УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к устройствам для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, работающих на топливной смеси с переменной теплотворной способностью топливной смеси.
Известно устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, приведеное на схеме в Бюллетене научно-технической информации "Черная металлургия", выпуск 6(962), 1984 г., с.29, рис.3. Устройство содержит трубопроводы подвода конверторного и доменного газов, средство изменения расхода низкокалорийного доменного газа, трубопроводы горячих отходящих газов воздухонагревателей, установленные на них теплообменники для нагрева топливной смеси и воздуха, трубопроводы подвода топливной смеси и воздуха к теплообменникам, трубопроводы охлажденных отходящих газов после теплообменников, соединенные с дымовой трубой, трубопроводы отвода топливной смеси и воздуха после выхода из теплообменников и воздушный компрессор.
Недостатком известного устройства является отсутствие средств регулирования количества топливной смеси и воздуха горения, подаваемых на нагрев, по температуре их подогрева в теплообменниках и, как следствие, некачественное его сгорание в камерах горения воздухонагревателей доменной печи, уменьшение коэффициента полезного действия воздухонагревателей.
Существенными признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: трубопроводы низкокалорийного и высококалорийного газов, трубопроводы горячих
отходящих газов воздухонагревателей с установленными на них теплообменниками подогрева топливной смеси и воздуха, трубопроводы подвода топливной смеси и воздуха к теплообменникам, трубопроводы охлажденных отходящих газов после теплообменников, соединненные с дымовой трубой, трубопроводы отвода топливной смеси и воздуха после выхода из теплообменников, средство изменения расхода низкокалорийного газа, установленное на трубопроводе низкокалорийного газа, воздушный компрессор.
Известно устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей (см. патент Украины №3054, МПК 7, С 21 В 9/10, заявленный 12.12.2003, Бюл. №10), содержащее трубопроводы горячих отходящих газов воздухонагревателей с установленными на них теплообменниками подогрева топливной смеси и воздуха, трубопроводы подвода холодных топливной смеси и воздуха к теплообменникам подогрева топливной смеси и воздуха, трубопроводы охлажденных отходящих газов после теплообменников, соединенные с дымовой трубой, трубопроводы отвода топливной смеси и воздуха после выхода из теплообменников, причем на трубопроводе охлажденных отходящих газов после теплообменника подогрева топливной смеси установлено средство изменения расхода отходящих газов, электрическими связями соединенное с датчиком температуры, установленным на трубопроводе топливной смеси после теплообменника подогрева топливной смеси, средство подачи воздуха /воздуходувная станция/.
Недостатком прототипа является отсутствие средств регулирования количества топливной смеси и воздуха горения, подаваемых на нагрев, по температуре их подогрева в теплообменниках, и, как следствие, некачественное их сгорание в камерах горения воздухонагревателей доменной печи, уменьшение коэффициента полезного действия воздухонагревателей.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками полезной модели, являются: трубопроводы горячих отходящих газов воздухонагревателей с установленными на них теплообменниками подогрева топливной смеси и воздуха, при этом трубопроводы горячих отходящих газов соединены с дымовой трубой, минуя теплообменники, дополнительным обводным трубопроводом с установленным на нем средством изменения расхода отходящих газов, соединенным электрическими связями с датчиком температуры отходящих газов, установленным в дымовой трубе; средство подачи воздуха, соединенное трубопроводом подвода холодного воздуха с теплообменником, соединенным с трубопроводом отвода подогретого воздуха; при этому трубопроводы охлажденных отходящих газов после теплообменников подогрева топливной смеси и воздуха соединены с дымовой трубой, а на трубопроводе охлажденных отходящих газов после теплообменника подогрева топливной смеси установлено средство изменения расхода отходящих газов, соединенное электрическими связками с датчиком температуры, установленным на трубопроводе топливной смеси после теплообменника ее подогрева; а также трубопровод подвода холодной топливной смеси к воздухонагревателям, соединенный с теплообменником подогрева топливной смеси.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей путем снабжения его средствами определения калорийности топливной смеси, температуры ее подогрева и температуры подогрева воздуха, а также системой автоматических связей, что обеспечивает уменьшение расхода топлива и воздуха горения за счет их подогрева и приготовления топливной смеси необходимой калорийности, уменьшения потребляемой электроэнергии на транспортирование воздуха горения и, как следствие,
увеличения коэффициента полезного действия воздухонагревателей доменной печи.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, содержащем трубопроводы /1/ горячих отходящих газов воздухонагревателей с установленными на них теплообменниками подогрева топливной смеси /2/ и воздуха /3/, при этом трубопроводы /1/ горячих отходящих газов соединены с дымовой трубой /4/, минуя теплообменники, дополнительным обводным трубопроводом /5/ с установленным на нем средством изменения расхода /6/ отходящих газов, соединенным электрическими связками с датчиком температуры /7/ отходящих газов, установленным в дымовой трубе /4/, средство подачи воздуха /8/, которое трубопроводом /9/ подвода холодного воздуха соединено с теплообменником /3/ подогрева воздуха, соединенным с трубопроводом отвода подогретого воздуха /10/, при этом трубопроводы /11/ охлажденных отходящих газов после теплообменников соединены с дымовой трубой /4/, а на трубопроводе /11/ охлажденных отходящих газов после теплообменника подогрева топливной смеси 2 установлено средство изменения расхода /12/ отходящих газов, которое электрическими связями соединено с датчиком температуры /13/, установленным на трубопроводе /14/ топливной смеси после теплообменника 2 ее подогрева, а также трубопровод /15/ подвода холодной топливной смеси к теплообменнику /2/ подогрева топливной смеси, согласно полезной модели, на трубопроводе /15/ подвода холодной топливной смеси к теплообменнику /2/ подогрева топливной смеси после врезки трубопровода высококалорийного газа /16/ в трубопровод низкокалорийного газа /17/ установлен калориметр /18/, соединенный электрическими связями /19/ со средством изменения расхода /20/, установленным на трубопроводе /16/ подвода холодного высококалорийного газа, причем на трубопроводе /14/ топливной смеси и трубопроводе /10/ воздуха а после теплообменников /2/ и /3/
их подогрева установлены датчики температуры топливной смеси /21 и воздуха /22/, которые электрическими связями /23/ и /24/ соединены с процессором 25 /щитом КВП/, соединенным электрическими связями /26/ и /27/ со средством изменения расхода /28/ низкокалорийного газа, установленным на трубопроводе /17/ низкокалорийного газа и средством изменения расхода воздуха /29/, установленным на средстве подачи воздуха /8/, соединенного с подводом холодного воздуха /9/.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Включение в состав устройства датчиков температур, установленных на трубопроводах подогретого газового топлива и подогретого воздуха, и электрических связей, которые через процессор /щит КВП/ соответствующим образом воздействуют на регулятор расхода низкокалорийного газа, (прикрывая или открывая его в зависимости от температуры нагрева топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в воздухонагревателях доменной печи), а также включение в состав устройства калориметра для создания соответствующей калорийности топливной смеси (изменением соответствующим образом регулятором расхода высококалорийного газа, установленным на трубопроводе высококалорийного газа, посредством калориметра, установленного на трубопроводе топливной смеси, и электрических связей между ним и регулятором расхода высококалорийного газа), обеспечивает качественное сгорание топлива в воздухонагревателе, повышение температуры нагрева топливной смеси в устройстве утилизации тепла отходящих газов. Кроме этого, сигнал от процессора /щита КВП/ по электрическим связям поступает на частотный регулятор, который необходимым образом воздействует на электродвигатель вентилятора станции подачи воздуха, за счет изменения скорости вращения которого уменьшается
или увеличивается количество воздуха, обеспечивающего качественное сгорание топлива в доменной печи.
При этом нагрев топливной смеси (состоящей из доменного и природного газов) и воздуха в теплообменниках для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей обеспечивает уменьшение количества топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в камерах горения воздухонагревателей доменной печи, что соответствующим образом отображается в системе их подготовки и подачи на нагрев, а именно: уменьшение общего объема топлива и воздуха, подаваемых на нагрев, приводит к дополнительному увеличению температуры их подогрева, что обеспечивает дополнительное уменьшение количества (части) природного газа в топливной смеси, необходимого для создания газовой смеси нужной калорийности для достижения необходимой температуры нагрева насадки воздухонагревателей, уменьшает количество потребляемой электроэнергии на транспортировку воздуха горения, увеличивает энергосберегающий эффект утилизации тепла отходящих газов, увеличивает коэффициент полезного действия работы воздухонагревателей доменной печи.
Таким образом, устройство позволяет уменьшить количество топлива, идущего на нагрев воздухонагревателей, а также уменьшить количество электроэнергии, расходуемой вентилятором на транспортировку воздуха горения.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема устройства для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменной печи.
Устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменной печи состоит из теплообменника 2 подогрева топливной смеси, теплообменника 3 подогрева воздуха для горения, средство изменения 12 расхода отходящих газов, установленного на трубопроводе 11 охлажденных
отходящих газов после теплообменника 2 подогрева топливной смеси, соединенного электрическими связями с датчиком температуры 13, установленным за теплообменником 2 подогрева топливной смеси на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси после выхода из теплообменника 2 подогрева топливной смеси, дополнительного обводного трубопровода 5 отходящих газов, минующего теплообменники, с установкой на нем средство изменения 6 расхода отходящих дымовых газов, соединенного электрическими связями с датчиком температуры 7, установленным в дымовой трубе 4, трубопроводов 1 гарячих отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, трубопроводов 11 охлажденных отходящих газов после теплообменников подогрева газового топлива и воздуха, трубопровода 15 подведения холодной топливной смеси, калориметра 18, установленного на трубопроводе 15 холодного газового топлива, соединенного электрическими связями 19 со средством изменеия 20 расхода природного газа, установленным на трубопроводе 16 природного газа; средство изменения 28 расхода доменного газа, установленного на трубопроводе 17 доменного газа, соединенного электрическими связями 26 с процессором 25 / щитом контрольно-измерительных приборов /КВП/, который электрическими связями 23 и 24 соединен с датчиками температуры 21 и 22, установленными на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси и трубопровода 10 нагретого воздуха соответственно; а также трубопровода 9 подведения холодного воздуха от средства подачи воздуха 8, электродвигатель которого через частотный регулятор 29 электрическими связками 27 соединен с процессором 25 /щитом КВП/.
Устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей работает следующим образом.
Отходящие газы от воздухонагревателей с температурой около 270°С поступают по трубопроводам 1 горячих отходящих газов на теплообменники 2
подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха. Охлажденные отходящие газы от теплообменников 2 подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха по трубопроводам 11 охлажденных отходящих газов отводятся в дымовую трубу 4 воздухонагревателей.
Холодная топливная смесь, состоящая из низкокалорийного и высококалорийного газов, по трубопроводу 15 холодной топливной смеси поступает в теплообменник 2 подогрева топливной смеси, где нагревается до температуры около 180°С и потом по трубопроводу 14 нагретой топливной смеси подается на горение в камеру горения воздухонагревателя.
С помощью датчика температуры 13, установленного на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси после теплообменника 2 подогрева топливной смеси, подается сигнал на средство изменения расхода 12 отходящих газов, установленный на трубопроводе 11 отходящих газов после теплообменника 2 подогрева топливной смеси.
Если температура топливной смеси повышается, то средство изменения расхода 12 отходящих газов необходимым образом прикрывается, уменьшая величину потока отходящих газов через теплообменник 2, а если температура топливной смеси уменьшается, то наоборот, средство изменения расхода 12 отходящих газов открывается, увеличивая величину этого потока.
Холодный воздух от средства подачи воздуха /8/ (вентилятора станции подачи воздуха) поступает по трубопроводу 9 подведения холодного воздуха в теплообменник 3 подогрева воздуха, где нагревается до температуры около 180С и потом по трубопроводу 10 нагретого воздуха подается на поддержку горения топливной смеси в камеры горения воздухонагревателей.
Посредством датчика температуры 7, установленного в дымовой трубе 4, подается сигнал на регулятор расхода 6 отходящих газов, установленный на дополнительном обводном трубопроводе 5 отходящих газов, подключенном к дымовой трубе 4, минуя теплообменники 2 подогрева топливной смеси и 3
подогрева воздуха. Если температура в дымовой трубе 4 увеличивается, то средство изменения расхода 6 отходящих газов необходимым образом прикрывается, уменьшая величину потока отходящих газов, направленных в дымовую трубу 4, а если температура в дымовой трубе 4 уменьшается, то наоборот, средство изменения расхода 6 отходящих газов открывается, увеличивая величину этого потока.
Таким образом, в дымовой трубе поддерживается заданная температура отходящих газов /выше точки росы/ путем смешивания части горячих отходящих газов с охлажденными отходящими газами после теплообменников 2 подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха и не допускается ее разрушение.
Для поддержки калорийности топливной смеси, подаваемой по трубопроводу 15 подведения холодной топливной смеси на горение в камеры горения воздухонагревателей через теплообменник 2 подогрева топливной смеси, предусматривается подмешивание высококалорийного природного газа с калорийностью около 8000 ккал/нм3 к низкокалорийному доменному газу с калорийностью 700-800 ккал/нм3. Таким образом создается топливная смесь с калорийностью 1000 ккал/нм3.
Высококалорийный природный газ по трубопроводу 16 высококалорийного газа, подключенного к внешним источникам природного газа через средство изменения 20 расхода высококалорийного газа поступает в трубопровод 17 низкокалорийного газа, транспортирующий низкокалорийный газ от внешних источников через средство изменения расхода 28 низкокалорийного газа.
После врезки трубопровода 16 высококалорийного газа в трубопровод 17 низкокалорийного газа топливная смесь по трубопроводу 15 подведения холодной топливной смеси поступает в калориметр 18, где определяется ее калорийность.
Нагрев топливной смеси, состоящей из низкокалорийного и высококалорийного газов и воздуха, в теплообменниках для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей обеспечивает уменьшение количества топлива и воздуха, подаваемых на сгорание в камеру горения воздухонагревателей доменных печей.
Регулирование этого уменьшения, то есть расходов холодных топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в камеру горения воздухонагревателя, по температуре их подогрева в теплообменниках, осуществляют следующим образом.
Сигналы от датчика температуры 21, установленного на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси, и датчика температуры 22, установленного на трубопроводе 10 нагретого воздуха, по электрическим связям 23 и 24 поступают на процессор 25 /щит КВП/, где после соответствующей обработки, по электрическим связям 26 поступают к средству изменения 28 расхода низкокалорийного газа, установленному на трубопроводе 17 низкокалорийного газа, для его прикрытия или открытия в зависимости от температуры подогрева топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в воздухонагревателях доменной печи. При этом соответствующим образом средством изменения 20 расхода высококалорийного газа, установленным на трубопроводе 16 высококалорийного газа, через калориметр 18 и электрические связи 19 изменяется расход высококалорийного газа для создания соответствующей калорийности топливной смеси. Кроме этого сигнал от процессора 25 /щита КВП/ по электрическим связям 27 поступает на частотный регулятор 29, который необходимым образом влияет на электродвигатель средства подачи воздуха 8 (вентилятора), где за счет скорости вращения электродвигателя уменьшается или увеличивается количество подачи воздуха, что требуется для качественного сгорания топливной смеси.
Таким образом, устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменной печи обеспечивает получение высокого энергосберегающего эффекта за счет уменьшения количества расхода топливной смеси, идущей на нагрев воздухонагревателей, и уменьшения количества потребляемой электроэнергии на транспортировку воздуха горения, а также за счет надежной работы устройства для утилизации тепла и всей системы воздухонагревателей доменной печи.