УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ БЛОКА ДОМЕННЫХ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
DEVICE FOR HEAT RECOVERY OF EFFLUENT GASES OF BLAST-FURNACE AIR HEATERS UNIT

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для утилизации тепла отходящих дымовых газов доменных воздухонагревателей и может быть использовано в энергетике, цветной металлургии и химической промышленности.
Известно устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов воздухонагревателей доменных печей (см. Грес Л.П. Высокоэффективный нагрев доменного дутья. - Днепропетровск: Пороги, 2008 г., с.366-368, фиг.6.13.), содержащее дымопроводы от воздухонагревателей с установленными за ними теплообменниками для подогрева газового топлива и воздуха, содержащие теплообменные элементы, объединенные в отдельные секции, установленные последовательно по движению подогреваемых компонентов сжигания, дымопроводы отвода отработанных отходящих дымовых газов после теплообменников, соединенных с дымовой трубой, причем в дымопроводе отвода дымовых газов из газового теплообменника установлен регулирующий дроссельный орган, изменяющий количество отходящих газов через указанный теплообменник (дроссель электрическими связями соединен с датчиком температуры, установленным на трубопроводе топлива после газового теплообменника), трубопроводы подвода топлива и воздуха к теплообменникам, трубопроводы подвода подогретых топлива и воздуха к горелкам воздухонагревателей, дымопровод, обходящий теплообменники и соединенный с дымовой трубой (байпас), снабженный регулирующим дросселем, соединенным электрически с датчиком температуры отходящих газов после слияния всех дымовых потоков перед дымовой трубой. В качестве теплообменников для подогрева компонентов горения установлены рекуператоры с перекрестно-противоточной схемой движения теплоносителей. В теплообменные элементы снизу вверх подается воздух (газ) горения, в пространство между теплообменными элементами - горячие дымовые газы, отходящие сверху вниз от воздухонагревателей. Теплообменники обеспечивают подогрев компонентов горения до 180°С.
Недостатком аналога является отсутствие контроля температуры дымовых газов после последней секции теплообменника и отсутствие регулирования этой температуры таким образом, чтобы она была выше температуры точки росы серной кислоты на 10-15°С, потому что отсутствие такого регулирования приводит к кислотной коррозии стальной поверхности последних по направлению движения дымовых газов теплообменных элементов теплообменников в осенне-зимний период, когда температура воздуха составляет -15 ÷ +10°С, а температура дымовых газов на выходе последней секции всегда ниже температуры точки росы серной кислоты. Это значительно снижает срок эксплуатации теплообменников.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату, является устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей (см. заявку на полезную модель Украины № U 201010748 от 06.09.2010 г., МПК С21В 9/10), содержащее трубопроводы горячих отходящих газов, соединенные с теплообменниками подогрева газового топлива и воздуха, содержащими теплообменные элементы, объединенные в отдельные секции, установленные последовательно по движению компонентов сжигания, трубопроводы подвода и отвода газового топлива и воздуха к теплообменникам подогрева газового топлива и воздуха, сборные трубопроводы подвода горячих и отвода охлажденных отходящих газов и дымовую трубу, причем входное отверстие сборного трубопровода горячих отходящих газов размещено в основании дымовой трубы, а выходное отверстие сборного трубопровода отвода охлажденных отходящих газов размещено в верхней части дымовой трубы, при этом на сборном трубопроводе отвода охлажденных отходящих газов в дымовую трубу установлен дымосос.
Недостатком прототипа является отсутствие контроля температуры отходящих дымовых газов доменных воздухонагревателей после последней секции теплообменника и отсутствие регулирования этой температуры таким образом, чтобы она была выше температуры точки росы серной кислоты на 10-15°С.
Этот недостаток приводит к появлению кислотной коррозии стальной поверхности последних по направлению движения компонентов сжигания теплообменных элементов теплообменников в осенне-зимний период, когда температура воздуха составляет -15 ÷ +10°С, а температура дымовых газов на выходе последней секции всегда ниже температуры точки росы серной кислоты. Это значительно снижает срок эксплуатации теплообменников.
В основу изобретения поставленная задача усовершенствовать устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов блока доменных воздухонагревателей путем повышения температуры отходящих дымовых газов выше точки росы серной кислоты в последних по направлению движения дымовых газов теплообменных элементах теплообменников за счет оборудования их вспомогательным дымопроводом, по которому в эти теплообменные элементы подают отходящие дымовые газы с температурой, существенно выше температуры точки росы серной кислоты на 120-140°С. Это позволяет повысить температуру дымовых газов на выходе из теплообменников и надежно обеспечить защиту стальных теплообменных элементов от кислотной коррозии и повысить срок службы теплообменников.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для утилизации тепла отходящих дымовых газов блока доменных воздухонагревателей 5, содержащем дымопроводы 3, 4 подвода горячих отходящих дымовых газов к теплообменникам подогрева газового топлива 1 и воздуха 2, в качестве которых установлены рекуператоры с перекрестно-противоточной схемой движения теплоносителей, содержащие теплообменные элементы, соединенные в отдельные секции, газопровод 6 и воздухопровод 7 подвода соответственно холодных газового топлива и воздуха к теплообменникам подогрева газового топлива 1 и воздуха 2, и газопровод 8 и воздухопровод 9 отвода нагретых газового топлива и воздуха к горелкам 10 воздухонагревателей 5, сборный 26 дымопровод отбора горячих отходящих газов, входное отверстие которого размещено в основании дымовой трубы 24, и оборудовано средством 22 создания разряжения, сборный 23 дымопровод возврата охлажденных отходящих дымовых газов к дымовой трубе 24, выходное отверстие которого размещено над входным отверстием сборного дымопровода 26, согласно изобретению каждый дымопровод 3, 4 подвода горячих отходящих дымовых газов к теплообменникам 1, 2 соединен со входом теплообменных элементов секции 14, установленной со стороны подвода горячих отходящих газов, и оборудован дымопроводом 12, обходящим секцию 14, установленную со стороны подвода горячих отходящих газов, и обходящим также промежуточные секции 15 теплообменников, и соединен со входом теплообменных элементов секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха), причем в каждом теплообменнике 1, 2 теплообменные элементы секции 14, установленной со стороны подвода горячих отходящих дымовых газов, и промежуточные секции 15, установленные следующими по направлению движения горячих отходящих дымовых газов, соединены коллектором 16, а выход теплообменных элементов секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха), и промежуточных секций 15 каждого теплообменника вспомогательными дымопроводами соответственно 29 и 30 соединены с промежуточным дымопроводом 31, соединенным со сборным 23 дымопроводом возврата охлажденных отходящих дымовых газов в дымовую трубу, причем вспомогательные дымопроводы 12 оборудованы дроссельными клапанами 17, а на отводящих от секций 13, установленных со стороны подвода холодного газа (воздух), промежуточных дымопроводах 29 установлены датчики температуры 19, которые электрическими связями соединены с процессором 20, соединенным с исполнительными механизмами 21, поворачивающими дроссельные клапаны 17, а на сборном 26 дымопроводе отбора горячих отходящих газов установлен дроссельный клапан 27.
Кроме того, суммарное сечение теплообменных элементов для прохода дыма секций 13, установленных со стороны подвода холодного газа (воздуха), в каждом теплообменнике составляет 35-45% суммарного сечения теплообменных элементов для прохода дыма промежуточных 15 и секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха), а суммарное сечение теплообменных элементов для прохода дыма секции 14, установленной со стороны подвода горячих отходящих газов, равняется суммарному сечению теплообменных элементов для прохода дыма промежуточных секций 15.
Причинно-следственная связь между существенными признаками заявляемого технического решения, и достигаемым техническим результатом, заключается в следующем.
Оборудование каждого теплообменника устройства для утилизации тепла отходящих дымовых газов вспомогательным трубопроводом и установка на выходе из секции, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха) датчиков температуры, соединенных электрическими связями с процессором, соединенным с исполнительными механизмами и дроссельными клапанами, установленными на вспомогательном трубопроводе, обеспечивает повышение температуры отходящих дымовых газов выше точки росы серной кислоты в последних по направлению движения дымовых газов теплообменных элементах теплообменников.
Объединение теплообменных труб теплообменников в секции, причем первая и промежуточные секции по направлению движения горячих отходящих газов соединены коллектором, а каждый дымопровод горячих отходящих газов перед теплообменниками газа и воздуха оборудован вспомогательным дымопроводом, обходящим первую и промежуточные секции теплообменника по направлению движения горячих отходящих газов, и соединенный со входом его последней секции со стороны подвода компонентов сжигания, обеспечивает подачу на вход последней секции дымовых газов с температурой 240-280°С.
Согласно изобретению сечение секции, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха), по теплообменным элементам которой идут дымовые газы, составляет 35-45% от суммарного сечения промежуточных секций 15 и секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха).
Если указанное сечение будет меньше чем 35%, то, как показали тепловые расчеты, часть теплообменных элементов промежуточных секций, смежных с тепловыми элементами секции, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха), будет в зоне кислотной коррозии: температура дыма на выходе промежуточной секции будет меньше температуры точки росы серной кислоты (кислотная коррозия трубок промежуточной секции).
Если же указанное сечение будет больше 45% суммарного сечения промежуточных секций и секции со стороны подвода холодного воздуха (газа), то тепла (количества) дымовых газов, которые остались для секции, установленной со стороны подвода горячих отходящих газов, и промежуточных секций, будет недостаточно, чтобы достичь температуры подогрева воздуха и топливного газа 160-180°С для обеспечения температуры под куполом воздухонагревателей 1350°С.
Изменение схемы движения теплоносителей в теплообменниках (рекуператорах с перекрестно-противоточной схемой движения теплоносителей) на такую, в которой в теплообменные элементы подаются горячие дымовые отходящие газы, а в пространство между теплообменными элементами - компоненты сжигания, обеспечивает более благоприятные условия эксплуатации теплообменников.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематически представлено устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов блока доменных воздухонагревателей.
Устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов блока доменных воздухонагревателей состоит из теплообменников для подогрева газового топлива 1 и воздуха 2, к которым подводятся дымопроводы отходящих дымовых газов 3, 4 воздухонагревателей 5, газопровода 6 и воздухопровода 7 подвода холодных газового топлива и воздуха к теплообменникам 1, 2 и отвода нагретых газового топлива 8 и воздуха 9 к горелкам 10 воздухонагревателей 5. Воздух сжигания подается на вход теплообменника 2 с помощью вентилятора 11. Подвод дымовых газов на каждый теплообменник 1, 2 осуществляется двумя дымопроводами: основные 3, 4 соединяются со входом секции 14, установленной со стороны входа горячих отходящих дымовых газов и соединенной коллектором 16 с промежуточными секциями 15, установленными следующими по направлению движения горячих отходящих газов, а второй вспомогательный дымопровод 12 - с секцией 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха). Секция 14, установленная со стороны подвода горячих отходящих газов, и промежуточные 15 секции теплообменников 1, 2 соединяются коллектором 16. Вспомогательный дымопровод 12 оборудован дроссельным клапаном 17, выход 18 из секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха) - датчиками температуры 19, соединенными электрически с помощью процессора 20 с исполнительными механизмами 21 и дроссельными клапанами 17. Отработанные дымовые газы из теплообменников 1, 2 с помощью дымососа 22 направляются через дымопровод 23 в дымовую трубу 24. На общем дымопроводе 3 устанавливается дроссельный клапан 27 с исполнительным механизмом 32, электрически связанным с процессором 20.
Сечение секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха), по теплообменным элементам которой идут дымовые газы, составляет 35-45% от суммарного сечения промежуточных секций 15 и секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха).
Устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов блока воздухонагревателей доменных печей работает следующим образом.
Отходящие дымовые газы из воздухонагревателей 5 попадают в дымопровод 28, далее в дымовую трубу 24. Горячие отходящие дымовые газы отбирают в основании дымовой трубы 24 и дальше по сборному дымопроводу 26, а потом по дымопроводам 3 и 4 направляют к теплообменникам для нагрева газа 1 и воздуха 2. Дальше дымовые газы делятся на два потока: первый, основной, проходит на вход секции 14, установленной со стороны подвода горячих отходящих газов к теплообменникам 1, 2, а второй поток проходит по вспомогательному дымопроводу 12, обходящему секцию 14, установленную со стороны подвода горячих отходящих газов, обходит промежуточные секции 15 теплообменников и попадает в секцию 13, установленную со стороны подвода холодного газа (воздуха).
Поток дыма, попадающий в секцию 14, по коллектору 16 попадает в промежуточные секции 15. Основная часть дымовых газов с температурой 240-280°С проходит в середине теплообменных элементов теплообменников 1, 2 через секцию 14 и промежуточные секции 15.
Свежие дымовые газы также с температурой 240-280°С направляются по дымопроводу 12 в секцию 13. Далее отработанные отходящие дымовые газы из теплообменников 1, 2 с помощью дымососа 22 направляются через вспомогательные дымопроводы 29 и 30, соединенные с промежуточным дымопроводом 31, соединенным со сборным 23 дымопроводом возврата охлажденных отходящих дымовых газов к дымовой трубе, в дымовую трубу 24. Количество дымовых газов, попадающее в теплообменники 1, 2, регулируется с помощью дроссельных клапанов 25, устанавливаемых соответственно на дымопроводах 3, 4. Температура дымовых газов на выходе из секции 13 измеряется датчиком 19 и она должна быть на 15-20°С больше температуры точки росы серной кислоты. Если указанная температура дыма будет меньше этих значений или меньше температуры точки росы серной кислоты, то с помощью дросселя 17 увеличивается количество вспомогательных свежих дымовых газов.
Регулировка температуры на выходе из секции 13, установленной со стороны подвода холодного газа (воздуха) осуществляется системой: температурный датчик 19 - процессор 20 - дроссель 17 - исполнительный механизм 21. Холодный воздух вентилятором 11 подается в теплообменник 2, где он проходит через пространство между теплообменными элементами и нагревается. Холодный доменный газ аналогично нагревается в газовом теплообменнике 1. Нагретые до температуры 160-180°С компоненты сжигания через трубопроводы 8, 9 подаются в горелки 10 воздухонагревателей 5.
С помощью дросселя 27 на дымопроводе 3 регулируется сопротивление между выхлопом и всасом дымососа 22, чтобы не допустить "короткого замыкания" между его всасом и выхлопом, когда дымовые газы непосредственно циркулируют по указанному кольцу, и чтобы после выхлопа через дымовой канал дымопровода 23 дым поднимался по дымовой трубе 24 на выход в атмосферу.
Оборудование теплообменников нагрева компонентов сжигания воздухонагревателей доменных печей вспомогательным дымопроводом, по которому в их теплообменные элементы подают отходящие дымовые газы с температурой, существенно выше температуры точки росы серной кислоты на 120-140°С, позволяет повысить температуру отходящих дымовых газов на выходе из теплообменников и надежно обеспечить защиту стальных теплообменных элементов от кислотной коррозии и повысить срок службы теплообменников.