УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ОТХОДЯЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ, ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ ПО ГАЗОХОДНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к металлургическому производству и направлено на снижение энергетических затрат по обеспечению перепада разрежения для транспортировки отходящих технологических газов, а также с целью повышения пожарной безопасности и снижения материалоемкости, как самих газоходных сетей, так и их опорных конструкций.
Известно устройство охлаждения анодных газов электролизера, выполненное в виде встроенного в нижнюю часть реактора очистки газов кожухотрубного теплообменника с системой подводой охлаждающей и отвода нагретой воды [El Hani Bouhabila, Bernard Cloutier, Thierry Malard, Philippe Martineau, Hugues Vendette. Electrolytic cell gas cooling upstream of treatment center. «Light Metals 2012», p. 545-550].
Недостатком известного устройства является охлаждение транспортируемых анодных газов непосредственно перед входом в реактор очистки газов, что не затрагивает проблемы охлаждения газов непосредственно в газоходе.
Известно устройство охлаждения удаляемых от электролизера анодных газов, выполненное в виде U-образного участка газохода, соединяющего электролизер со сборным газоходом, и установленного внутри участка металлического стержня, отводящего тепло от стенки газохода в окружающую среду [Antoine de Gromard, Chin Lim, El Hani Bouhabila, Bernard Cloutie, Mathieu Frainais. Development on electrolytic cell gas cooling // Light Metals, 2014. Р. 623-628].
Использование устройства обеспечивает охлаждение транспортируемых анодных газов на 15÷20°С, однако имеет ряд недостатков: увеличение сопротивления сети за счет использования U-образных участков газохода на 0,2 кПа, на преодоление которого затрачивается до 4% развиваемой дымососом мощности, а также малая площадь контакта стержня с поверхностью газохода.
Целью заявляемой полезной модели является организация дополнительного теплообмена транспортируемого технологического газа с окружающим воздухом, и как следствие, снижение температуры газов по всей протяженности газоходной сети, снижение физических объемов газов, сокращение энергозатрат на их транспортировку по газоходной сети и уменьшение материалоемкости газоходной сети.
Поставленные цели достигаются тем, что охлаждение технологических газов, транспортируемых по газоходной сети, осуществляют с помощью установленных на наружной поверхности газоходов теплоотводящих ребер, при этом теплоотводящие ребра выполнены спиралевидными, отношение шага спирали В к наружному диаметру газохода D составляет В:D=1:2÷5, а отношение высоты теплоотводящих ребер h к наружному диаметру газохода D составляет h:D=1:0,05÷0,3.
Оборудование наружной поверхности входящих в состав газоходной сети газоходов теплоотводящими ребрами обосновывается целесообразностью увеличения площади теплоотдающей поверхности, что интенсифицирует отвод тепла в окружающую среду, а также усиливает саму конструкцию газохода, что в ряде мест позволяет отказаться от дополнительных несущих конструкций.
Размещение теплоотводящих ребер по спирали обеспечивает частичное закручивание омывающих газоход воздушных потоков, что увеличивает отвод тепла в окружающую среду за счет интенсификации теплообмена из-за повышения коэффициента турбулентности, а также за счет естественного сдува отложений пыли с верхнего полуцилиндра газохода.
Уменьшение шага спирали В менее 2 D приведет к существенному повышению расхода материала на изготовление теплоотводящих ребер, без существенного увеличения интенсивности отвода тепла от наружных поверхностей входящих в состав газоходной сети.
Увеличение шага спирали В более 5 D снизит интенсивность закручивания омывающих газоход воздушных потоков спиралевидными теплоотводящими ребрами и уменьшит отвод тепла в окружающую среду за счет интенсификации теплообмена.
Высота теплоотводящих ребер h в пределах h:D=1:0,05÷0,3 обосновывается потребностью в обеспечении дополнительной площади телоотдачи, необходимой для интенсификации охлаждения транспортируемых по газоходной сети технологических газов при соблюдении эргономических требований и требований безопасности, а также позволит повысить горизонтальную прочность на изгиб самого тракта не менее, чем на 5%. Газоходная сеть содержит газоходы широкого спектра диаметров - от 150 до 2000 мм и более. Соответственно, теплоотводящие ребра меньшей высоты, около 0,05 D, целесообразно ставить на газоходы большего диаметра, где их высота порядка 100 мм, увеличит площадь теплоотдачи газохода до 25% и горизонтальную прочность на изгиб на 5% и более, а также не создаст помех обслуживающему газоходную сеть технологическому персоналу. Теплоотводящие ребра большей высоты, около 0,3 D, целесообразно ставить на газоходы меньшего диаметра, в которых наблюдается максимальная температура транспортируемых технологических газов. В этом случае ребра высотой от 50 мм (на газоходе наружным диаметром 150 мм) увеличат площадь теплоотдающей поверхности газохода на 10-15% и горизонтальную прочность на изгиб на 10% и более при соблюдении требований эргономики и безопасности при эксплуатации газоходной сети.
Заявляемое устройство охлаждения газов металлургических производств, транспортируемых по газоходной сети, поясняется графически. Наружная поверхность газохода 1 наружным диаметром D оборудуют спиралевидными теплоотводящими ребрами 2 высотой h. Отношение шага спирали В к наружному диаметру газохода D составляет В:D=1:2÷5. Отношение высоты теплоотводящих ребер h к наружному диаметру газохода D составляет h:D=1:0,05÷0,3.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Тепло от транспортируемых технологических газов передается газоходу 1, и далее -спиралевидным теплоотдающим ребрам 2, которые увеличивают площадь теплоотдачи и интенсивность теплоотвода на 10-25%. При этом омывающие газоход ветровые потоки, закручиваясь спиралевидными теплоотдающими ребрами, увеличивают отвод тепла в окружающую среду за счет теплообмена. Таким образом, транспортируемые по газоходной сети технологические газы дополнительно охлаждаются на 20-25°С.
Преимуществами заявляемой полезной модели являются снижение физических объемов и энергозатрат на обеспечение перепада разрежения для транспортировки технологических газов, а также повышение пожарной безопасности и снижение материалоемкости как самих газоходных сетей, так и их опорных конструкций.