CS248352B1

CS248352B1 - Heat exchanger furnace

Info

Publication number: CS248352B1
Application number: CS526281A
Authority: CS
Inventors: Trpe Gruevski; Bruno Bosek; Jaroslav Holecek
Original assignee: Trpe Gruevski; Bruno Bosek; Jaroslav Holecek
Priority date: 1981-07-08
Filing date: 1981-07-08
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Pece s výměníkem tepla tvoří vzájemně vázaný agregát, kde výměník tepla je umístěn před pecí ve smyslu postupu substrátu, takže substrát vstupuje do pece přes výměník tepla proti proudu horkých spalin. Uvnitř výměníku je žáruvzdorná trubka, která s pláštěm výměníku tvoří mezikruží rozdělené pórovitou rekuperační vložkou na dvě prostory. Do vnějšího vstupuje chladný vzduch, prostupuje rekuperační vložkou do vnitřního, kde se ohřívá a odtud je odváděn z výměníku.The heat exchanger furnaces form a interconnected unit, where the heat exchanger is located in front of the furnace in the direction of the substrate flow, so that the substrate enters the furnace through the heat exchanger against the flow of hot flue gases. Inside the exchanger is a refractory tube, which together with the exchanger shell forms an annulus divided into two spaces by a porous heat recovery insert. Cold air enters the outer one, passes through the heat recovery insert into the inner one, where it is heated and from there is discharged from the exchanger.

Description

Vynález se týká pece s výměníkem tepla, zejména rotační pece.The invention relates to a heat exchanger furnace, in particular a rotary furnace.

Pece vytápěné různými druhy fosilních paliv jsou v průmyslu značně rozšířené. Nedostatkem těchto pecí je malá účinnost způsobená únikem horkých spalin bez užitku do atmosféry. Velké ztráty tepelné energie vykazují zejména rotační pece, používané na zpracování nerostných surovin a jiných práškových substrátů.Furnaces heated by various types of fossil fuels are widely used in industry. The disadvantage of these furnaces is the low efficiency caused by the escape of hot flue gases without benefit to the atmosphere. In particular, rotary kilns used for the processing of mineral raw materials and other pulverulent substrates exhibit high thermal energy losses.

Spaliny o teplotě kolem 1 000 °C jsou z těchto pecí odváděny bud kouřovody anebo přímo do komína. V malé míře se u některých pecí používají výměníky tepla, ale ty mají vesměs nedostatečnou účinnost.The flue gas at a temperature of about 1000 ° C is discharged from these furnaces either by flue gas ducts or directly into the chimney. Heat exchangers are used to a limited extent in some furnaces, but they are generally inefficient.

U pecí v hutních provozech se vyskytují různé výměníky tepla, které zabírají velký prostor a též nevynikají uspokojivou účinností. Jsou známé výměníky, které tvoří plášt obalující ve tvaru mezikruží kouřovod nebo válcovou část rotační pece.In furnaces in metallurgical plants there are various heat exchangers which take up a large space and also do not excel in satisfactory efficiency. Exchangers are known which form a shroud wrapping in the form of an annular flue or a cylindrical part of a rotary kiln.

Mezikružím je proháněn vzduch, který se ohřívá stykem s horkým povrchem pece nebo kouřovodu a je odváděn na místo určení. Na stejném principu jsou konstruovány i složitější výměníky tepla, z nichž některé vedou horké spaliny svazkem trubek, jako je tomu např. u trubkových parních kotlů.Air is blown through the annulus, which is heated by contact with the hot surface of the furnace or flue and is discharged to its destination. More complex heat exchangers are constructed on the same principle, some of which lead hot flue gas through a bundle of tubes, as is the case, for example, with tube steam boilers.

Žádné z těchto zařízení nevyužívá sálavou složku tepla, ale vzduch je ohříván jen přirozenou konvekcí. Zvlášt nepříznivé je opláštování válcové části rotační pece, protože teplota kovového povrchu dosahuje jen 300 až 400 °C, takže účinnost zařízení je zanedbateíná.None of these devices uses a radiant heat component, but the air is heated only by natural convection. It is particularly unfavorable to sheath the cylindrical part of the rotary kiln because the metal surface temperature reaches only 300 to 400 ° C, so that the efficiency of the device is negligible.

Nedostatečná účinnost používaných výměníků tepla spočívá v tom, že využívají jen konvektivní složku tepla, zatímco radiační složka, převažující již při teplotách od 600 °C výše, do proudících plynů prakticky nepřechází.The insufficient efficiency of the heat exchangers used is that they use only the convective heat component, while the radiation component, which is already prevalent at temperatures above 600 ° C, practically does not pass into the flowing gases.

Velké náklady na výměníky tepla, náročnost na jejich obsluhu a údržbu a k tomu přistupující malá účinnost jsou příčinou toho, že se téměř nepoužívají. Ztráty tepelné energie trvalým únikem horkých spalin do atmosféry prodražují výrobu a způsobují obrovské národohospodářské ztráty.The high cost of heat exchangers, the difficulty of their operation and maintenance, and the low efficiency of the heat exchangers, make them virtually unused. Loss of thermal energy through the continuous escape of hot flue gases into the atmosphere makes production more expensive and causes enormous economic losses.

Tak např. při výrobě cementu v šachtových pecích z vlhkého substrátu se spotřebuje na l kg slinku asi 7 315 kJ. V nejmodernějších rotačních pecích zpracovávajících suchý práškový substrát, je potřeba 8 778 kJ na 1 kg slinku, ačkoliv by měla být spotřeba tepelné energie menší než v šachtových pecích o výparné teplo vody obsažené ve vlhkých granulích.For example, for cement production in shaft furnaces from a wet substrate, about 7,315 kJ per kg of clinker is consumed. In state-of-the-art rotary kilns processing dry powder substrates, 8,778 kJ per kg clinker is needed, although thermal energy consumption should be less than in the shaft kilns by the evaporation heat of the water contained in the wet granules.

Tepelnou účinnost rotačních pecí zvyšuje jejich délka a z toho důvodu nejsou vzácností rotační pece dlouhé přes 100 m. Prodlužování rotační pece však způsobuje velké konstrukční potíže s vyrovnáváním tepelných dilatací a deformací ocelového pláště pece, zvyšuje náklady na opravu a údržbu, zejména při výměně žáruvzdorné vyzdívky a zvyšuje investiční náklady na jejich stavbu.The thermal efficiency of rotary kilns is increased by their length and hence they are not a rarity of a rotary kiln longer than 100 m. increases investment costs for their construction.

Tyto nevýhody odstraňuje pec s výměníkem tepla, zejména rotační pec podle vynálezu, jehož podstatou je, že pec s výměníkem tvoří agregát, u kterého vnitřní průměr .pece je s výhodou stejný jako vnitřní průměr výměníku, uvnitř kterého je žáruvzdorná trubka, která vytváří s pláštěm výměníku mezikruží, rozdělené pórovitou rekuperační vložkou na dva prostory, přičemž plášň výměníku je opatřen vstupním hrdlem pro vstup chladného vzduchu do vnějšího prostoru mezikruží a rekuperační vložka je opatřena výstupním hrdlem procházejícím pláštěm výměníku.These drawbacks are overcome by the heat exchanger furnace, in particular the rotary furnace according to the invention, which is based on the fact that the heat exchanger furnace forms an aggregate in which the inner diameter is preferably equal to the inner diameter of the heat exchanger inside. The exchanger shell is divided into two spaces by a porous heat recovery insert, the shell of the exchanger having an inlet throat for the entry of cold air into the outer space of the annular ring and the recovery insert having an outlet throat passing through the shell of the exchanger.

Pokrok dosažený vynálezem spočívá zejména v tom, že pec s výměníkem umožňuje bezprostřed ní odvod nadměrného tepla spalin z pece do výměníku tepla a dosažení maximální tepelné účinnosti a tím snížení spotřeby tepelné energie.In particular, the progress achieved by the invention is that the heat exchanger furnace allows the direct removal of excess heat from the flue gas from the furnace to the heat exchanger and achieves maximum thermal efficiency, thereby reducing thermal energy consumption.

Příklady provedení pecí s výměníkem tepla podle vynálezu jsou na připojených výkresech, kde na obr. 1 je v podélném řezu schematicky znázorněno provedení pece tvořící agregát sestávající z rotační pece s výměníkem tepla, na obr. 2 je znázorněn v podélném řezu schematicky agregát sestávající z rotační pece s výměníkem tepla v uspořádání nad sebou a propojený kouřovodem a na obr. 3 je v podélném řezu schematicky znázorněno provedení rotační pece tvořící s výměníkem tepla jeden celek.Examples of embodiments of heat exchanger furnaces according to the invention are shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 schematically shows a longitudinal section of a furnace forming an aggregate consisting of a rotary heat exchanger furnace; Fig. 2 shows a longitudinal section schematically of a rotary heat exchanger; 3 shows a longitudinal section of an embodiment of a rotary furnace forming a unit with the heat exchanger. FIG.

Agregát znázorněný na obr. 1 sestává z rotační pece 1_ určené k výrobě slinku. Na tuto pec 1^ navazuje výměník 2 tepla. Agregát je doplněn chladičem 3 slinku a pásovým dopravníkem 4_. Pec 1 je uložena na válečkových stolicích 5, 8. upevněných na betonových sloupech T_, ÍJ.The aggregate shown in FIG. 1 consists of a rotary kiln 7 for the production of clinker. The heat exchanger 2 is connected to this furnace. The aggregate is completed with a clinker cooler 3 and a belt conveyor 4. The furnace 1 is supported on roller stands 5, 8 mounted on concrete columns 10, 11.

Pec je opatřena ozubeným věncem pro ozubený převod _9. Válcovou část pece 1_ tvoří plášt 10, nákružky 11, 12 uložené ve válečkových stolicích 5., a žáruvzdorná vyzdívka 13. Výměník 2 spojující rotační pec j s komínem 14, sestává ze žáruvzdorné trubky 15, dvou čel 16, 17 a pláště lj).The furnace is provided with a gear ring for gear transmission 9. The cylindrical part of the furnace 7 comprises a jacket 10, collars 11, 12 housed in roller stands 5, and a refractory lining 13. The exchanger 2 connecting the rotary kiln j to the chimney 14 consists of a refractory tube 15, two faces 16, 17 and a jacket 11.

Uvnitř je rekuperační pórovitá vložka 18. Plášt 19 je opatřen vstupním hrdlem 20 pro přívod chladného vzduchu do výměníku 2 a výstupním hrdlem 21, napojeným přímo na rekuperační pórovitou vložku 18. Výstupní hrdlo 21 odvádí horký vzduch.Inside, there is a regenerative porous liner 18. The housing 19 is provided with an inlet orifice 20 for supplying cold air to the exchanger 2 and an outlet orifice 21 connected directly to the recuperative porous liner 18. The outlet orifice 21 discharges hot air.

' Na vstupní straně výměníku 2 je žlab 29 pro vstup substrátu 28 do výměníku 2. Žlab 29 prochází komínem 14 a předehřívá se v něm substrát 28. Výměník 2 je pružně zavěšen na závěsech 22, 23, uložených na betonových sloupech 24, 25. Při své funkci vykonává výměník 2. kmitavý pohyb znázorněný šipkou 26 a zajištovaný vibrátorem 27.At the inlet side of the exchanger 2 there is a trough 29 for the entrance of the substrate 28 into the exchanger 2. The trough 29 passes through the chimney 14 and preheats the substrate 28. The exchanger 2 is resiliently suspended on hinges 22, 23 mounted on concrete columns 24, 25. its function is exchanger 2 oscillating movement shown by arrow 26 and secured by vibrator 27.

Substrát 28 vstupuje ve směru šipky 30 do výměníku 2 žlabem 29 proti proudu horkých spalin procházejících výměníkem 2 ve směru šipky 31. Vibrováním se substrát 28 posouvá výměníkem £ směrem k rotační peci í_, předehřívá se a vstupuje do pece ^L·The substrate 28 enters the heat exchanger 2 in the direction of arrow 30 upstream of the hot flue gas passing through the exchanger 2 in the direction of the arrow 31. By vibrating, the substrate 28 is moved through the exchanger 6 towards the rotary furnace 1, preheated and enters the furnace.

Zde probíhá technologický proces, to znamená pálení a spékáni práškovítého substrátu 28 a vzniká slinek. Žhavý slinek vstupuje na konci pece .1 do chladiče 2 slinku. Vstupním hrdlem 20 se vhání chladný vzduch do výměníku 2.Here, the process of burning and sintering the pulverulent substrate 28 takes place and clinkers are formed. The hot clinker enters the clinker cooler 2 at the end of the furnace. Cool air is blown into the exchanger 2 through the inlet port 20.

Vzduch jde nejprve do vnějšího prostoru 32 mezikruží výměníku 2, proniká rekuperační vložkou 18 do vnitřního prostoru 33 mezikruží výměníku 2 a ohřívá se na vysokou teplotu. Výstupním hrdlem 21 se odvádí na místo určení.The air first enters the outer space 32 of the exchanger ring 2, penetrates the regenerative insert 18 into the inner space 33 of the exchanger ring 2 and is heated to a high temperature. The outlet orifice 21 is discharged to the destination.

Agregát znázorněný na obr. 2 je složen z rotační pece ly výměníku 2 tepla a doplňuje jej chladič 2 slinku a pásový dopravník i. Pec 1. je uložena na válečkových stolicích 8_, 8, upevněných na betonových sloupech 7, 8.The unit shown in FIG. 2 is composed of a rotary kiln of heat exchanger 2 and is supplemented by a clinker cooler 2 and a belt conveyor 1. The furnace 1 is supported on roller stands 8, 8 mounted on concrete columns 7, 8.

Otáčení pece 1 zajištuje ozubený převod 9. Válcovou část pece 1^ tvoří plášt 10, nákružky 11, 12 a žáruvzdorná vyzdívka 13. Kouřovod 34 spojuje pec 1^ s výměníkem. Spaliny vede výměník 2 do komínu 14.Rotation of the furnace 1 is provided by a toothed gear 9. The cylindrical portion of the furnace 1 comprises a casing 10, collars 11, 12 and a refractory lining 13. The flue gas duct 34 connects the furnace 1 to the exchanger. The flue gas leads the exchanger 2 to the chimney 14.

Výměník 2 sestává ze žáruvzdorné trubky 15, dvou čel 16, 17, rekuperační pórovité vložky 18, pláště 19, ve kterém je vstupní hrdlo 20 pro přívod chladného vzduchu do výměníku j a výstupní hrdlo 21 pro odvádění horkého vzduchu na místo určení.The exchanger 2 consists of a refractory tube 15, two faces 16, 17, a regenerative porous liner 18, a shell 19, in which there is an inlet throat 20 for supplying cool air to the exchanger j and an outlet throat 21 for discharging hot air to its destination.

Rekuperační pórovitá vložka 18 dělí mezikruží vytvořené pláštěm 19 a žáruvzdornou trubkou 15 na dva prostory, a to vnitřní prostor 33 a vnější prostor 32. Výměník 2 je pružně zavěšen na závěsech 22, 23, uložených na kouřovodu 34 a na komínu 14.The recuperative porous liner 18 divides the annulus formed by the jacket 19 and the refractory tube 15 into two spaces, an interior space 33 and an exterior space 32. The exchanger 2 is resiliently suspended on hinges 22, 23 mounted on the flue gas duct 34 and the chimney 14.

Kmitavý pohyb výměníku 2 zajištuje vibrátor 27. Substrát 28 vstupuje do výměníku 2 žlabem 29, prochází výměníkem 2 do kouřovodu 34. Odtud padá na žlab 29 a vstupuje do pece I_.The oscillating movement of the exchanger 2 is provided by the vibrator 27. The substrate 28 enters the exchanger 2 through the trough 29, passes through the exchanger 2 into the flue gas duct 34. From there it falls onto the trough 29 and enters the furnace 7.

činnost agregátu znázorněného na obr. 2 je stejná, jako u předešle popsaného agregátu, znázorněného na obr. 1.the operation of the aggregate shown in Fig. 2 is the same as that of the previously described aggregate shown in Fig. 1.

Příklad provedení rotační pece s výměníkem tepla znázorněným na obr. 3 představuje provedení kompaktní rotační pece 2» tvořící s výměníkem 2_ jeden nedělitelný celek. Od agregátu na obr. 1 se liší tím, že se výměník £ otáčí současně s pecí 1^ ve válečkových stolicích jj, 6 a 35 uložených na sloupech ]_, 8 a 36.The embodiment of the rotary kiln with the heat exchanger shown in Fig. 3 represents an embodiment of a compact rotary kiln 2 forming an integral whole with the exchanger 2. It differs from the aggregate in FIG. 1 in that the exchanger 6 is rotated simultaneously with the furnace 1 in the roller stands 16, 6 and 35 mounted on the columns 18, 36 and 36.

Chladný vzduch je do výměníku 2 vháněn ventilátorem 37 a horký vystupuje výstupním hrdlem 21. Na toto hrdlo 21 navazuje vzduchovod 38, kterým je horký vzduch veden do rozvaděče 39. Rozvaděčem 39 usměrněný horký vzduch se vrací do pece 1. a v technologickém procesu předává své teplo substrátu 28, čímž se snižuje potřebné množství paliva na jednotku výkonu pece.The cold air is blown into the exchanger 2 by a fan 37 and the hot air exits through the outlet throat 21. The air duct 38 is connected to this throat 21 through which hot air is led to the distributor 39. The hot air directed by the distributor 39 returns to the furnace 1. heat of the substrate 28, thereby reducing the amount of fuel needed per unit of kiln output.

činnost kompaktní rotační pece s výměníkem tepla podle obr. 3 je stejná jako činnnost agregátu znázorněného na obr. 1.the operation of the compact rotary kiln with the heat exchanger of Fig. 3 is the same as that of the aggregate shown in Fig. 1.

Řešení pece 1 s výměníkem 2 podle vynálezu umožňuje bezprostřední odvod nadměrného tepla spalin do výměníku 2 s dosažením maximální tepelné účinnosti, žáruvzdorná vyzdívka 13 pece J. má stejnou tlouštku jako u dosud používaných pecí. Dutina výměníku 2 má stejnou světlost jako dutina pece _1, u kratších pecí může být opatřen slabou žáruvzdornou vyzdívkou, aby nedocházelo k deformaci žáruvzdorné trubky 15 tvořící vnitřní plášt výměníku 2.The solution of the furnace 1 with the heat exchanger 2 according to the invention allows the immediate removal of excessive flue gas heat into the heat exchanger 2 with maximum thermal efficiency. The refractory lining 13 of the furnace 1 has the same thickness as in the furnaces used up to now. The cavity of the exchanger 2 has the same size as the cavity of the furnace 1, in shorter furnaces it can be provided with a low refractory lining in order to avoid deformation of the refractory tube 15 forming the inner shell of the exchanger 2.

Vyzdívka ve výměníku 2 může být jen krátká, a to v oblasti nejvyšší teploty. Kompaktní pec podle obr. 3 má dimenzován vnější plášt výměníku 2 jako nosnou část celého agregátu, protože vnitřní trubka má při teplotě 600 a 1 100 °C malou pevnost.The lining in the exchanger 2 can only be short, in the region of the highest temperature. The compact furnace of FIG. 3 has a dimensioned outer shell of the exchanger 2 as a supporting part of the whole unit, since the inner tube has a low strength at 600 and 1100 ° C.

Agregát může být uspořádán tak, že pec 1^ je pevně spojena s výměníkem 2 /obr. 3/, anebo je výměník 2 do pece J. nasunut. V obou případech je podélná osa 4p pece _1 i výměníku 2 totožná.The aggregate may be arranged such that the furnace 1 is firmly connected to the exchanger 2 / fig. 3), or the exchanger 2 is inserted into the furnace J. In both cases, the longitudinal axis 4p of the furnace 1 and the exchanger 2 is identical.

Výměník 2. je pak spojovacím článkem mezi pecí 1^ a komínem 14. Agregát může být uspořádán též tak, že výměník 2 je umístěn nad pecí 1^ a obě tyto části agregátu jsou spolu spojeny kouřovodem 34.The exchanger 2 is then the link between the furnace 1 and the chimney 14. The aggregate can also be arranged such that the exchanger 2 is located above the furnace 1 and the two parts of the aggregate are connected to one another via a flue gas duct 34.

Uspořádání dle vynálezu je možno využít též u hutnických pecí, kde výměník 2. je umístěn v podzemním kouřovodu anebo s osou kolmou na vodorovnou rovinu určenou hladinou roztaveného kovu, skloviny ap. V tomto případě je výměník £ spojovacím článkem mezi pecí 1 a kouřovodem 34The arrangement according to the invention can also be used in metallurgical furnaces where the exchanger 2 is located in an underground flue gas duct or with an axis perpendicular to the horizontal plane determined by the level of molten metal, glass and the like. In this case, the exchanger 6 is the link between the furnace 1 and the flue gas duct 34

Příklady provedení znázorněné na obr. 1, 2 a 3 neomezují předmět vynálezu jen na rotační pece. Soustavou pec - výměník může tvořit soustava taviči pec - výměník, a pod. v hutních a jiných provozech.1, 2 and 3 are not limited to rotary kilns. The furnace-exchanger system can be a melting furnace-exchanger system, and the like. in metallurgical and other operations.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A heat exchanger furnace, in particular a rotary furnace, characterized in that the furnace (1) forms with the exchanger (2) an aggregate, wherein the inner diameter of the furnace (1) is preferably equal to the inner diameter of the heat exchanger (2). a tube (15) which, with the exchanger housing (19), forms an annulus divided by a porous regenerative insert (18) into two spaces (32, 33), the exchanger housing (19) having an inlet neck (20) for the inlet of cool air into the outer space (32) of the exchanger ring (2) and the recovery insert (18) is provided with an outlet throat (21) passing through the jacket (19) of the exchanger (2).

2. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (2) is provided with a vibrator (27).

Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that on the inlet side of the exchanger (2) there is a trough (29) passing through the chimney (14) for the substrate (28) to enter the aggregate.

4. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that an air duct (38) extends into the outlet (21) leading to a distributor (39) located on the furnace (1).

5. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that an air duct (38) extends into the outlet (21) leading to a distributor (39) located on the furnace (1).

5. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that a fan (37) is connected to the inlet connection (20).

6. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that the furnace (1) and the heat exchanger (2) have the same longitudinal axis (40).

7. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (2) is connected to the furnace (1) and is located above the furnace (1).

8. Heat exchanger furnace according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (2) forms a connecting element between the furnace (1) and the chimney (14) or the chimney (14). between the furnace (1) and the flue gas duct (34).