Противоточный теплообменник для запыленного отходящего газа металлургических установок - RU2677555C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение касается способа охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки, при котором отходящий газ охлаждается охлаждающим газом посредством непрямой теплопередачи, а также устройства для выполнения этого способа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Отходящий газ из промышленных процессов часто несет с собой большое количество пыли, которая должна удаляться, чтобы можно было подвергать отходящий газ обрабатывающим шагам или чтобы выполнять предписания по охране окружающей среды. Запыленный отходящий газ из промышленных процессов зачастую имеет высокую температуру. Для очистки газа часто применяются фильтровальные установки, которые обладают лишь ограниченной термостойкостью. По этой причине потоки отходящего газа, температура которых выше температуры, максимально выдерживаемой фильтровальными установками, охлаждаются в холодильных агрегатах, прежде чем они подаются в фильтровальные установки. В этой связи известно, например, при обеспыливании сталеплавильных цехов, применение способов охлаждения, при которых посредством прямой теплопередачи в испарительном охладителе, также называемом Quenchingtower (англ. охлаждающая колонна), или посредством непрямой теплопередачи в градирне с естественной тягой, также называемой Hairpincooler (англ. змеевик-охладитель), или в трубчатом или пластинчатом теплообменнике, называемом также Forceddraughtcooler(англ. охладитель с принудительной тягой) осуществляется охлаждение по перекрестноточному принципу. У таких холодильных агрегатов проблематичными являются, в частности, потребная площадь, создаваемый шум, а также ограниченная возможность дальнейшего использования тепла, отобранного при охлаждении. Другим неблагоприятным аспектом являются обусловленные тепловыми напряжениями в материале холодильного агрегата ограничения в отношении температуры отходящего газа при входе в холодильный агрегат, что в определенных обстоятельствах приводит к необходимости предвключенного шага охлаждения. Например, распространенные пластинчатые теплообменники, у которых в качестве охлаждающей среды используется окружающий воздух, применимы только до температуры отходящего газа примерно 650°C при входе отходящего газа. Содержащаяся в отходящем газе пыль может откладываться на охлаждающих поверхностях холодильных агрегатов, работающих с непрямой теплопередачей. Такие отложения препятствуют теплопередаче между отходящим газом и охлаждающей средой, а также потоку газа, и поэтому должны снова и снова удаляться для поддержания удовлетворительной производительности охлаждения и беспрепятственного потока газа. Это происходит, например, таким образом, что предусматривают скребки, которые соскребают налет пыли; или когда приводят в вибрацию части, на которых откладывается пыль, например, путем удара посредством ударного механизма, так что отложение пыли отделяется.

Изготовление устройств для удаления пыли с охлаждающих поверхностей приводит к расходам и затратам на техническое обслуживание, что делает охлаждение запыленного отходящего газа более дорогостоящим.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

Задачей настоящего изобретения является предоставить устройство для охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки, которое уменьшит или, соответственно, решит вышеназванные проблемы.

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью

способа охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки, при котором отходящий газ охлаждается охлаждающим газом посредством непрямой теплопередачи,

отличающегося тем, что отходящий газ подается на охлаждение с температурой свыше 650°C, предпочтительно свыше 680°C, особенно предпочтительно свыше 700°C, и для охлаждающего газа направление течения по меньшей мере один раз изменяется, предпочтительно изменяется на обратное,

и отходящий газ охлаждается по противоточному принципу.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Запыленный отходящий газ поступает из металлургической установки. Металлургические установки, такие как, например, конвертеры, электродуговые печи EAF(англ. ElectricArcFurnace, электродуговая печь), AOD (англ. AigonOxygenDecarburizing аргоно-кислородное обезуглероживание), ковшовая печь, ленточная агломерационная машина, доменная печь и другие восстановительные агрегаты. Он может также поступать из комбинаций или, соответственно, из нескольких таких металлургических установок. Предпочтительно он поступает из сталеплавильного цеха.

У таких источников отходящего газа отходящий газ имеет высокую температуру и запыленность, которая удорожает и затрудняет охлаждение.

Под термином «запыленный отходящий газ» в рамках этой заявки следует понимать отходящий газ, который в среднем несет с собой больше 20 мг/Нм³ твердых веществ в виде пыли. Среднее представляет собой интегрированную по времени концентрацию пыли, деленную на время в течение продолжительности эксплуатации источника эмиссии запыленного отходящего газа, например, на практике для этого указываются средние получасовые значения в течение продолжительности эксплуатации EAF.

Так как при непрямой теплопередаче тепло, отобранное при охлаждении, передается охлаждающей среде, которая не смешана с отходящим газом, его дальнейшее использование путем переработки этой охлаждающей среды принципиально проще, чем при охлаждении посредством прямой теплопередачи.

Под изменением направления течения на обратное следует понимать, что охлаждающий газ после изменения направления на обратное течет во встречном направлении по сравнению с направлением его течения до изменения направления на обратное. Например, охлаждающий газ может сначала течь сверху вниз, а после изменения направления на обратное – снизу вверх.

Благодаря изменению направления течения можно строить устройство для выполнения способа, называемое также холодильным агрегатом, компактнее, без уменьшения поверхности обмена между отходящим газом и охлаждающим газом. Особенно выраженным эффект экономии площади является, когда происходит изменение направления течения на обратное.

При охлаждении по принципу противотока самый горячий, то есть входящий в холодильный агрегат, отходящий газ попадает на охлаждающий газ, уже максимально подогретый при произошедшей непрямой теплопередаче. По сравнению с охлаждением, при котором самый горячий отходящий газ при входе в охлаждающий агрегат попадает на менее или, соответственно, не подогретый охлаждающий газ, в соответствии с изобретением разности температур, действию которых подвержен материал холодильного агрегата при входе отходящего газа, уменьшены. Благодаря этому холодильные агрегаты, эксплуатируемые в соответствии с изобретением, применимы для более высоких температур отходящего газа, чем применяемые до сих пор для запыленного отходящего газа металлургических установок теплообменники с перекрестным током охлаждающего газа или градирни с естественной тягой с непрямой теплопередачей. В то время как такие распространенные теплообменники с перекрестным током применимы, например, только примерно до 650°C, предлагаемый изобретением вариант осуществления способа допускает надежную эксплуатацию при входных температурах примерно до 750°C.

В соответствии с изобретением отходящий газ подается на охлаждение с температурой свыше 650°C, предпочтительно свыше 680°C, особенно предпочтительно свыше 700°C. В настоящее время у теплообменников с перекрестным током используются температуры до 600°C. При этом ожидалось бы, что вследствие возникающих тепловых напряжений нельзя надежно работать в течение продолжительного времени с температурой свыше 650°C, предпочтительно свыше 680°C, особенно предпочтительно свыше 700°C. В соответствии с изобретением надежно осуществимы в течение продолжительного времени температуры до 750°C. Таким образом, например, обычный при перекрестноточном охлаждении диапазон температур для входной температуры отходящего газа, подлежащего охлаждению, может расширяться с 300-600°C до 300-750°C.

Разность температур между двумя средами определяет эффективность теплопередачи между ними. При охлаждении по принципу противотока величина разности температур в длинном интервале благоприятна для эффективной теплопередачи. Соответственно по принципу противотока охлаждение может осуществляться эффективнее, чем, например, при теплообменнике с перекрестным током охлаждающего газа. Соответственно может уменьшаться поверхность обмена между отходящим газом и охлаждающим газом, необходимая для определенного отвода тепла. Уменьшение поверхности обмена означает экономию материалов и снижение веса и может уменьшать площадь, занимаемую холодильным агрегатом.

По сравнению с перекрестноточным охлаждением предлагаемое изобретением охлаждение обходится меньшим количеством охлаждающего газа. На выходе он горячее, чем при перекрестноточном охлаждении. Но так как получается меньше, но более горячего охлаждающего газа, этот охлаждающий газ может также лучше использоваться иным образом.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления охлаждающий газ после охлаждения отходящего газа подается к месту использования его теплосодержания.

Так как для непрямого охлаждения по принципу противотока с изменением направления течения, предпочтительно с изменением на обратное, необходимы трубопроводы для ведения отходящего газа и охлаждающего газа, охлаждающий газ после охлаждения отходящего газа, то есть в нагретом состоянии, может легко отправляться к месту использования его теплосодержания. Это имеет то преимущество, что тепло, отобранное у отходящего газа, не теряется в окружающую среду, как, например, у градирен с естественной тягой или перекрестноточных теплообменников. Как уже упомянуто, предлагаемое изобретением охлаждение по сравнению с охлаждением с перекрестным током обходится меньшим количеством охлаждающего газа. На выходе он горячее, чем при перекрестноточном охлаждении. Но так как получается меньше, но более горячего охлаждающего газа, этот охлаждающий газ может также лучше использоваться иным образом с целью использования его теплосодержания.

По другому предпочтительному варианту осуществления подача охлаждающего газа осуществляется постоянно регулируемым образом.

По сравнению с периодическим регулированием, имеющим только состояния «включено» и «выключено», подача охлаждающего газа может точнее адаптироваться к фактическим потребностям в охлаждающем газе. Это уменьшает расход охлаждающего газа и расход энергии на подачу охлаждающего газа, например, по сравнению с периодическим регулированием, применяемым у пластинчатого теплообменника с перекрестным током охлаждающего газа; в целом способ становится более эффективным.

Разумеется, подача охлаждающего газа не должна осуществляться непрерывно. Предпочтительно она осуществляется, только когда имеется потребность в охлаждении.

По другому предпочтительному варианту осуществления охлаждающий газ представляет собой воздух. Воздух с пригодными к использованию температурами легко и дешево доступен без затрат.

По другому предпочтительному варианту осуществления для отходящего газа направление течения также изменяется по меньшей мере один раз, предпочтительно изменяется на обратное. При этом отходящий газ может хорошо следовать изменению, предпочтительно изменению на обратное, направления течения охлаждающего газа и обеспечивать большую поверхность для теплопередачи, что улучшает результат охлаждения.

Кроме того, направляющие щитки в противоточном канале для охлаждающего газа увеличивают поверхность теплообмена и тем самым способствуют улучшенному охлаждению. Кроме того, они снижают потерю давления при протекании через каналы. Предпочтительно отходящий газ для охлаждения течет через плоские карманы противоточного канала для отходящего газа, при этом поверхности этих плоских карманов приводятся в вибрацию потоками отходящего газа и охлаждающего газа. Предпочтительно эта вибрация поверхностей кармана вызывает отделение налета пыли на поверхностях кармана.

Таким образом отложения пыли удаляются с низкими затратами и не мешают теплопередаче.

Другим предметом настоящего изобретения является

устройство для охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки,

имеющее по меньшей мере один трубопровод для подачи отходящего газа,

по меньшей мере один трубопровод для отвода отходящего газа,

по меньшей мере один трубопровод для подачи охлаждающего газа,

при этом трубопровод для подачи охлаждающего газа впадает в по меньшей мере один противоточный канал для охлаждающего газа,

трубопровод для подачи отходящего газа впадает в по меньшей мере один противоточный канал для отходящего газа, и противоточный канал для отходящего газа впадает в трубопровод для отвода отходящего газа,

при этом противоточный канал для охлаждающего газа и противоточный канал для отходящего газа выполнены для взаимной непрямой теплопередачи в противотоке от газа к газу,

и противоточный канал для охлаждающего газа имеет по меньшей мере два участка, имеющих различно ориентированные продольные направления, которые предпочтительно расположены параллельно, отличающееся тем, что противоточный канал для отходящего газа имеет по меньшей мере один, предпочтительно по меньшей мере два, участок в виде плоского кармана, имеющий по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие для отходящего газа, который ограничивается листовыми пластинами, при этом между парой противоположных друг другу листовых пластин одного плоского кармана имеются элементы для придания жесткости, и при этом

- при наличии по меньшей мере двух участков в виде плоских карманов, которые своими поверхностями кармана расположены рядом друг с другом, предпочтительно практически параллельно, при этом между ними имеется промежуток, установленные на по меньшей мере одной из этих двух поверхностей кармана встряхивающие элементы вдаются в этот промежуток,

и/или

- при наличии по меньшей мере одного участка в виде плоского кармана на поверхности кармана, которая находится непосредственно рядом с наружной стенкой противоточного канала для охлаждающего газа, предпочтительно практически параллельно, при этом между поверхностью кармана и наружной стенкой имеется промежуток, установленные на поверхности кармана и/или на наружной стенке встряхивающие элементы вдаются в этот промежуток.

Под термином «непосредственно рядом» следует понимать, что между двумя непосредственно соседними частями имеется только промежуток.

Под продольным направлением следует понимать направление, в котором охлаждающий газ при эксплуатации течет через эти два участка противоточного канала для охлаждающего газа, то есть в направлении взгляда от трубопровода для подачи охлаждающего газа вдоль противоточного канала для охлаждающего газа. Два участка одной прямой трубы, в которой течет охлаждающий газ, имели бы, например, не различно ориентированные продольные направления. Два участка одной трубы, которая изогнута под 180°, так что эти два участка расположены параллельно, имеют различно ориентированные продольные направления, как и два участка иначе изогнутой трубы.

Преимущества обеспечиваются аналогично преимуществам, рассмотренным в основном пункте способа.

Под термином «участок в виде плоского кармана» в рамках этой заявки следует понимать участок, протяженность которого в 2 измерениях заметно больше, чем в третьем измерении, причем это третье измерение расположено по существу перпендикулярно продольному направлению противоточного канала для отходящего газа. При этом под продольным направлением следует понимать то направление, в котором отходящий газ при эксплуатации течет через участок в виде плоского кармана противоточного канала для отходящего газа, то есть от впускного отверстия в направлении выпускного отверстия. Участок в виде плоского кармана на двух противоположных друг другу сторонах в первых названных 2 измерениях, которые заметно больше по отношению к толщине плоских карманов в третьем измерении, ограничен листовыми пластинами из металла. То есть размеры участка в виде плоского кармана по его длине и его ширине заметно больше, чем по его толщине. Протяженность в длину и ширину ниже называется также поверхностью кармана.

В целом наружный контур плоского кармана по существу соответствует пластине, толщина которой заметно меньше по сравнению с длиной и шириной.

По меньшей мере участок в виде плоского кармана, предпочтительно весь противоточный канал для отходящего газа, изготовлен из металла для обеспечения хорошей непрямой теплопередачи. Участок в виде плоского кармана ограничивается листовыми пластинами из металла.

Листовые пластины, которые образуют две поверхности одного плоского кармана, находятся друг напротив друга и в соответствии с изобретением соединены элементами для придания жесткости. Когда между охлаждающим газом и отходящим газом имеется разность давлений, существует опасность выпучивания листовых пластин, образующие поверхности кармана, в направлении меньшего давления или, соответственно, в направлении взгляда от области более высокого давления. Изменяющиеся условия давления сопровождались бы изменениями размера вдавливаний или, соответственно, выпучиваний. Это создает нагрузку на материал и при известных условиях неблагоприятным образом изменяет условия течения.

Во избежание таких недостатков между парой находящихся друг напротив друга листовых пластин одного плоского кармана имеются элементы для придания жесткости.

Элементы для придания жесткости могут быть соединены с двумя листовыми пластинами или только с одной. Элементы для придания жесткости препятствуют вдавливанию или, соответственно, выпучиванию листовых пластин, то есть плоские карманы становятся более жесткими.

Как правило, отходящий газ просасывается, а охлаждающий газ продувается. То есть, как правило, в противоточном канале для охлаждающего газа действует большее давление, чем в противоточном канале для отходящего газа.

Газодувка для охлаждающего газа, которая вдувает охлаждающий газ в предлагаемое изобретением устройство, как правило, создает избыточное давление приблизительно около 300 Па. Отходящий газ металлургической установки, как правило, подается в предлагаемое изобретением устройство с пониженным давлением примерно 500 Па. При прохождении через предлагаемое изобретением устройство, как правило, сюда добавляется потеря давления примерно 700 Па. Таким образом, в целом между противоточным каналом для охлаждающего газа и противоточным каналом для отходящего газа имеется разность давлений примерно 1500 Па. Это соответствует давлению примерно 150 кг/м² на листовые пластины поверхностей кармана в направлении отходящего газа.

Предлагаемый изобретением способ выполняется предпочтительно при разности давлений между отходящим газом в противоточном канале для отходящего газа и охлаждающим газом в противоточном канале для охлаждающего газа в пределах от 500 до 3000 Па. При более высоких разностях давлений материал испытывает такую сильную нагрузку, что в не столь отдаленное время следует ожидать неисправности.

Устройство может быть выполнено так, чтобы по меньшей мере два участка в форме плоских карманов своими поверхностями кармана располагались рядом друг с другом, предпочтительно практически параллельно, при этом между двумя непосредственно соседними поверхностями кармана разных участков в форме плоских карманов имеется промежуток. Через этот промежуток при эксплуатации охлаждающий газ в противотоке с отходящим газом течет в участках в виде плоских карманов, то есть он является частью противоточного канала для охлаждающего газа. Встряхивающие элементы, установленные на по меньшей мере одной из поверхностей кармана, или, соответственно, образующих ее листовых пластинах, вдаются в этот промежуток.

Устройство может быть также выполнено так, чтобы при наличии по меньшей мере одного участка в виде плоского кармана на поверхности кармана, которая находится непосредственно рядом с наружной стенкой противоточного канала для охлаждающего газа, предпочтительно практически параллельно, имелся при этом промежуток между поверхностью кармана и наружной стенкой.

Через этот промежуток при эксплуатации охлаждающий газ в противотоке с отходящим газом течет в участках в виде плоских карманов, то есть он является частью противоточного канала для охлаждающего газа. Наружная стенка противоточного канала для охлаждающего газа представляет собой стенку, которая отграничивает противоточный канал для охлаждающего газа от наружной атмосферы.

Встряхивающие элементы, установленные на поверхности кармана и/или на наружной стенке, вдаются в этот промежуток.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления соосно расположены:

- встряхивающие элементы на непосредственно соседних поверхностях кармана разных плоских карманов;

- встряхивающие элементы на непосредственно соседних поверхностях кармана и наружных стенках.

То есть встряхивающие элементы на непосредственно соседних поверхностях кармана или, соответственно, на непосредственно соседней поверхности кармана и наружной стенке предпочтительно расположены таким образом, чтобы в случае достаточно большого движения поверхности кармана в направлении непосредственно соседней поверхности кармана или, соответственно, в направлении наружной стенки встряхивающий элемент мог касаться этой поверхности кармана или, соответственно, наружной стенки. Такое расположение в рамках этой заявки называется соосным. Между соосными встряхивающими элементами имеется зазор; обычно величиной порядка в несколько миллиметров. Величина зазора выбрана так, чтобы соосные встряхивающие элементы при эксплуатации устройства ударялись друг от друга.

При эксплуатации предлагаемого изобретением устройства, хотя элементы для придания жесткости в значительной степени и препятствуют выпучиванию или, соответственно, вдавливанию поверхностей кармана, однако листовые пластины поверхностей кармана могут приводиться в вибрации газовыми потоками охлаждающего газа и отходящего газа, в частности, вследствие колебаний разности давления между отходящим газом и охлаждающим газом. Вследствие этих вибраций встряхивающие элементы одной поверхности кармана движутся в направлении встряхивающих элементов непосредственно соседней поверхности кармана. При соответственно большом движении листовых пластин, и вместе с тем встряхивающего элемента, соосные встряхивающие элементы ударяются друг о друга или, соответственно, встряхивающие элементы ударяются о непосредственно соседние поверхности кармана или наружные стенки. Этот удар распространяется в плоские карманы и вследствие сотрясения приводит к отделению налета пыли. То есть предлагаемое изобретением устройство обеспечивает возможность самоочищения противоточного канала для отходящего газа при эксплуатации. Простая конструкция, позволяющая получить этот эффект самоочищения, обеспечивает практически постоянно хорошую теплопередачу и поток газа при минимизированных затратах на техническое обслуживание и капитальных затратах.

Отделенная пыль предпочтительно по меньшей мере частично переводится в устройство для выноса пыли, имеющееся в предлагаемом изобретением устройстве, внутрь которого она, например, падает и там выносится из предлагаемого изобретением устройства.

В соответствии с изобретением противоточный канал для отходящего газа имеет один или несколько участков в виде плоских карманов, имеющих по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие для отходящего газа, называемых также плоскими карманами, при этом плоский карман представляет собой, таким образом, металлический листовой канал, через который пропускается отходящий газ. Предпочтительно плоский карман имеет по меньшей мере параллельные поверхности плоского кармана. По одному из вариантов осуществления все ограничительные поверхности плоского кармана попарно параллельны. Но могут также иметься непараллельные ограничительные поверхности, например, ограничительные поверхности, которые составляют толщину плоского кармана, называемые также поверхностями продольных сторон. Например, такие поверхности продольных сторон могут быть выполнены согнутыми под углом.

Предпочтительны стенки плоских карманов из тонкого листа с толщинами от 2 мм до 5 мм, предпочтительной толщиной оказались 3 мм. Эти толщины обеспечивают возможность экономичного изготовления, монтажа и не требующего большого технического обслуживания режима эксплуатации предлагаемого изобретением устройства и наличие необходимых свойств – хорошей теплопередачи, достаточной жесткости, как можно более низкого веса и достаточной стойкости к абразивному износу в канале для отходящего газа, плоских карманах. Характерный плоский карман имеет длину 3, 6, 9 или 12 м и ширину 1, полтора, 2 или 3 м, и толщину 50-150 мм.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления указанные по меньшей мере два участка противоточного канала для охлаждающего газа, имеющие различно ориентированные продольные направления, расположены практически вертикально. Таким образом может максимально сокращаться необходимая опорная поверхность.

По другому предпочтительному варианту осуществления противоточный канал для охлаждающего газа впадает в трубопровод для отвода охлаждающего газа. Благодаря этому легко можно подавать нагретый охлаждающий газ с целью использования его теплосодержания к иному месту использования.

По другому предпочтительному варианту осуществления трубопровод для подачи охлаждающего газа включает в себя устройства для постоянного регулирования потока охлаждающего газа.

По другому предпочтительному варианту осуществления имеются несколько расположенных горизонтально рядом друг с другом противоточных каналов для охлаждающего газа, и имеются несколько трубопроводов для подачи охлаждающего газа,

которые впадают каждый в собственный противоточный канал для охлаждающего газа.

Такая многосекционная конструкция уменьшает конструктивную высоту, необходимую для определенной поверхности обмена.

По другому предпочтительному варианту осуществления устройство выполнено стоящим на полу, при этом трубопровод для подачи охлаждающего газа имеет по меньшей мере одну газодувку, предпочтительно только одну газодувку, и отличается тем, что эта газодувка установлена на уровне пола. По сравнению с теплообменниками с перекрестным током охлаждающего газа, у которых газодувки, установленные сбоку на высоте охлаждающих пакетов, должны подпираться, затраты на строительство металлоконструкции ниже, благодаря чему устройство выполнено более ресурсосберегающим и может эксплуатироваться более экономично.

По другому предпочтительному варианту осуществления противоточный канал для отходящего газа также имеет по меньшей мере два участка, имеющих различно ориентированные продольные направления, которые расположены предпочтительно параллельно.

По другому предпочтительному варианту осуществления указанные по меньшей мере два участка противоточного канала для отходящего газа, имеющие различно ориентированные продольные направления, расположены практически вертикально.

По другому предпочтительному варианту осуществления устройство включает в себя устройство для выноса пыли.

Устройство для выноса пыли может, например, представлять собой ячейковый барабанный шлюз, или шнек, или цепной конвейер.

По другому предпочтительному варианту осуществления имеется переходный участок между указанными по меньшей мере двумя участками противоточного канала для отходящего газа, имеющими различно ориентированные продольные направления, который включает в себя устройство для выноса пыли. Пыль в отходящем газе, например, переносимые вместе с отходящим газом грубые частицы, будет предпочтительно откладываться в областях противоточного канала для отходящего газа, в зоне которых осуществляется изменение направления течения. Наличие устройств для выноса пыли в таких местах облегчает удаление этой пыли из противоточного канала для отходящего газа; предпочтительно такие устройства для выноса пыли находятся в самой низкой точке противоточного канала для отходящего газа, например, там, где осуществляется изменение направления течения на обратное. Благоприятным образом в областях противоточного канала для отходящего газа, в зоне которых осуществляется изменение направления течения на обратное, сепарируются также переносимые вместе с отходящим газом искры.

Пыль, отделенная от плоских карманов с помощью встряхивающих элементов, может также собираться в такие устройства для выноса пыли и выноситься из указанного устройства.

Это особенно выражено, когда происходит изменение направления течения на обратное, с течения сверху вниз на течение снизу вверх; особенно тогда вследствие того, что изменение направления на обратное находится внизу, имеющаяся там область противоточного канала для отходящего газа может действовать в качестве сепаратора грубых частиц.

У источников отходящего газа с высокой запыленностью, например, отходящий газ металлургической установки, такая сепарация грубых частиц, то есть сепарация частиц больше 100 мкм, особенно предпочтительна, поэтому предлагаемое изобретением устройство и предлагаемый изобретением способ особенно хорошо пригодны для таких отходящих газов.

Таким образом, предлагаемый изобретением охладитель с принудительной тягой может также рассматриваться как сепаратор искр. Для оптимизации рабочих параметров и эффективности охлаждения в противоточном канале для охлаждающего газа могут быть предусмотрены направляющие щитки.

В зависимости от получающегося количества отходящего газа могут иметься несколько предлагаемых изобретением устройств. Тогда, например, отходящий газ протекает параллельно через два, три или больше таких устройств, при этом предпочтительно снабжать их отходящим газом, например, по одному общему трубопроводу для отходящего газа. Тогда от этого трубопровода для отходящего газа могут отходить соответствующие трубопроводы для подачи отходящего газа отдельных устройств. Соответственно предпочтительно также, в таком случае заставить трубопроводы для отвода отходящего газа отдельных устройств впадать в один отводящий трубопровод. Это снижает затраты на строительство.

Применение предлагаемых изобретением устройств особенно предпочтительно в области сталеплавильных цехов и металлургических заводов, так как там образуются отходящие газы с высокой температурой. С помощью предлагаемого изобретением устройства при таком применении может реализовываться экономия энергии примерно 20% по сравнению с традиционными холодильными агрегатами.

Элемент для придания жесткости может, например, представлять собой раму, или неплоские металлические листы, такие как, например, трапецеидально профилированные листы, или ребра, или соединенные друг с другом утолщения в листовых пластинах, образующих поверхности кармана, или распорки. Распорки выполнены, например, в виде стержней. Могут также иметься несколько видов элементов для придания жесткости в одном плоском кармане, например, стержни между поверхностям кармана и трапецеидально профилированные листы в качестве соединения листов поверхностей кармана.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления по меньшей мере один элемент для придания жесткости и по меньшей мере один встряхивающий элемент состоят из одной единственной заготовки; например, из стержня, который пронизывает по меньшей мере одну листовую пластину поверхности кармана и соединен с ней. Он вдается по меньшей мере с одной стороны внутрь промежутка и служит там встряхивающим элементом. Между поверхностями плоского кармана он служит элементом для придания жесткости.

С помощью этого варианта осуществления снижены затраты на изготовление предлагаемого изобретением устройства и улучшено распространение вибраций, вызываемых встряхиванием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже настоящее изобретение описывается в качестве примера с помощью схематичных фигур.

На фиг. 1 схематично показана последовательность выполнения предлагаемого изобретением способа.

На фиг. 2 схематично показан пространственный общий вид снаружи предлагаемого изобретением устройства.

На фиг. 3 схематично показано предлагаемое изобретением устройство на виде наискосок.

На фиг. 4 показан вид наискосок участка в виде плоского кармана, называемого плоским карманом.

На фиг. 5a/b схематично показаны компоненты, расположенные соосно.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ПРИМЕРЫ

На фиг. 1 схематично показана последовательность выполнения предлагаемого изобретением способа. Видно устройство 1 для охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки, имеющее трубопровод 2 для подачи отходящего газа, трубопровод 3 для отвода отходящего газа, трубопровод 4 для подачи охлаждающего газа. Оно отличается тем, что трубопровод 4 для подачи охлаждающего газа впадает в противоточный канал 5 для охлаждающего газа, трубопровод для подачи отходящего газа впадает в противоточный канал 6 для отходящего газа, а противоточный канал 6 для отходящего газа впадает в трубопровод 3 для отвода отходящего газа. При этом противоточный канал 5 для охлаждающего газа и противоточный канал 6 для отходящего газа выполнены для взаимной непрямой теплопередачи в противотоке от газа к газу. Противоточный канал 5 для охлаждающего газа имеет здесь два расположенных каждый вертикально и параллельно друг другу участка 7, 8, имеющих различно ориентированные продольные направления. Отходящий газ, изображенный волнистыми стрелками, охлаждается охлаждающим газом, в настоящем случае охлаждающим газом служит воздух, то есть охлаждающий воздух, изображенным прозрачными стрелками, посредством непрямой теплопередачи. При этом для охлаждающего газа направление течения между двумя участками 7, 8 изменяется на обратное. Переход между участками 7, 8 изображен штриховым ограничением, так как на изображении фиг. 1 он проходит на одной высоте с частью противоточного канала 6 для отходящего газа. Точно так же стрелка, представляющая охлаждающий газ, изображена в этом переходе со штриховым обрамлением.

Отходящий газ поступает из металлургической установки, например, из конвертера или EAF, и подается на охлаждение с температурой до 700°C. Отходящий газ охлаждается по противоточному принципу. Противоточный канал 6 для отходящего газа также имеет два вертикальных, параллельно расположенных участка, имеющих различно ориентированные продольные направления; между ними для отходящего газа направление течения также изменяется на обратное.

Переходный участок 9 между этими двумя вертикальными участками противоточного канала 6 для отходящего газа включает в себя устройство 10 для выноса пыли, изображен ячейковый барабанный шлюз.

Противоточный канал 5 для охлаждающего газа впадает в трубопровод 11 для отвода охлаждающего газа. Благодаря этому легко можно подавать нагретый после охлаждения отходящего газа охлаждающий газ с целью использования его теплосодержания по трубопроводу 11 для отвода охлаждающего газа к месту использования его теплосодержания, что для наглядности особо не изображено.

Подача охлаждающего газа осуществляется постоянно регулируемым образом, для чего трубопровод 4 для подачи охлаждающего газа включает в себя устройства 12 для постоянного регулирования потока охлаждающего газа. Но охлаждающий воздух мог бы также регулироваться периодически, то есть включением/выключением.

На фиг. 1 в противоточном канале 5 охлаждающего газа обозначены направляющие щитки, которые способствуют изменению направления течения и охлаждающему действию при одновременном снижении потери давления при протекании через каналы.

На фиг. 2 схематично показан пространственный общий вид предлагаемого изобретением устройства, на котором рядом друг с другом отходящий газ и охлаждающий газ протекают через три секции трубопроводов, которые при этом по одному общему трубопроводу 2 для подачи отходящего газа снабжаются подлежащим охлаждению отходящим газом. Имеются несколько расположенных горизонтально рядом друг с другом противоточных каналов для охлаждающего газа, и имеются несколько трубопроводов 13a, 13b, 13c для подачи охлаждающего газа, которые впадают каждый в собственный противоточный канал для охлаждающего газа. Устройство выполнено стоящим на полу 14, при этом трубопроводы 13a, 13b, 13c для подачи охлаждающего газа имеют по газодувке 15a, 15b, 15c, которые установлены на уровне пола и обладают возможностью постоянного или периодического регулирования. Конечно, эти 3 газодувки могли бы заменяться одной единственной большего размера. Тогда подача охлаждающего воздуха после этой газодувки распределялась бы по соответствующим противоточным каналам для охлаждающего газа.

Предпочтительно также заставить трубопроводы для отвода охлаждающего газа отдельных секций трубопроводов впадать в один отводящий трубопровод. Это снижает затраты на строительство.

На фиг. 3 показано предлагаемое изобретением устройство 1 для охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки, которое эксплуатируется аналогично фиг. 1. Горячий запыленный отходящий газ 16 входит справа в устройство, в трубопровод 2 для подачи отходящего газа, и слева выходит охлажденный запыленный отходящий газ 17, из трубопровода 3 для отвода отходящего газа. Холодный охлаждающий газ 18 входит слева в устройство, в трубопровод 4 для подачи охлаждающего газа, и нагретый охлаждающий газ выходит справа из устройства, из трубопровода 11 для отвода охлаждающего газа. Трубопровод 2 для подачи отходящего газа впадает в участки 20, 20' в виде плоских карманов противоточного канала для отходящего газа, для лучшей наглядности ссылочными обозначениями снабжены только два участка в виде плоских карманов. Трубопровод 4 для подачи охлаждающего газа впадает в противоточный канал 21 для охлаждающего газа, который образуется пространством между участками в виде плоских карманов и наружными стенками 21; для лучшей наглядности ссылочным обозначением 38 снабжена только одна наружная стенка канала для охлаждающего газа. Противоточный канал для охлаждающего газа и противоточный канал для отходящего газа выполнены для взаимной непрямой теплопередачи в противотоке от газа к газу. Противоточный канал для охлаждающего газа имеет здесь два расположенных каждый вертикально и параллельно друг другу участка 7, 8, имеющих различно ориентированные продольные направления. Отходящий газ охлаждается охлаждающим газом, в настоящем случае охлаждающим газом служит воздух, то есть охлаждающий воздух, посредством непрямой теплопередачи. Течение отходящего газа и течение охлаждающего газа схематично изображены линиями, которые соединяют стрелки 16 и 17 или, соответственно, стрелки 18 и 19. При этом для охлаждающего газа направление течения между двумя участками 7, 8 изменяется на обратное. Переход между участками 7, 8 осуществляется через отверстие 22.

Отходящий газ поступает из металлургической установки, например, из конвертера или EAF, и подается на охлаждение с температурой до 700°C. Отходящий газ охлаждается по противоточному принципу. Противоточный канал для отходящего газа также имеет два вертикальных, параллельно расположенных участка, имеющих различно ориентированные продольные направления; между ними для отходящего газа направление течения также изменяется на обратное.

Переходный участок 9 между этими двумя вертикальными участками противоточного канала 6 для отходящего газа включает в себя устройство 10 для выноса пыли, изображен ячейковый барабанный шлюз.

Противоточный канал для охлаждающего газа впадает в трубопровод 11 для отвода охлаждающего газа. Благодаря этому легко можно подавать нагретый после охлаждения отходящего газа охлаждающий газ с целью использования его теплосодержания по трубопроводу 11 для отвода охлаждающего газа к месту использования его теплосодержания, что для наглядности особо не изображено.

Элементы для придания жесткости и встряхивающие элементы для лучшей наглядности на фиг. 3 не изображены, а поясняются на следующих фигурах.

На фиг. 4 показан вид наискосок участка в виде плоского кармана, называемого плоским карманом 23. Отходящий газ, изображенный стрелкой, входит в плоский карман слева и выходит справа. Протяженность плоского кармана в 2 измерениях a, b заметно больше, чем в третьем измерении c, причем это третье измерение c расположено по существу перпендикулярно продольному направлению противоточного канала для отходящего газа. При этом под продольным направлением следует понимать то направление, в котором отходящий газ при эксплуатации течет через участок в виде плоского кармана, то есть от впускного отверстия слева в направлении выпускного отверстия справа. Участок в виде плоского кармана на двух противоположных друг другу сторонах в первых названных 2 измерениях, которые заметно больше по отношению к толщине плоских карманов в третьем измерении c, ограничен листовыми пластинами 24, 25 из металла. То есть размеры участка в виде плоского кармана по его длине и его ширине заметно больше, чем по его толщине. Протяженность в длину и ширину называется также поверхностью кармана.

В целом наружный контур плоского кармана по существу соответствует пластине, толщина которой заметно меньше по сравнению с длиной и шириной.

Участок в виде плоского кармана ограничивается листовыми пластинами из металла; на поверхностях 26, 27 продольных сторон согнутыми под углом металлическими листами.

Изображены также выполненные в виде стержней элементы 28, 29 для придания жесткости между листовыми пластинами 24, 25 поверхностей кармана. Они соединены с двумя листовыми пластинами 24, 25. Также изображены установленные на двух поверхностях кармана встряхивающие элементы 30, 31, 32. Элемент 28 для придания жесткости и встряхивающие элементы 31, 32 состоят из одной единственной заготовки, а именно, из одного стержня, который пронизывает две листовые пластины 24, 25 поверхностей кармана и соединен с ними. Когда непосредственно рядом с плоским карманом 23 находится другой плоский карман или наружная стенка, стержень вдается внутрь образованных между ними промежутков и служит встряхивающими элементами. Между поверхностями плоского кармана он служит элементом для придания жесткости.

На фиг. 5a схематично показано, как соосно расположенные встряхивающие элементы 33, 34, как и на фиг. 4, выполненные из стержня, который служит также элементом для придания жесткости, вдаются внутрь промежутка 35 между двумя плоскими карманами 36, 37. На фиг. 5b схематично показано, как они ударяются друг о друга - изображено звездочкой, - когда два плоских кармана соответственно вибрируют по направлению друг к другу.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительных примерах осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалист может вывести отсюда другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Предлагаемое изобретением устройство

2 Трубопровод для подачи отходящего газа

3 Трубопровод для отвода отходящего газа

4 Трубопровод для подачи охлаждающего газа

5 Противоточный канал для охлаждающего газа

6 Противоточный канал для отходящего газа

7 Участок противоточного канала для охлаждающего газа

8 Участок противоточного канала для охлаждающего газа

9 Переходный участок

10 Устройство для выноса пыли

11 Трубопровод для отвода охлаждающего газа

12 Устройства для постоянного регулирования потока охлаждающего газа

13a, 13b, 13c Трубопроводы для подачи охлаждающего газа

14 Пол

15a, 15b, 15c Газодувка

16 Течение отходящего газа

17 Течение охлаждающего газа

18 Холодный охлаждающий газ

19 Нагретый охлаждающий газ

20, 20' Участки в виде плоских карманов

21 Противоточный канал для охлаждающего газа

22 Отверстие

23 Плоский карман

24, 25 Листовая пластина

26,27 Поверхности продольных сторон

28, 29 Элементы для придания жесткости

30, 31, 32 Встряхивающие элементы

33, 34 Соосно расположенные встряхивающие элементы

35 Промежуток

36, 37 Плоские карманы

38 Наружная стенка канала для охлаждающего газа

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для охлаждения запыленного отходящего газа из металлургической установки. Способ включает охлаждение отходящего газа посредством непрямой теплопередачи, подачу отходящего газа на охлаждение с температурой свыше 650°C, по меньшей мере один раз изменение направления течения отходящего газа предпочтительно на обратное направление течения, при этом отходящий газ охлаждают по противоточному принципу. Устройство содержит трубопровод для подачи отходящего газа, трубопровод для отвода отходящего газа, при этом трубопровод для подачи отходящего газа входит по меньшей мере в один противоточный канал для отходящего газа, и противоточный канал для отходящего газа входит в трубопровод для отвода отходящего газа, трубопровод для подачи охлаждающего газа, входящий в противоточный канал для охлаждающего газа, при этом противоточный канал для охлаждающего газа и противоточный канал для отходящего газа выполнены с обеспечением взаимной непрямой теплопередачи в противотоке от газа к газу, причем противоточный канал для охлаждающего газа имеет по меньшей мере два участка, имеющих различно ориентированные продольные направления, которые предпочтительно расположены параллельно, и противоточный канал для отходящего газа имеет по меньшей мере один, предпочтительно по меньшей мере два участка в виде плоского кармана по меньшей мере с одним впускным отверстием и по меньшей мере с одним выпускным отверстием для отходящего газа, который ограничивается листовыми пластинами, при этом между парой противоположных друг другу листовых пластин одного плоского кармана имеются элементы для придания жесткости, и в промежутки между участками в виде плоских карманов входят встряхивающие элементы, установленные на одной из этих двух поверхностей кармана. Обеспечивается снижение затрат на удаление отложений пыли при сохранении теплопередачи. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула