Котел-утилизатор

010144 Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котлахутилизаторах, устанавливаемых за металлургическими печами для охлаждения высокотемпературных запыленных газов с утилизацией их тепла для выработки пара, в частности, в котлах-утилизаторах за печами цветной металлургии. Отходящие газы большинства печей цветной металлургии имеют высокую температуру, что позволяет эффективно использовать их физическое тепло, однако характеризуются большим содержанием возгонов цветных металлов и мелкодисперсного шихтового уноса, находящегося в размягченном состоянии. Известен П-образный котел-утилизатор, включающий радиационный газоход, выполненный из экранных панелей с установленными в нем рядами термосифонов с холодильниками, и соединенный с ним конвективный газоход, в котором также расположены ряды термосифонов с холодильниками, нижние коллекторы которых, скрепленные по всей длине, образуют потолочное перекрытие (см. свидетельство РФ на полезную модель 29979, МПК F22B1/18, приоритет от 23.07.2002 г., опубликованное 10.06.2003 г., Бюл.16, Котел-утилизатор). Недостаток известного устройства заключается в том, что установленные в радиационном и конвективном газоходе ряды термосифонов интенсивно забиваются отложениями, что уменьшает эффективность теплообмена. Ряды термосифонов, установленные в радиационном газоходе, где температура запыленных газов выше, чем температура затвердевания пыли, забиваются спекшейся пылью, что резко уменьшает теплопередачу упомянутых дополнительных поверхностей теплообмена. В конвективном газоходе вследствие понижения температуры газа адгезионная способность пыли уменьшается, а скорость движения газов увеличивается. Однако ряды термосифонов, установленные в конвективном газоходе известного П-образного котла-утилизатора, омываются потоком газов с высокой скоростью в продольном направлении, в результате собственные колебания труб термосифонов с ограниченной длиной минимальны и эффекта самоочистки от нарастающих отложений не возникает. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является котел-утилизатор,расположенный горизонтально, включающий радиационный газоход с ограждающими теплообменными поверхностями и конвективный газоход, установленный под газоходами бункер для сбора пыли, при этом в радиационном газоходе установлены дополнительные поверхности теплообмена, выполненные в виде подключенных к барабану-сепаратору рядов труб термосифонов с холодильниками, закрепленных в верхней части газохода, расположенных относительно друг друга в шахматном порядке и объединенных в блоки верхними и нижними коллекторами холодильников, а в конвективном газоходе установлены секции подогревателя. Кроме того, в верхней части радиационного газохода установлена перегородка в виде ряда термосифонов для изменения направления движения газов вниз, а в нижней части - по ходу движения газов перегородка для изменения направления движения газов на ряды термосифонов (см. свидетельство РФ на полезную модель 17354, МПК F22B31/08, приоритет от 10.10.2000 г., опубликованное 27.03.2001 г.,Бюл.9, Котел-утилизатор). Недостаток известного устройства заключается в том, что установленные в радиационном газоходе дополнительные поверхности теплообмена, выполненные в виде подключенных к барабану-сепаратору объединенных в блоки рядов термосифонов, в радиационном газоходе интенсивно забиваются отложениями в виде спекшейся пыли, что уменьшает эффективность теплообмена и делает невозможной эффективную очистку имеющихся поверхностей теплообмена. Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении теплопроизводительности котла-утилизатора за счет одновременного увеличения поверхностей теплообмена, уменьшения их загрязнения и повышения степени их очистки. Технический результат достигается тем, что в заявляемом котле-утилизаторе, расположенном горизонтально, включающем радиационный и конвективный газоход, каждый из которых содержит ограждающие стены и бункеры, ряды труб термосифонов с холодильниками, закрепленные в верхней части газохода, объединенные в блоки верхними и нижними коллекторами холодильников, и верхнюю и нижнюю аэродинамические перегородки, согласно изобретению, все трубы термосифонов расположены в конвективном газоходе, причем их рабочая длина составляет 2/3-1 высоты боковых ограждающих стен,при этом поперечный шаг между трубами термосифонов в блоке равен 2-3 диаметрам труб термосифонов, продольный шагмежду блоками термосифонов равен 1-1,2 диаметра нижнего коллектора холодильников, а нижняя аэродинамическая перегородка также установлена в конвективном газоходе под блоками термосифонов. При установке в конвективном газоходе блоков термосифонов с рабочей длиной труб термосифонов, равной 2/3-1 высоты боковых ограждающих стен, поперечным шагом между трубами термосифонов в блоке, равным 2-3 диаметрам труб термосифонов и продольным шагом между блоками термосифонов,равным 1-1,2 диаметра нижнего коллектора холодильников, достигается, с одной стороны, увеличение поверхности теплообмена в заданном объеме за счет максимального заполнения объема трубами и, с другой стороны, одновременное уменьшение нарастания отложений и забивания настылью пространства-1 010144 между трубами за счет обеспечения их интенсивной собственной вибрации, что в целом улучшает условия очистки от сыпучей пыли и увеличивает эффективность теплообмена (конвективную теплопередачу),а, следовательно, теплопроизводительность котла-утилизатора. Нижняя перегородка, установленная по ходу конвективного газохода под блоками термосифонов,способствует направлению движения газа на конвективные поверхности теплообмена и осаждению пыли в бункеры под них. Интенсивность собственных колебаний блоков термосифонов, омываемых в конвективном газоходе в поперечном направлении потоком высокоскоростных запыленных газов, обусловлена увеличением гибкости труб термосифонов по всей их длине в пределах заявляемых соотношений их длины и высоты боковых ограждающих стен, что предупреждает нарастание отложений на трубах и забивание пространства между трубами настылью. Возникающие собственные колебания позволяют достичь эффекта самоочистки без принудительных колебаний, что позволяет реже прибегать к очистке путем возбуждения вынужденных колебаний. При рабочей длине труб термосифонов менее двух третей высоты боковых ограждающих стен неоправданно уменьшается поверхность теплообмена и уменьшается гибкость труб. Максимальная рабочая длина труб термосифонов, соответствующая высоте боковых ограждающих стен, определяется конфигурацией бункера и высотой слоя пыли, накапливающейся в бункере. При поперечном шаге между трубами термосифонов в блоке менее 2 диаметров труб термосифонов и продольном шаге между блоками термосифонов менее 1 диаметра нижнего коллектора холодильников происходит интенсивное образование настыли между трубами и нарастание отложений на трубах поверхностей теплообмена. При поперечном шаге между трубами термосифонов в блоке более 3 диаметров труб термосифонов и продольном шаге между блоками термосифонов более 1,2 диаметра нижнего коллектора холодильников хотя и улучшаются условия очистки, однако резко уменьшается эффективность теплообмена за счет снижения площади теплообмена конвективных поверхностей в заданном объеме. Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности новизна. Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности изобретательский уровень. Условие патентоспособности промышленная применимость подтверждено на примере конкретного осуществления. На фиг. 1 изображен продольный разрез котла-утилизатора, на фиг. 2 - поперечный разрез котлаутилизатора и узел I нижнего коллектора с холодильниками. Котел-утилизатор туннельного типа содержит последовательно расположенные радиационный газоход 1 и конвективный газоход 2 с расположенными под ними бункерами 3 для сбора частиц запыленных газов. Ограждающие стены конвективного и радиационного газоходов 4, а также потолочное перекрытие радиационного газохода выполнены в виде мембранных теплообменных поверхностей, отдельные панели которых скреплены между собой вертикальными и горизонтальными стыковыми газоплотными швами. В конвективном газоходе 2 установлены поверхности теплообмена, выполненные в виде рядов труб термосифонов 5 с холодильниками 6, объединенные в блоки 7 верхними 8 и нижними коллекторами 9 холодильников термосифонов, при этом уложенные в ряд в горизонтальной плоскости нижние коллекторы холодильников блоков термосифонов образуют потолочное перекрытие конвективного газохода. В радиационном газоходе установлена верхняя аэродинамическая перегородка 10, выполненная из блока термосифонов, каждая труба которого по всей рабочей длине снабжена шторками, симметрично расположенными с двух сторон и соединяющимися внахлест в межтрубном пространстве. Нижняя аэродинамическая перегородка 11 из кирпича установлена в середине по ходу конвективного газохода под блоками термосифонов. В конкретном примере выполнения в каждом блоке термосифонов рабочая длина L термосифонов соответствует высоте Н боковых ограждающих стен, а именно, 5700 мм, при этом поперечный шаг S1 между трубами термосифонов в блоке равен 2 диаметрам труб термосифонов dтс, а именно, при диаметре труб термосифона 89 мм равен 178 мм, а продольный шаг S2 между блоками термосифонов равен 1 диаметру нижнего коллектора холодильников D, а именно, при диаметре подводящего коллектора 219 мм равен 219 мм. Котел-утилизатор работает следующим образом. Запыленные газы с температурой 1000-1200 С и скоростью 0,5-1 м/с поступают из металлургической печи в радиационный газоход 1, где за счет радиационного излучения передают тепло через стенки труб газоплотных мембранных панелей теплоносителю и огибают верхнюю аэродинамическую перегородку 10, при этом из потока газов происходит выпадение крупных фракций пыли в бункеры, а оставшиеся в газе частицы пыли охлаждаются, затвердевают и теряют свою адгезионную способность.-2 010144 Далее газы с температурой 600-700 С и увеличенной скоростью поступают в конвективный газоход 2 с бункерами для пыли 3, где, омывая в полном объеме конвективные теплообменные поверхности в виде блоков термосифонов 7 с максимально возможным плотным расположением труб 5, отдают тепло теплоносителю. Вода из барабана-сепаратора по опускному циркуляционному трубопроводу попадает в нижние коллекторы 9 холодильников термосифонов 6 и из верхних коллекторов 8 попадает снова в барабан-сепаратор, разделяясь на воду и пар. Вибрирующие за счет движения газов трубы термосифонов оптимальной длины, а также оптимальный поперечный и продольный шаг блоков термосифонов способствуют уменьшению образования отложений сыпучей пыли и повышению степени очистки поверхностей теплообмена. Нижняя перегородка 11 установлена по ходу конвективного газохода под блоками термосифонов 7 и способствует, с одной стороны, направленному движению газов на конвективные поверхности теплообмена, с другой стороны, выпадению пыли в бункеры под них. Для очистки конвективных поверхностей теплообмена периодически включается установка газоимпульсной очистки. В результате, за счет максимально возможного увеличения конвективных поверхностей теплообмена и одновременного уменьшения образования на них отложений и повышения степени их очистки теплопроизводительность котла-утилизатора увеличивается на 10-30%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Котел-утилизатор, расположенный горизонтально, включающий радиационный и конвективный газоходы, каждый из которых содержит ограждающие стены и бункеры, ряды труб термосифонов с холодильниками, закрепленные в верхней части газохода, объединенные в блоки верхними и нижними коллекторами холодильников, и верхнюю и нижнюю аэродинамические перегородки, отличающийся тем,что все трубы термосифонов расположены в конвективном газоходе, причем их рабочая длина составляет 2/3-1 высоты боковых ограждающих стен, при этом поперечный шаг между трубами термосифонов в блоке равен 2-3 диаметрам труб термосифонов, продольный шаг между блоками термосифонов равен 11,2 диаметра нижнего коллектора холодильников, а нижняя аэродинамическая перегородка также установлена в конвективном газоходе под блоками термосифонов.