КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в котлах-утилизаторах металлургических агрегатов для охлаждения и частичной очистки высокотемпературных, запыленных газов с утилизацией их тепла для выработки пара или нагрева воды.
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. Ограждающие поверхности радиационного и конвективного газоходов выполнены в виде газоплотных трубчатых экранов. На ограждающих поверхностях радиационного газохода для очистки от внутренних 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 которым 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 с температурой ~20-50°С и имеющих незначительную поперечную продольную жесткость, преимущественно выполненных из листовой стали.
Наиболее близким по технической сущности является котел-утилизатор по патенту №100589 (Котел-утилизатор, Добрынин Д.В., Терентьев А.С, Креков А.Г.).
Котел-утилизатор, содержащий радиационный и конвективный газоходы, с ограждающими поверхностями, состоящие из теплообменных трубчатых панелей с верхними и нижними коллекторами, и установленные в газоходах термосифоны с холодильниками, имеющими верхние и нижние коллекторы, включенными в потолочные перекрытия, и барабан-сепаратор с циркуляционными трубопроводами, 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 ограждающих стен радиационного газохода, образующихся при движении высокотемпературных запыленных газов от металлургического агрегата, а при снижении теплопередающей способности теплообменных поверхностей возникает необходимость ручной очистки.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель является сохранение эффективности работы котла-утилизатора за счет постоянного удаления с ограждающих теплообменных поверхностей пыли, оседающей из потока газов и исключение эксплуатационных затрат, связанных с необходимостью очистки поверхностей вручную.
2
Поставленная техническая задача достигается тем, что в котле-утилизаторе, включающем радиационную камеру с ограждающими теплообменными потолочными, боковыми, торцевыми и наклонными бункерными поверхностями, выполненными из газоплотных теплообменных панелей, на наружной стороне ограждающих поверхностей установлены индукторы системы магнитно-импульсной очистки, жестко прикрепленные к опорным балкам с зазором к основаниям, закрепленным на теплообменных трубах, причем индукторы на ограждающие поверхности установлены из расчета очистки одним индуктором 3-10 м. При этом, опорные балки закреплены на фланцах, прикрепленных по краям теплообменных панелей, а индукторы расположены вне зоны теплового воздействия.
Заявленное полезная модель поясняется чертежами, где
на фиг. 1 общий вид котла-утилизатора;
на фиг. 2 - теплообменная панель;
на фиг. 3 - узел установки индуктора магнитно-импульсной очистки.
Котел-утилизатор содержит радиационную осадительную пылевую камеру 1, боковые 2, торцевые 3 с проемом для входа газов, потолочные 4 с проемом для выхода газов, наклонные бункерные 5 для сбора частиц запыленных газов ограждающие поверхности и выгружающее шнековое устройство 6. Ограждающие теплообменные поверхности радиационной пылевой камеры 1 выполнены в виде газоплотных теплообменных панелей 7, имеющих значительную продольную и поперечную жесткость, в сравнении с конструкциями, выполненными из листа.
Газоплотная теплообменная панель 7 с раздающими 8 и собирающими 9 коллекторами, выполнена в виде теплообменных труб 10, как пример, приваренных снаружи к огневому листу 11. Причем по периметру панели 7 прикреплены фланцы 12 для сборки и крепления смежных панелей 7, а коллекторы 8 и 9 смежных панелей соединены между собой трубопроводами 13, образуя единую конструкцию для циркуляции охлаждающего теплоносителя.
На наружной стороне панелей 7 к теплообменным трубам 10 крепится основание 14 из швеллера и листа, имеющее длину, ограничивающую передачу тепла, и выступающее выше слоя изоляции 15. С зазором к основанию 14 устанавливается индуктор 16 (катушка индуктивности) системы магнитно-импульсной очистки 17 с источником высоковольтного напряжения и разрядного контура. Индуктор 16 жестко прикреплен к опорной балке 18, своими концами, закрепленной к крайним теплообменным трубам 10 панелей 7 и к фланцам 12, прикрепленным по краям теплообменных панелей 7.
2
Индуктор 16 с основанием 14 и балками 18 устанавливается на теплообменных панелях 7 в местах с наибольшей вероятностью образования отложений пыли и для очистки ограждающих поверхностей 2, 3, 4, 5 из расчета очистки одним индуктором 3-10 м.
Котел-утилизатор работает следующим образом.
В котел-утилизатор, содержащий радиационную осадительную камеру 1 поступают отходящие от металлургического агрегата запыленные технологические газы с температурой 700-1200°С через торцевую с проемом ограждающую поверхность 3, проходят через радиационную камеру 1 и удаляются через потолочные 4 с проемом ограждающую поверхность с температурой 600-700°С.
В радиационной камере 1 за счет радиационного излучения газы передают тепло теплообменным трубам 10 панелей 7 и циркулирующему по ним, по коллекторам 8, 9 и трубопроводами теплоносителю. Соединение смежных теплообменных панелей 7 трубопроводами 13 образуют контур циркуляции теплоносителя.
Из потока отходящих газов, имеющих относительно низкую скорость, происходит оседание пыли, образование плотных отложений на боковых 2, торцевых 3 и потолочных 4 ограждающих поверхностях и выпадение крупных фракций пыли на наклонных бункерных 5 ограждающих поверхностях. Осевшая в наклонных бункерных панелях 5 пыль выгружается из осадительной камеры 1 шнековым устройством 6.
Образовавшиеся плотные отложения на теплообменных панелях 7 снижают передачу тепла теплоносителю.
При включении магнитно-импульсной очистки 17 протекающий через индуктор 16 разрядный ток наводит электромагнитное поле в индукторе 16, которое, в свою очередь, наводит вихревой ток и электромагнитное поле в основании 14. Взаимодействие импульсных магнитных полей, создаваемых разрядным и наведенным токами, приводит к возникновению импульсной силы, расталкивающей индуктор 16 и основание 14. Поскольку основание 14 жестко закреплено на теплообменной панели 7, последняя подвергается воздействию возмущающей силы, которая регулируется разрядным током индуктора 16. Температурное воздействие теплоносителя и теплообменной поверхности 7, имеющей температуру 300-400°С, на индуктор 16 за счет сопротивления теплопроводности основания 14 исключается, так как индуктор располагается вне зоны теплового воздействия.
В течение короткого интервала времени основание 14, отталкиваясь от индуктора 16, приводит в движение очищаемую поверхность панели 7 с теплообменными трубами 10, которая прогибается и уплотняет прилегающие к ней слои отложений, при этом между внутренней поверхностью панели 7 и отложениями появляются напряжения сдвига, а в панели 7 с теплообменными трубами 10 возникают упругие силы, стремящиеся вернуть прогнувшуюся поверхность панели 7 в первоначальное положение. Под действием силы упругости прогнувшаяся поверхность панели 7, практически не испытывая противодействия, кроме силы адгезии налипшего материала отложений, с высокой скоростью возвращается в первоначальное положение. При этом происходит отрыв очищаемой поверхности панели 7 от налипшего материала отложений, и тем самым достигается эффективная очистка всей поверхности панели 7. Запасенная потенциальная энергия системы магнитно-импульсной очистки и возмущающая сила должны иметь амплитуды, не превышающие значений, при которым механические напряжения в очищаемой поверхности достигают предела усталости или предела циклической прочности.
На предлагаемый котел-утилизатор промышленного применения разработана рабочая документация.