлен индуктор системы магнитно-импульсной очистки и прикреплен к балке каркаса котла, причем «балка-наковальня» прикреплена сверху и (или) сбоку к поясам конвективных поверхностей. Проходы конвективных поверхностей и поясов через ограждающие поверхности выполнены через проемы. На проемы установлены уплотняющие элементы.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - общий вид котла-утилизатора;
на фиг. 2 - узел установки индуктора магнитно-импульсной очистки;
на фиг. 3 - узел прохода конвективной поверхности через потолочный экран;
на фиг. 4 - узел прохода пояса конвективной поверхности через ограждающую стену.
Котел-утилизатор (фиг. 1) содержит радиационный газоход 1 с вертикальными ограждающими поверхностями 2, с потолочным экраном 3 и конвективными поверхностями 4, переходной газоход 5, конвективный газоход 6 с вертикальными ограждающими поверхностями 2, потолочным экраном 3 и конвективными поверхностями 4.
Рабочая часть конвективных поверхностей 4 установлена внутри радиационного 1 и конвективного 6 газоходов.
Фиг. 2. На каждой рабочей части конвективной поверхности 4 внутри газоходов 1, 6 или на выступающей ее части за пределы потолочного экрана 3 установлен пояс 7. К поясам 7 конвективных поверхностей 4 в количестве от двух до десяти штук за пределами ограждающих поверхностей 2 и потолочного экрана 3 крепится «балка-наковальня» 8. В зазор между «балкой-наковальней» 8 и балкой 9 каркаса котла установлен индуктор 10 системы магнитно-импульсной очистки 11 и прикреплен к балке 9 каркаса котла. «Балки-наковальни» 8 прикреплены к поясам 7 сверху и (или) сбоку для возбуждения активной силы с вектором в вертикальном и (или) горизонтальном направлении.
Фиг. 3. Проход конвективных поверхностей 4 через потолочный экран 3 выполнен через проемы с установкой уплотняющих элементов в виде линзовых компенсаторов 12.
Фиг. 4. Проход поясов 7 конвективных поверхностей 4 выполнен через проемы вертикальных ограждающих поверхностей 2 через сальниковое уплотнение 13.
Ограждающие теплообменные поверхности 2 радиационного 1, конвективного газоходов 6, конвективные поверхности 4 опираются на несущие строительные балки 9 каркаса котла.
Котел-утилизатор работает следующим образом.
В радиационный газоход 1 котла-утилизатора поступают отходящие от металлургического агрегата запыленные технологические газы температурой 1200-1700°С.
В радиационной газоходе 1 за счет радиационного излучения газы передают тепло вертикальным ограждающим поверхностям 2 и поступают в конвективные поверхности 4 радиационного газохода 1 с температурой 900-1100°С.
Из потока отходящих газов, имеющих относительно низкую скорость, происходит оседание пыли и образование плотных отложений на конвективных поверхностях 4. Газы температурой 800-900°С через переходной газоход 5 поступают в конвективный газоход 6, где отдают свое тепло ограждающим поверхностям 2 и конвективным поверхностям 4.
На конвективных поверхностях 4 конвективного газохода 6 также происходит выпадение пыли и образование отложений. После охлаждения газов в конвективном газоходе 6 газы удаляются из котла с температурой 400-450°С.
Образовавшиеся отложения на конвективных поверхностях 4 являются термическим сопротивлением передачи тепла и значительно умешают тепловую производительность котла и эффективность его работы.
При включении магнитно-импульсной очистки 11 протекающий через индуктор 10 разрядный ток наводит электромагнитное поле в индукторе 10, которое, в свою очередь, наводит вихревой ток и электромагнитное поле в «балке-наковальне» 8. Взаимодействие импульсных магнитных полей, создаваемых разрядным и наведенным токами, приводит к возникновению активной импульсной силы с вектором в вертикальном или горизонтальном направлении, расталкивающей индуктор 10 и «балку-наковальню» 8. Возникающая реактивная сила передается балкам 9 каркаса.
Поскольку «балка-наковальня» 8 жестко закреплена на поясах 7 конвективных поверхностей 4, последние подвергается воздействию возмущающей силы, которая регулируется разрядным током индуктора 10.
В течение короткого интервала времени «балка-наковальня» 8, отталкиваясь от индуктора 10, возбуждает в трубах конвективных поверхностей 4 продольные и поперечные волны напряжений в металле, при этом между поверхностью труб конвективных поверхностей 4 и отложениями появляются напряжения сдвига, а в поверхности труб возникают упругие силы, стремящиеся вернуть поверхность в первоначальное положение. Под действием силы упругости поверхность труб, не испытывая противодействия, кроме силы адгезии налипшего материала, с высокой скоростью возвращается в первоначальное положение. При этом происходит отрыв очищаемой поверхности труб от налипшего материала, и тем самым достигается эффективная очистка всей конвективной поверхности 4. Запасенная потенциальная энергия системы магнитно-импульсной очистки и возмущающая сила должны иметь амплитуды, не превышающие значений, при которых механические напряжения в очищаемой поверхности достигают предела усталости или предела циклической прочности.
Индуктор 10 не подвержен тепловому воздействию, т.к. температура 250-300°С конвективных поверхностей 4, за счет сопротивления теплопроводности «балки-наковальни» 8, индуктору 10 не передается.