PL171716B1 - Urzadzenie do wprowadzania goracych gazów technologicznych lub spalin do ochladzacza gazów PL - Google Patents

Abstract

Urzadzenie do wprowadzania goracych gazów technologicznych lub spalin do ochladzania gazów ze zlozem sfluidyzowanym, zawierajace kanal wlotowy w dnie ochladzacza gazu dla wprowadzania do niego gazu fluidyzacyjnego, znamienne tym, ze kanal wlo- towy (14) jest zbudowany z dwóch metalowych cylin- drów (22,24) usytuowanych jeden wewnatrz drugiego, przy czym te dwa metalowe cylindry (22,24) stanowia podwójna metalowa obudowe z pierscieniowa szcze- lina (25) miedzy nimi, która polaczona jest z przewo- dem wlotowym (40) dla czynnika chlodzacego i z przewodem wylotowym (50) dla czynnika chlodzace- go, natomiast mlot (68) do usuwania osadu jest przyla- czony do kanalu wlotowego (14). Fig 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest urządzenie do wprowadzania gorących gazów technologicznych lub spalin do ochładzacza gazów. Urządzenie według niniejszego wynalazku jest dostosowane zwłaszcza do wprowadzania gorących gazów, również spalin przez kanały wlotowe do ochładzacza gazów, zaopatrzonego w złoże zawiesinowe.

Gorące gazy technologiczne zazwyczaj zawierająpewne zanieczyszczenia, takiejak miałki pył i stopione lub odparowane składniki, które stają się lepkie i zagęszczają się w czasie ochładzania, przez co przywierają do siebie i do powierzchni będących w styczności z gazem. Przez to, składniki mogą powodować bardzo szybki wzrost ilości szkodliwego osadu powstającego na powierzchniach ścianek kontaktujących się z gazami technologicznymi. Zazwyczaj, osad ma skłonność do największej koncentracji w rejonach granicznych pomiędzy gorącymi i schłodzonymi powierzchniami. Przykładowymi miejscami, gdzie zazwyczaj gromadzi się osad, są kanały wlotowe kotłów utylizacyjnych. W konsekwencji kanały wlotowe mogą się łatwo zapychać, jeśli nie są od czasu do czasu przeczyszczane. Takie czyszczenie może być trudne do wykonania w powyższych warunkach wysokiej temperatury.

Ponadto, odłączenie osadu nagromadzonego w gorących prześwitach kanałów od ścian tych kanałów stanowi zwykle problem, ponieważ osad gromadzący się na gorących powierzchniach jest twardy i zagęszczony. W większości przypadków, kanały wlotowe są wykonane z wykładziną z materiałów ogniotrwałych lub z materiałów ceramicznych, ich powierzchnia posiada drobne nierówności lub nawet pory, które przyczyniają się do powstawania osadu na powierzchniach. Czyszczenie powierzchni wykładzin ogniotrwałych może w rezultacie zniszczyć ogniotrwałe wyłożenie.

Usiłuje się zapobiegać powstawaniu osadu, na przykład wdmuchując gaz do kanału wlotowego, który jest zawracany i poddawany procesom czyszczenia oraz chłodzenia. Zapobiega to do pewnego stopnia osadzaniu się na ściankach w sąsiedztwie otworu wlotowego lepkich składników. Jednakże ilość zawracanego gazu musi być szczególnie duża w celu utrzymania czystości otworu wlotowego. Powoduje to zwiększenie całkowitej ilości gazu wprowadzanego do ochładzacza gazów, co prowadzi do zwiększania wymiarów ochładzacza gazów i pozostałych zespołów chłodzących, innymi słowy powoduje to wzrost kosztów. Ponadto wydajność odzyskiwania ciepła z gazów jest zmniejszona przez zmieszanie schłodzonych gazów z gorącymi gazami technologicznymi na gorąco przed rozpoczęciem procesu odzyskiwania ciepła.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie urządzenia do wprowadzania gorących gazów technologicznych do ochładzacza gazów ulepszonego w stosunku do tych opisanych powyżej.

Szczególnym celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie urządzenia dzięki któremu osad powstający w kanałach wlotowych gorących gazów jest łatwo usuwalny.

Kolejnym celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie urządzenia, dzięki któremu właściwości powstałego w kanałach wlotowych osadu umożliwiałyby łatwe oddzielenie osadu od ścian kanału.

Urządzenie do wprowadzania gorących gazów technologicznych lub spalin do ochładzacza gazów z fluidyzowanym złożem, zawierające kanał wlotowy w dnie ochładzacza gazów do wprowadzania fluidyzacyjnego gazu, charakteryzuje się tym, że kanał wlotowy jest zbudowany z dwóch metalowych cylindrów usytuowanych jeden wewnątrz drugiego, przy czym te dwa metalowe cylindry stanowią podwójną metalową obudowę z pierścieniową szczeliną między nimi, która połączona jest z przewodem wlotowym dla czynnika chłodzącego i z przewodem wylotowym dla czynnika chłodzącego, natomiast młot do usuwania osadu jest przyłączony do kanału wlotowego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia układ kanału wlotowego według wynalazku; fig. 2 - widok przekroju poprzecznego fig. 1 wzięty wzdłuż linii A-A; fig. 3 - widok przekroju poprzecznego wzdłuż linii A-A drugiego rozwiązania kanału wlotowego według wynalazku; fig. 4 - drugi układ kanału wlotowego według niniejszego wynalazku; fig. 5 - widok przekroju poprzecznego fig. 4 wzięty wzdłuż linii B-B.

Figura 1 i 2 przedstawiają schładzany kanał wlotowy 14 rozmieszczony pomiędzy technologicznym piecem 10 i chłodzącą komorą 12. Kanał wlotowy 14 jest połączony z prześwitem 16 w sklepieniu 18 technologicznego pieca.

Kanał wlotowy 14 zawiera cylinder 20 wykonany z elastycznej struktury o podwójnej obudowie, która składa się z metalowych cylindrów 22 i 24, umieszczonych jeden wewnątrz drugiego. Cylindry mogą być wykonane z typowych stalowych blach o grubości od 3 do 7 mm. Jeśli ośrodek chłodzący jest pod ciśnieniem, cylindry muszą być wykonane z grubszej blachy. Pomiędzy cylindrami uformowanajest pierścieniowa przestrzeń 25, przez którą prowadzony jest ośrodek chłodzący. Ośrodek chłodzący jest doprowadzany do pierścieniowej przestrzeni 25 przez przewód 40 i odprowadzany stamtąd przez przewód 50. Szczelina pomiędzy cylindrami ma szerokość na przykład od około 5 do około 25 mm, a najkorzystniej od 10 do 15 mm. jeżeli jako ośrodek chłodzący została użyta woda. Gazowy ośrodek chłodzący wymaga większej przestrzeni i wówczas szczelina może mieć szerokość około 50 mm. W pierścieniowej przestrzeni z korzyścią rozmieszczone są zespoły kontrolujące przepływ, nie pokazane na figurach.

Figura 2 przedstawia widok przekroju poprzecznego kanału wlotowego 14, wziętym wzdłuż linii A-A. W tym wariancie, pierścieniowa przestrzeń 25 jest jednolita, niepodzielona dla płynu, którą z korzyścią zaopatrzono w kontrolujące przepływ zespoły.

Jak pokazano na fig. 1 pierścieniowa przestrzeń jest uszczelniona przez uszczelki 54 i 56 w sklepieniu technologicznego kotła i spodzie 58 chłodzącej komory.

Osad 62, który ma szansę powstać na powierzchni ścianki 60 kanału wlotowego jest usuwany przez zespół uderzający 64. Zespół uderzający zawiera młot 68, umieszczony na końcu ramienia 66. Uderzenie młota powoduje odkształcenie i/lub wibrację ścianki kanału wlotowego 14.

Z drugiej strony, jak pokazano na fig. 3, przestrzeń dla ośrodka chłodzącego może być utworzona z kilku segmentów. Wewnętrzna strona struktury 20 o podwójnej obudowie kanału wlotowego zawiera, jak pokazano na powyżej opisanych figurach, cylinder 22, natomiast zewnętrzna strona obudowy jest utworzona z oddzielnych, pionowych blach 26, których krawędzie są zgięte w stronę cylindra 22 tak, że tworzą segmenty wodoszczelnych przestrzeni 27 pomiędzy cylindrem 22 i blachą 26. Każdy segment posiada własny kanał wlotowy 28 i kanał wylotowy (nie pokazany).

Figury 4 i 5 pokazują kanał wlotowy 14 umieszczony pomiędzy technologicznym piecem 10 i chłodzącą komorą 12, gdzie ściany 70 kanału wlotowego 14 mają kształt rury 72 zwiniętej w kształt spirali lub ślimaka. Rurowa spirala jest częściowo otoczona przez cylindryczną, szczelną ciśnieniową obudowę 74. Zewnętrzna średnica rury 72 ma przeważnie od 25 do 100

171 716 mm, a najkorzystniej od 38 do 52 mm. Ośrodek chłodzący jest wprowadzany do rury w jej górnym końcu poprzez wlot przewodu 76 i odprowadzany w jej dolnym końcu poprzez wylot przewodu 78.

Rura 72 jest tak zwinięta, że formuje elastyczną rurową ścianę 80, w której rury, umieszczone jedna nad drugą nie są połączone na sztywno na przykład przez spawanie. Różne części rury mogą się poruszać względem przylegających rur. Dlatego pomiędzy rurami pomiędzy najniższym punktem spiralnej rury i sklepieniem technologicznego pieca, oraz pomiędzy najwyższym punktem spiralnej rury i spodem chłodzącej komory, mogą się tworzyć małe szczeliny 82,84 i 86 dostępne dla gazu. Gorący gaz technologiczny jest zabezpieczony przez wyciekaniem przez ścianki rury wewnątrz szczelnego ciśnieniowego zamknięcia lub obudowy 74. Pomiędzy obudową i strukturą rury jest wytworzona gazowa przestrzeń 87, w którą to przestrzeń jest wprowadzany przez przewód 88 gaz między przestrzenny lub gaz szczelinowy, wtłaczany gaz, ciśnienie wtłaczanego gazu jest wyższe niż ciśnienie gorącego gazu technologicznego, dzięki czemu zapobiega się wyciekaniu gorącego gazu technologicznego. Na przykład oczyszczony i schłodzony, zawrócony technologiczny gaz o temperaturze na przykład od 20 do 200 stopni Celsjusza lub jakiś inny obojętny gaz lub powietrze, mogą być użyte jako gaz szczelinowy. Przy wybieraniu rodzaju gazu szczelinowego, ważne jest zwrócenie uwagi na skład gorących gazów technologicznych. Może być użyty tlen jako gaz szczelinowy w spalaniu końcowym, jeśli takie występuje i jeżeli nie sprawia to żadnych kłopotów. Jednakże w większości przypadków, niektóre obojętne gazy muszą być bardzo starannie dobierane. Objętość szczelinowego gazu jest bardzo mała i nie ma znaczenia w ogólnej objętości gazu.

Szczelinowy gaz utrzymuje czystość w szczelinach pomiędzy zwojami rury i może, jeśli ma większą objętość, tworzyć płaszcz chłodzonego gazu na wewnętrznej powierzchni kanału wlotowego, zapewniając, że małe krople nie będą spływać w kierunku ścianki. Przez to, szczelinowy gaz tworzy odgraniczającą warstwę na wewnętrznej powierzchni kanału.

Jeśli pożądanajest bardziej zwarta struktura, kanały mogą być częściowo poprzyczepiane, jeden do drugiego prętami bez sztywnego wiązania ich w całkowicie sztywną strukturę. Pręty mogą na przykład być przy spawane do najwyższego i najniższego punktu rury, przez co struktura spiralnej rury będzie miała ograniczoną swobodę ruchu w kierunku pionowym.

Spiralna rura może być również wykonana ze specjalnej rury, której kształt przekroju poprzecznego zewnętrznej powierzchni nie jest kołowy lecz w przybliżeniu prostokątny. Przez to, jeśli rurę tę zwija się w kształt spirali, powstaje większa powierzchnia uszczelniająca pomiędzy zwoiami rury i w konsekwencji większa sztywność struktury niż w przypadku rury kołowej.

Młot może być również użyty w układzie jak na fig. 4 i 5, by. powodować nagłe odkształcenie ścianki kanału. W ' punkcie uderzenia młota, pomiędzy obudową 74 i ścianką 80 rury jest umieszczony element 90, który przekazuje uderzenie w obudowę na zwój rury na odpowiadającym poziomie. Uderzające młoty mogą być rozmieszczone przeciwległe jeden do drugiego lub w kilku miejscach kanału. W wyniku uderzenia, powstaje sprężynowy rodzaj odkształcenia kanału. Wówczas, osad na ściance kanału jest strącany z dużą skutecznością. Wibracja rozchodząca się w obu kierunkach również przyczynia się do strącania osadu.

Udarowy młot może być umieszczony wewnątrz gazowej przestrzeni 87, przez co uderzenia trafiają bezpośrednio w ściankę utworzoną ze spiralnie zwiniętej rury.

Czyszczenie można również uzyskać poprzez błyskawiczną i mającą charakter pulsacyjny zmianę ciśnienia ośrodka chłodzącego w kanale, wtedy spiralna rura dąży do wyprostowania się i wibruje, przez co strącony jest osad ze ścianek kanału.

W niektórych przypadkach możliwe jest również powodowanie odkształcenia kanału wlotowego przez rozprowadzanie ciepła, wtedy przepływ ośrodka chłodzącego jest chwilowo zwalniany, więc do kanału może dopływać ciepło, a następnie jest gwałtownie chłodzony przez przepływ powrotny ośrodka chłodzącego do pozycji wyjściowej.

Wynalazek jest szczególnie przystosowany do użycia w fabrykach, gdzie gorące gazy technologiczne są chłodzone w chłodzącej komorze zaopatrzonej w złoże zawiesinowe i gdzie gorące gazy technologiczne jednocześnie spełniają funkcję gazu przepływającego. W takim

171 716 przypadku, kanał wlotowy jest usytuowany na dnie komory chłodzącej i gorące gazy są wprowadzane do złoża zawiesinowego poprzez wlot usytuowany na dnie komory chłodzącej. Chłodzenie jest z największą korzyścią osiągane w ochładzaczu gazów zaopatrzonym w obiegowe złoże zawiesinowe, gdzie gorące gazy są wprowadzane do mieszającej komory i mieszane są z zawróconymi i schłodzonymi cząstkami, przez co gaz ochładza się bardzo szybko.

Jeśli kanał wlotowy jest zbyt wąski, cząstki mogą przepływać z zawiesinowego złoża chłodzącej komory w dół do kanału wlotowego powodując szkodliwe efekty. W kanale, pomiędzy kanałem wlotowym i chłodzącą komorą, wytwarza się pewna turbulenacja, gdy cząsteczki spływając w dół wzdłuż ścianek chłodzącej komory napotykają gorące gazy. Cząstki mogą więc spływać w dół do kanału wlotowego. Jednak z kanału wlotowego cząstki są wynoszone przez gorące gazy z powrotem do chłodzącej komory, przy czym kanał wlotowy ma pewną minimalną długość. Stosunek długości kanału wlotowego do średnicy kanału wlotowego L/D musi mieć wartość co najmniej 0,5 najkorzystniej zaś mieścić się w przedziale od 1 do 2. Na przykład fabryki wykorzystujące przepływ gazu o 1000-200 000 Nm, 3/h, wyposażone w około od 5 do 30 metrów wysoki chłodzący reaktor, posiadający złoże zawiesinowe i posiadający mieszającą komorę w przybliżeniu, średnicy od 70 cm do 6 m, mogą posiadać kanał wlotowy o średnicy, około, od 15 cm do 2 m i wysokości, około, od 15 cm do 2 m.

Kanał wlotowy jest wykonany korzystnie z takiego materiału, który zapewnia pewną elastyczność i giętkość strukturze kanału. Struktura kanału może być również giętka sama w sobie.

Biorąc pod uwagę strukturę i materiał z jakiego jest wykonany, kanał wlotowy złożony z metalowych cylindrów jest elastyczny. Gwałtowne uderzenie młota w zewnętrzną powierzchnię kanału powoduje odkształcenie ścianki kanału, wówczas osad nagromadzony na wewnętrznej powierzchni kanału odrywa się od tej powierzchni. Jeśli jest to schłodzony kanał, osad wytworzony na jego ściance jest kruchy i w związku z tym łatwy do oderwania. Żadne z gładkich metalowych powierzchni nie są tak podatne na osadzanie się zanieczyszczeń jak, dla przykładu, ogniotrwałe wykładzinowe powierzchnie. Sztywna, ogniotrwała wykładzinowa lub ceramiczna konstrukcja kanału nie może być czyszczona poprzez gwałtowne uderzenia młota, ponieważ materiał jako taki może nie być odporny na uderzenia, oraz ponieważ sztywna struktura nie odkształca się, co nie powodowałoby odrywania się osadu. Uderzenie mogłoby również spowodować rozluźnienie połączenia kanału na obu jego końcach.

Elastyczna i schłodzona konstrukcja kanału wlotowego może, zgodnie z drugim wariantem wynalazku, wykorzystywać rurę zwiniętą na kształt spirali lub skorupy ślimaka, przez którą wtedy przewodzony jest ośrodek chłodzący.

Różne zwoje rury zgiętej w spiralę nie są trwale przymocowane jeden do drugiego, ale umożliwiają co najmniej drobny ruch zwojów względem siebie. Usunięcie osadu z wewnętrznej powierzchni kanału wlotowego jest realizowana przez, na przykład, uderzenie młota, które jest kierowane na jeden lub więcej zwojów rury. W efekcie, zwój ten będzie się przemieszczać względem sąsiednich zwojów rury, przez co wewnętrzna powierzchnia kanału wlotowego będzie odkształcana. W wyniku tego, osad przytwierdzony do ścianki kanału odrywa się. Uderzenie młota jednocześnie powoduje wibrację rury, która rozchodzi się w obie strony rury w kierunku wzdłużnym. Wibracja również powoduje odrywanie osadu.

Woda, para, powietrze lub pewne inne odpowiednie gazy lub ciecze mogą być używane jako ośrodek chłodzący w schładzanych kanałach wlotowych. W tym przypadku, również oczyszczone zimne gazy technologiczne mogą być zastosowane, ponieważ, jako takie nie dodają obciążeń do gazu. Najkorzystniejszym ośrodkiem chłodzącym jest jednak woda, ponieważ chłodzenie kanału wlotowego może być wtedy połączone z obiegiem wody/pary w aktualnie chłodzącej komorze. Ośrodek chłodzący może być gazem lub parą pod ciśnieniem, w którym to przypadku większa jest wydajność przekazywania ciepła. Wówczas, kanał wlotowy ma z korzyścią postać o kształcie zwiniętej spiralnie rury, której odporność nanaprężeniajest większa.

Schłodzony kanał wlotowy 14 według wynalazku ma, jako przykład, następujące zalety: samochłodzenie kruszy osad gromadzący się na ściankach kanału, który jest następnie łatwo usuwalny przez wibrację lub odkształcenie kanału: metalowy kanał wytrzymuje wibracje i odkształcenie powstałe po mechanicznym uderzeniu; kanał wlotowy wykonany z metalu jest solidny i wytrzymały na gwałtowne mechaniczne siły potrzebne do czyszczenia, niemożliwejest pozostanie jakichkolwiek cząstek, jak to się dzieje, na przykład, na ogniotrwałych wykładzinowych ściankach; osad nie przylega tak łatwo do gładkich metalowych powierzchni jak do ogniotrwałych wykładzinowych lub ceramicznych powierzchni; metalowy kanał jest lekki i łatwy do połączenia z chłodzącą komorą i do zastosowania w całym procesie; ciepło może być odzyskiwane z kanału wlotowego.

Niniejszy wynalazek jest dostosowany do procesów o dużej różnorodności. Temperatura gazów będących rezultatem procesów metalurgicznych ma zwykle wartość od 700 do 1800 stopni Celsjusza zanim zostaną one przeprowadzone przez etap odzyskiwania ciepła, to jest chłodzenia, gdzie są zwykle schładzane do temperatury od 350 do 1000, a niekiedy nawet do 100 stopni Celsjusza. Komora radiacyjna pieców metalurgicznych wytwarza gazy o temperaturze, w przybliżeniu, od 550 do 1200 stopni Celsjusza, które są również chłodzone do temperatury, w przybliżeniu, od 350 do 1000 stopni Celsjusza. Wypalanie wapna i wypalanie cementu wytwarza gazy o temperaturze, około, od 800 do 1000 stopni Celsjusza, które są schładzane do temperatury od 300 do 500 stopni Celsjusza. Spaliny ze spopielających pieców mają względnie niską temperaturę; może ona mieć wartość nawet od 300 do 700 stopni Celsjusza. Jednak ciągle mogą zawierać najróżniejsze składniki zanieczyszczające, które powodują problemy, zanim zostaną schłodzone do temperatury, średnio, od 200 do 250 stopni Celsjusza. Niektóre procesy metalurgiczne wytwarzają również gazy posiadające względnie niską temperaturę, tym niemniej bardzo zanieczyszczone. Takie gazy mogą zawierać, naprzykład, ołów lub Cynk topiące się w niskiej temperaturze, gazy te muszą być chłodzone do względnie niskiej temperatury, aż do uniknięcia formowania się osadu.

Temperatura ośrodka chłodzącego kanał wlotowy musi być zawsze wyraźnie niższa niż eutektyczna temperatura stopionych lub odparowanych składników zawartych w gorących gazach z procesów technologicznych. Jest to nie do uniknięcia przy szybkim chłodzeniu składników zanieczyszczających, wchodzących w kontakt z powierzchnią ścianki. Na przykład, jeśli woda o temperaturze od 20 do 50 stopni Celsjusza jest użyta jako środek chłodzący, temperatura tej wody może się podnieść do około 100 stopni Celsjusza. Im mniejsza jest temperatura wejściowa ośrodka chłodzącego, tym więcej będzie porów w osadzie w kanale gazowym. Temperatura ośrodka chłodzącego w kanale wlotowym zazwyczaj wzrasta o około 20-100 stopni Celsjusza. Często, jednakże, wzrost temperatury jest nie większy niż o około 20 - 30 stopni Celsjusza. Więcej czasu zabiera ochłodzenie osadu w kanale gazowym przez parę, której temperatura jest większa niż 200 stopni Celsjusza i, w konsekwencji, osad w kanale staje się bardziej zwarty niż przy użyciu chłodniejszego ośrodka chłodzącego. Temperatura gazów nie zmienia się zbytnio, w kanale wlotowym, zazwyczaj o nie więcej niż około 0,5 - 25 stopni Celsjusza.

W chłodzącej komorze, chłodzenie osiąga się przez cyrkulację złoża zawiesinowego, gdzie zimne cząstki są mieszane z gazem, przez co natychmiast zmniejsza się temperatura gazów poniżej temperatury eutektycznej stopionych lub odparowanych składników zawartych w gazie. Osad nie może więc się gromadzić na ściankach chłodzącej komory.

171 716

Fig.4

Fig.5

171 716

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do wprowadzania gorących gazów technologicznych lub spalin do ochładzania gazów ze złożem sfluidyzowanym, zawierające kanał wlotowy w dnie ochładzacza gazu dla wprowadzania do niego gazu fluidyzacyjnego, znamienne tym, że kanał wlotowy (14) jest zbudowany z dwóch metalowych cylindrów (22, 24) usytuowanych jeden wewnątrz drugiego, przy czym te dwa metalowe cylindry (22, 24) stanowią podwójną metalową obudowę z pierścieniową szczeliną (25) między nimi, która połączona jest z przewodem wlotowym (40) dla czynnika chłodzącego i z przewodem wylotowym (50) dla czynnika chłodzącego, natomiast młot (68) do usuwania osadu jest przyłączony do kanału wlotowego (14).