PL117479B1 - Method and apparatus for recovering energy from blast furnace waste gasesojj pechi i ustanovka dlja utilizacii ehnergii iz otkhodjahhikh gazov domennojj pechi - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzysku energii z gazów wylotowych wielkiego pieca, oraz urzadzenie do odzysku energii z gazów wyloto¬ wych wielkiego pieca.W czasie pracy wielkiego pieca wydzielaja sie duze ilosci gazów wylotowych. Gazy wylotowe ma¬ ja wysoka temperature i znaczne cisnienie, czyli znaczny zapas energii termicznej i mechanicznej.Znane sa sposoby odzysku energii z gazów wy¬ lotowych wielkiego pieca. Jeden z tych sposobów jest przedstawiony w opisie patentowym St. Zjedn.Ameryki nr 3 818 707.Znane sposoby polegaja na zastosowaniu turbiny o przeplywie osiowym lub turbiny odsrodkowej.Przy podawaniu gazów wylotowych bezposred¬ nio do turbiny duze ilosci pylu zawarte w gazach przylegaja do dysz wywolujac ich zatykanie co powoduje zmniejszenie sprawnosci turbiny. Tak wiec gazy wylotowe wymagaja odpylenia przed wprowadzeniem ich do turbiny.Przy uzyciu turbiny odsrodkowej gazy przemy¬ wa sie usuwajac z nich pyly a nastepnie nasyca sie gaz para wodna przed wprowadzeniem do tur¬ biny. W turbinie odsrodkowej lopatki turbiny sa osadzone ciasniej niz w turbinie osiowej a lopatek dyszy nie stosuje sie wcale. Odkladanie sie pylu na lopatkach turbin odsrodkowych nie stanowi wiek¬ szych problemów. Jednakze turbiny takie maja duze rozmiary i koszty ich instalacji i eksploata¬ cji sa wysokie. Z uwagi na niewielka sprawnosc 10 15 20 25 30 turbin odsrodkowych stopien odzysku, energii jest stosunkowo niewielki.Uzycie turbiny osiowej ma te zalete, ze jej roz¬ miary sa niewielkie a sprawnosc stosunkowo wy¬ soka. Jednakze w turbinie osiowej pyl odklada sie na dyszach (lopatkach nieruchomych) oraz na lo¬ patkach ruchomych, co zmniejsza sprawnosc tur¬ biny i moze doprowadzic do zatykania sie dysz.Pyl przylegajacy do lopatek ruchomych uniemoz¬ liwia ich wlasciwe wywazenie i prowadzi do po¬ wstawania drgan. Oderwanie sie mas pylu od lo¬ patek turbiny powoduje powazne uszkodzenia przy zetknieciu z ruchomymi lopatkami, a nawet moze doprowadzic do zniszczenia lopatek lub powaznej awarii.W znanych sposobach, aby zapobiec przyleganiu pylu, gazy wylotowe wielkiego pieca przepuszcza sie przez mokra pluczke a nastepnie po osuszeniu wprowadza sie gazy do turbiny. Rozwiazanie ta¬ kie wymaga zastosowania urzadzenia do czescio¬ wego spalania gazów wylotowych lub wymiennika ciepla co zwieksza zlozonosc instalacji i zmniejsza jej sprawnosc cieplna.W turbinach osiowych kierunek strumienia gazu "opuszczajacego dysze jest rózny od kierunku stru¬ mienia gazu opuszczajacego sasiednie lopatki ru¬ chome dla zapewnienia maksymalnej sprawnosci przeplywu turbiny. Rozwiazanie takie uniemozli¬ wia wytworzenie strumienia gazu wirujacego w 117 4793, jednym kierunku, w celu odprowadzenia odsrod¬ kowego pylu przeplywajacego przez turbine.Sklonnosc pylu do przylegania do elementów turbiny jest uzalezniona od takich czynników jak ilosc pylu, sklad pylu, ilosc wody oraz wydatek przeplywu gazów. Nawet po przepuszczeniu ga¬ zów przez pluczka gazowa zwezkowa zawieraja one okolo 100 mg/Nm3 pylu i od 3 g/Nm0 do 5 g/Nmfl wody. Pyl w takim stanie wykazuje du¬ za sklonnosc do przylegania «do elementów turbi¬ ny. Natomiast pyl w stanie suchym wywoluje ero¬ zje dysz i lopatek ruchomych oraz ich zuzycie scierne.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urzadzenia umozliwiajacych odzysk energii z ga¬ zów wylotowych wielkiego pieca przy uzyciu tur¬ biny o przeplywie osiowym.Rozwiazanie wedlug wynalazku powinno zapo¬ biegac odkladaniu sie pylu na dyszach i lopa¬ tkach ruchomych turbiny przy jednoczesnym unik¬ nieciu zjawiska erozji.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku gazy wylotowe pod wysokim cisnieniem nasyca sie para wodna, do nasyconych gazów wtryskuje sie w sposób ciagly wode, o temperaturze nizszej od temperatury gazów, w ilosci od 0,5% do 5% wa¬ gowo w stosunku do wydatku przeplywu nasyco¬ nych gazów, w celu ochlodzenia nasyconych ga¬ zów i wytworzenia mgly wodnej w wyniku kon¬ densacji pary wodnej, a nastepnie wprowadza sie gazy do turbiny o przeplywie osiowym.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku urzadzenie do odzysku energii z gazów wyloto¬ wych wielkiego pieca zawiera zespól do ciaglego wtryskiwania wody do nasyconych gazów, turbine o przeplywie osiowym, napedzana gazami wyde¬ chowymi z wielkiego pieca, oraz zespól roboczy napedzany turbina.Badania doswiadczalne wykazaly, ze przy rozpy¬ laniu wody w strumieniu gazu, przyleganie do ele¬ mentów turbiny maleje. Jednakze gdy rozpylona woda zamieni sie w calosci w pare splukiwanie przylegajacych pylów jest niewielkie. Najlepsze rezultaty wystepuja gdy rozpylanie wody powo¬ duje powlekanie czasteczek pylów cieniutka war¬ stwa wody.Warstewka wody otaczajaca czasteczke pylu dziala jako amortyzator przy uderzeniach czastecz¬ ki o wewnetrzne scianki turbiny. Z 'uwagi na nie¬ wielka bezwladnosc czasteczek mgly wodnej ota¬ czajacej czasteczki pylu, mgla wodna przemieszcza sie wzdluz turbiny po torach podobnych do toru strumienia gazu, omywajac scianki lopatek i dysz.Aby zapewnic wlasciwa prace turbiny pozadane jest mozliwie szybkie odprowadzanie czasteczek pylu z korpusu turbiny, poniewaz nadmiar mgly wodnej wywoluje erozje, drgania oraz spadek sprawnosci cieplnej turbiny.W tym celu turbina wedlug wynalazku spelnia szereg wymagan. Predkosc strumienia gazu prze¬ plywajacego przez dysze turbiny jest utrzymywa¬ na w zakresie od 140 m/s do 180 m/s, a kat sply- 7 479 4 wu strumienia gazu zawiera sie w zakresie od 50a do 60°. Dysze oraz ruchome lopatki turbiny maja stosunek wysokosci do dlugosci luku w zakresie od 0,7 do 1,5. Grubosc krawedzi splywu dysz oraz 5 ruchomych lopatek zawiera sie w zakresie od 6 mm do 12 mm. Predkosc obwodowa wierzcholka ruchomej lopatki pierwszego stopnia turbiny za¬ wiera sie w zakresie od 150 m/s do 230 m/s.Aby zapewnic odprowadzenie czasteczek pylu z korpusu turbiny na obrzezu korpusu turbiny jest wykonany rowek usytuowany poprzecznie wzgle¬ dem osi turbiny, przez który jest odprowadzany pyl i mgla wodna. 15 Korzystnie predkosc strumienia gazu na wylo¬ cie dyszy jest tak dopasowana do predkosci stru¬ mienia gazu na wylocie ruchomej lopatki, ze w korpusie turbiny powstaje strumien gazu wiruja¬ cy w jednym kierunku. Zapewnia to powstawanie 20 sily odsrodkowej oddzielajacej pyl i mgle wodna od gazu przeplywajacego przez turbine.Przedmiot wynalazku zostal uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie do 25 odzysku energii z gazów wylotowych wielkiego pieca, fig. 2 — lopatki dyszy do których przylega¬ ja warstwy pylu, fig. 3 — wykres scierania dyszy w funkcji ilosci rozpylonej wody, fig. 4 — wykres sprawnosci procesu w funkcji grubosci warstwy 30 pylu, fig. 5 — wykres grubosci warstwy pylu w funkcji predkosci wyplywu gazu przez dysze, fig. 6 — zarysy lopatek turbiny konwencjonalnej i turbiny wedlug wynalazku, fig. 7 — wykres cza¬ su pracy turbiny w funkcji stosunku odleglosci po- 35 miedzy srodkami dwóch sasiednich lopatek i dlu¬ gosci cieciwy lopatki, fig. 8 ,— wykres grubosci warstwy pylu w funkcji dlugosci cieciwy lopatki, fig. 9 — wykres wzglednej predkosci V2 gazu przy wylocie z lopatek ruchomych w funkcji kata 40 splywu a2, fig. 10 — turbina osiowa w przekroju wzdluznym, fig. 11 — predkosci strumieni gazu na wylocie dysz i lopatek ruchomych, fig. 12 — wek¬ tory predkosci strumieni gazu, fig. 13 — pow¬ stanie wirujacych strumieni gazu w turbinie osio- 45 wej.Zgodnie z figura 1 gazy wylotowe z wielkiego pieca 1 sa wprowadzane do odpylacza 3 przewo¬ dem 2, a nastepnie do pluczki gazowej zwezkowej, 50 takiej jak mokra pluczka odpylajaca 5, przewo¬ dem4. "' ¦ W mokrej pluczce 5 gazy ulegaja nasyceniu pa¬ ra wodna. Przykladowo gazy wylotowe o tempera¬ turze 150*0 i cisnieniu równym 2 atm ulegaja 55 ochlodzeniu przez odparowanie wody w pluczce 5 tworzac gaz alf nasycony para wodna, o tempera¬ turze 60°C.Nasycony gaz a4 przechodzi przez przewód 6, zawór wlotowy 7, kanal 8, zawór wlotowy odcina- 60 jacy 9, przewód 10, zawór sterujacy 11, przewód 12 oraz doplywa do turbiny 13 o przeplywie osio¬ wym. Turbina 13 polaczona z mechanizmem 14 sta¬ nowi jego naped.Zgodnie z wynalazkiem nasycony gaz % prze- 15 chodzi przez przewody 10, 12, a woda o tempe- j117 479 5 6 raturze nizszej niz temperatura gazu 24 jest natry¬ skiwana na gaz % zmieniajac go w gaz a2 prze¬ sycony. Gaz 2*2 opuszczajacy turbina 13 jest pro¬ wadzony przez przewód 15, zawór wylotowy 16, przewód 17, zawór wylotowy odcinajacy 18, prze¬ wód 19, a nastepnie odprowadzany przez przewód 20.Zgodnie z wynalazkiem przed wprowadzeniem gazu % nasyconego w mokrej pluczce odpylajacej 5 do turbiny 13, okreslona ilosc wody jest wtryski¬ wana w sposób ciagly do strumienia gazu %..W tym celu stosuje sie pompe 23. Wywoluje ona wprowadzenie rozpylonych strumieni wody b do nasyconego gazu aA powyzej turbiny 13. Pompa 23 jest polaczona przewodem 24 z przewodem 10, a przewodem 25 z przewodem 12. W rozwiazaniu wedlug fig. 1 rozpylone strumienie wody b sa wprowadzane do przewodu 10 powyzej zaworu sterujacego 11. Mozliwe jest wprowadzanie stru¬ mieni wody b tylko do przewodu 25 lub dowolnej czesci przewodu powyzej turbiny 13.Dzialanie chlodzace mgly rozpylonych strumieni wody b powoduje skraplanie pary wodnej zawar¬ tej w nasyconym gazie a4, zas czasteczki pylu zo¬ staja otoczone cienkimi warstewkami wody pow¬ stalej z kondensacji pary wodnej.Rozwiazanie wedlug wynalazku zabezpiecza przed przyleganiem czasteczek pylu do dyszy lub lopatek turbiny gazowej.Czesteczki pylu o rozmiarach mniejszych od 1 mikrona, na które skladaja sie tlenki i siarczki metalu powstale w wyniku parowania i konden¬ sacji w wielkim piecu przylegaja zwykle do wkle¬ slych jak i wypuklych powierzchni dysz, jak rów¬ niez do tylnych powierzchni lopatek. Przypuszcza sie, ze przyleganie i gromadzenie czasteczek jest spowodowane uderzaniem czasteczek metalu o wy¬ sokich predkosciach o wiazania OH.Poniewaz rozmiary czasteczek mgly powstalej na skutek rozpylania wody sa stosunkowo duze, ich dzialanie czyszczace, wywierane na wypukle po¬ wierzchnie dysz, jest niewielkie. Czesteczki ulegaja rozdzieleniu pod wplywem sil bezwladnosci. W re¬ zultacie przyleganie i odkladanie sie czasteczek py¬ lu wzmaga sie powodujac zatykanie dysz turbiny.Badania wykazaly, ze aby zwiekszyc dzialanie czy¬ szczace na wypuklych powierzchniach dysz trzeba zmniejszyc rozmiary czasteczek mgly wodnej.Stwierdzono, ze rozmiary czasteczek mgly powsta¬ lej na skutek rozpylania wody sa zbyt duze i ko¬ nieczna jest obecnosc drobnych kropelek mgly, o srednicy rzedu 1 mikrona, powstajacych na drodze kondensacji pary wodnej przesyconego gazu, w wyniku chlodzenia gazu rozpylonym strumieniem wody utrzymywanym w temperaturze nizszej niz temperatura gazu.W wyniku badan doswiadczalnych stwierdzono, ze do wypuklej powierzchni lopatki 27 osadzonej w dyszy 26 (fig. 2) przylegaja czasteczki o sredni¬ cy 1 mikrona lub mniejsze. Aby czasteczki mgly wodnej mogly dotrzec do skupisk czasteczek py¬ lu d konieczne jest przemieszczanie mgly wzdluz toru podobnego do toru pokonywanego przez cza¬ steczki pylu. Dlatego tez czasteczki mgly wodnej* powinny miec rozmiary nie wieksze niz 1 mikron.Wzgledna wilgotnosc gazu poddawanego obróbce w mokrej pluczce odpylajacej wynosi okolo 100%.Tak wiec nawet niewielkie chlodzenie gazu umoz- 5 iiwia wytwarzanie mgly o tak niewielkich czaste¬ czkach.Zgodnie z wynalazkiem wytwarza sie mgle wod¬ na o niewielkich rozmiarach czasteczek, której strumien przeplywa wzdluz linii bl nieznacznie odchylonej od linii g przeplywu gazu (fig. 2). Tak wiec strumien mgly wywiera dzialanie czyszczace zarówno na wklesle powierzchnie lopatek 27 jak i na skupiska czasteczek pylu d2 przylegajace do wypuklych powierzchni dysz ,26.Tak wiec rozpylony strumien mgly wodnej przy¬ plywajacej wzdluz linii bl, podobnej do linii prze¬ plywu czasteczek pylu, zapotauega przyleganiu i od¬ kladaniu sie czasteczek pylu na wypuklej powie¬ rzchni lopatek 27 dysz 26.Przy wtryskiwaniu wody chlodzacej do gazu nasyconego para wodna, nastepuje kondensacja pary wodnej, oraz powstaja krople wody w któ¬ rych czasteczki pylu o niewielkich rozmiarach tworza jadra. W rezultacie zmniejsza sie dzialanie wiazan OH a oslona wodna czasteczek tlumi ude¬ rzenia czasteczek kurzu o duzych predkosciach o scianki dyszy. Zapobiega to przyleganiu pylu do wypuklych powierzchni dyszy.Ilosc wody rozpylanej w celu usuniecia pylu' przylegajacego do lopatek dyszy jest ograniczona od dolu iloscia wody, skutecznie zapobiegajaca przyleganiu pylu, a od góry iloscia wody nie wy¬ wolujaca erozji.Na fig. 3 rzedna wskazuje roczne scieranie dy¬ szy w mm oraz ilosc przylegajacych pylów, jako iloraz grubosci warstwy pylu i dlugosci cieciwy lopatki. Odcieta wskazuje ilosc rozpylonej wody, (% wagowe w stosunku do ciezaru gazu).W stosowanych turbinach o przeplywie osiowym roczne scieranie dyszy wynosi okolo 2 mm, a gór¬ na granica zakresu ilosci rozpylanej wody wynosi 5%. Gdy ilosc przylegajacych pylów jest regulo¬ wana w zakresie 5% tak, aby utrzymac dobra efektywnosc procesu, dolna granica zakresu ilosci rozpylanej wody wynosi od 0,5% do 0,7%.Na figurze 3 linia LI oznacza wielkosc krytycz¬ na odpowiadajaca powstaniu erozji, linia L2 ozna¬ cza wielkosc erozji a krzywa L3 oznacza wielkosc krytyczna ilosci przylegajacych pylów.Ilosc pylu przylegajaca do scianek dyszy ma istotny wplyw na spadek wydajnosci procesu. Pro¬ ces nalezy prowadzic dla takiej ilosci przylegaja¬ cych pylów aby nie zmniejszac jego wydajnosci.Figura 4 przedstawia wplyw ilosci przylegaja¬ cych pylów na sprawnosc procesu. Aby utrzymac zmniejszenie wydajnosci procesu w zakresie 10% w stosunku do wydajnosci poczatkowej koniecz¬ ne jest zmniejszenie ilosci przylegajacych pylów ponizej 5%.Figura 5 przedstawia zaleznosc ppmiedzy gru¬ boscia warstwy pylu a predkoscia wyplywu gazu przez dysze pierwszego stopnia turbiny. Ilosc (td) przylegajacych pylów jest wieksza niz 1,5 mm w punkcie M przy predkosci przeplywu równym 15 ?o 25 30 35 40 45 50 55 60117479 8 120 m/s i dlugosci cieciwy lopatki (c) równej 120 mm. Gdy predkosc przeplywu gazu wynosi 200 m/s a dlugosc cieciwy lopatki (c) jest równa 200 mm, ilosc (td) przylegajacych pylów jest wiek¬ sza od 15 mm w punkcie N. W punkcie -O ilosc przylegajacych pylów jest praktycznie równa ze¬ ru. Z fig. 4 wynika, ze grubosc warstwy przyle¬ gajacych pylów nalezy utrzymywac ponizej 5%.Aby to uzyskac predkosc przeplywu gazu w pier¬ wszej dyszy nie powinna przekraczac 180 m/s (fig. 5). Aby zwiekszyc sprawnosc turbiny koniecz¬ ne jest zwiekszenie predkosci wyplywu gazu z pierwszej dyszy. Przyjmujac, ze dopuszczalna grubosc przylegajacych pylów wynosi od 2% do 5% predkosc przeplywu gazu opuszczajacego pier¬ wsza dysze wynosi okolo 180 m/s — 120 m/s, a korzystnie 180 m/s — 140 m/s. W tym przypadku dopuszczalny kat wyplywu gazu wynosi od 46° do 60°, a korzystnie od 48° do 60°.Figura 6 przedstawia lopatke 27 dyszy turbiny o przeplywie osiowym wedlug wynalazku a obok lopatke 27' dyszy konwencjonalnej turbiny o prze¬ plywie osiowym. Rozmiary lopatki 27 wedlug wy¬ nalazku sa znacznie wieksze niz lopatki wedlug znanych rozwiazan.Figura 7 przedstawia wyniki prób wykonanych w celu wyznaczenia zarysu lopatek wedlug fig. 6.Na odcietej zaznaczony jest stosunek s/c (odle¬ glosc pomiedzy srodkami dwóch sasiednich lopa¬ tek (dlugosc cieciwy lopatki) a na rzednej c*as pracy turbiny. Pomiedzy tymi dwoma czynnikami zachodzi zaleznosc liniowa. Punkt 9 (fig. 7) przed¬ stawia wielkosc uzyskana, gdy predkosc przeply¬ wu gazu przez wylot dyszy wynosi 136 m/s a skok (odleglosc miedzy srodkami sasiednich lopatek) wy¬ nosi 6 mm. Z fig. 7 wynika, ze przy wzroscie sto¬ sunku s/c czas pracy turbiny wydluza sie. Tak wiec przy wzroscie skoku zatykanie dyszy ulega opóz¬ nieniu.Figura 8 przedstawia zaleznosc pomiedzy gru¬ boscia warstwy pylu (td/c) (rzedna) oraz dlugoscia cieciwy lopatki (odcieta), okreslona gdy stojunek s/c wynosi okolo 1,5. Z fig. 8 wynika, ze ze wzro¬ stem rozmiarów lopatki grubosc warstwy pylu zmniejsza sie. Punkt P oznacza wartosc uzyskana gdy dlugosc cieciwy C wynosi 35 mm a predkosc Vo wyplywu gazów wynosi 136 m/s, zas punkt Q oznacza wartosc otrzymana gdy dlugosc cieciwy wynosi 120 mm a predkosc wyplywu gazów jest równa 120 m/s., Z przeprowadzonych doswiadczen wynika, ze w miare wzrostu rozmiarów lopatki mgla wodna przeplywa wzdluz lopatki na tylna powierzchnie lopatki. W ten sposób uzyskuje sie zmywanie i na¬ wet przy dlugiej i ciaglej pracy turbiny nie wy¬ stepuje zatykanie jej dyszy.Figura 9 przedstawia zaleznosc pomiedzy wzgle¬ dnym katem splywu ct2 poruszajacej sie lopatki (odcieta) a wzgledna predkoscia V2 gazu na wy¬ locie poruszajacej sie lopatki (rzedna). Gdy wspól¬ czynnik predkosci przeplywu q wynosi od 0,4 do 0,7 a predkosc przeplywu od 120 m/s do 180 m/s lub od 140 m/s do 180 m/s, odpowiadajaca wyni¬ kom przedstawionym na fig. 5, jest zaznaczona 10 15 ?o 30 40 45 50 55 na rzednej i polaczona z linia wspólczynnika pred¬ kosci przeplywu 50° do 60°.Turbina poosiowa wedlug wynalazku ma zwiek¬ szona dlugosc cieciwy ruchomych lopatek dyszy, zwlaszcza w pierwszym stopniu, (stosunek wyso¬ kosci do dlugosci cieciwy wynosi od 0,7 do 1,5), a grubosc krawedzi splywu lopatki wzrasta do 6—12 mm. Jednoczesnie kat splywu dyszy, pred¬ kosc wyplywajacych gazów oraz predkosc obwo¬ dowa wierzcholka ruchomej lopatki sa mniejsze niz w znanych turbinach o przeplywie osiowym.Dzieki powyzszym cechom rozpylanie wody zapo¬ biega przyleganiu i odkladaniu sie pylu w dy¬ szach, zwlaszcza w pierwszym stopniu turbiny, zas dzialanie erozji spowodowane rozpylaniem wody zostalo sprowadzone do nieznacznej wielkosci.Ponadto w turbinie o przeplywie osiowym we¬ dlug wynalazku predkosc wyplywu gazów, zwlasz¬ cza przez dysze pierwszego stopnia turbiny (nieru¬ chome lopatki pierwszego stopnia), jest nizsza niz w znanej turbinie o przeplywie osiowym i nasta¬ wiona na zakres od 120 m/s do 180 m/s, korzy¬ stnie od 140 m/s do 180 m/s, kat wyplywu gazów zawiera sie od 46° do 60° a predkosc obwodowa wierzcholka ruchomej lopatki jest regulowana w zakresie od 150 m/s do-230 m/s.Predkosc bezwzgledna gazu opuszczajacego dysze oraz predkosc bezwzgledna gazu przeplywajacego pomiedzy ruchomymi lopatkami wywoluje^ powsta¬ nie zawirowan strumieni gazu wokól osi turbiny.Gazy przeplywaja przez turbine w postaci stru¬ mienia wirowego, który wywoluje powstanie sily odsrodkowej, oddzielajacej pyl i mgle wodna od gazu i odrzucajacej pyl i mgle wodna na wewne¬ trzna scianke korpusu turbiny.Zgodnie z wynalazkiem na wewnetrznej sciance korpusu turbiny jest wykonany rowek, szczelina lub otwór do odprowadzania pylu z korpusu tur¬ biny.Zgodnie z figura 10 piasta 31 wirnika jest osa¬ dzona obrotowo w srodkowej czesci korpusu 30 turbiny. W korpusie 30 jest wykonany otwór 32 przez który jest doprowadzany gaz. Dysza 34 pierwszego stopnia (nieruchoma lopatka) oraz dy¬ sza 35 drugiego stopnia sa usytuowane na wew¬ netrznej stronie czesci 33 korpusu, otaczajacej pia¬ ste 31. Ruchoma lopatka 36 pierwszego stopnia oraz ruchoma lopatka 37 drugiego stopnia sa usytuowa¬ ne na obrzezu piasty 31 wirnika.Zgodnie z figura 11, 12 wektory Vol i Vo2 ozna¬ czaja predkosci bezwzgledne strumieni gazu opu¬ szczajacych dysze 34 pierwszego stopnia, oraz dy¬ sze 35 drugiego stopnia, natomiast wektory VII i V12 oznaczaja wzgledne predkosci strumieni ga¬ zu wzgledem ruchomych lopatek 36, 37. Wektory V34 i V35 oznaczaja predkosci bezwzgledne stru¬ mieni gazu opuszczajacych ruchoma lopatke 36 pierwszego stopnia oraz gazu opuszczajacego ru¬ choma lopatke 37 drugiego stopnia, natomiast wek¬ tory V21 i V22 oznaczaja wzgledne predkosci wy¬ plywu gazu wzgledem ruchomych lopatek 36, 37.Figura 12 przedstawia zaleznosci pomiedzy pred¬ kosciami gazu wedlug fig. 11. Skladowe Vol\117 479 9 10 Vo2', V34', V35' predkosci bezwzglednych Vol, Vo2 strumieni gazu wyplywajacych przez dysze 34, 35 oraz predkosci bezwzglednych V34 i V35 sa zwrócone w tym samym kierunku wzgledem osi turbiny. Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wyna¬ lazku predkosc bezwzgledna strumienia gazu wy¬ plywajacego przez dysze oraz bezwzgledna pred¬ kosc strumienia gazu wyplywajacego przez rucho¬ ma lopatke, do którego doplywa strumien gazu wyplywajacego przez dysze, sa tak dobrane, ze maja skladowe predkosci zwrócone w tym samym kierunku wzgledem osi turbiny. W rezultacie stru¬ mien gazu przeplywajacy przez turbine ma skla¬ dowe wirowe, obracajace sie wokól osi turbiny.Strumien gazu wirujacy po linii srubowej prze¬ mieszcza sie w kierunku otworu wylotowego tur¬ biny.Figura 13 przedstawia uklad dysz i ruchomych lopatek oraz strumienie przeplywu gazu przez dy¬ sze i ruchome lopatki. Wektory Vol, Vo2 pred¬ kosci bezwzglednej gazu wyplywajacego przez dy¬ sze, o kacie splywu «o oraz we"ktory V34 i V35 predkosci bezwzglednej gazu przeplywajacego przez lopatki ruchome, o kacie splywu aZ sa skie¬ rowane w tym samym kierunku. W rezultacie po¬ wstaje strumien gazu wirujacy w jednym kierun¬ ku, wywolujacy powstanie sily odsrodkowej od¬ dzielajacej pyly i mgle wodna od gazu.Zgodnie z figura 10 w korpusie 33 turbiny sa wykonane rowki 38. Rowki 38 sa usytuowane po¬ miedzy kazda dysza oraz ruchoma lopatka lub po¬ miedzy ruchoma lopatka a dysza.-Korzystnym jest takie rozmieszczenie rowków 38 aby nie mialy wplywu na prace turbiny. Otwór wylotowy 39 znajdujacy sie w dolnej czesci rowka 38 jest pola¬ czony z komora 41 ograniczona scianka korpusu 33 i oslona 40 otaczajaca obrzeze korpusu 33. W miej¬ sce rowka 38 stosuje sie szczeline wspólpracujaca z otworem wylotowym 39.Komora 41 jest polaczona z przewodem scieko¬ wym. Pyly wychwytywane przez rowki 38 sa wprowadzane do komory 41 przez -otwory wylo¬ towe 39, w postaci skondensowanych kropli wody w których znajduja sie czasteczki pylu. Pyly zbie¬ raja sie w dolnej czesci komory 41 skad sa odpro¬ wadzane przez otwór 42 do przewodu sciekowego.Dla rozwiazania wedlug wynalazku istotnym jest aby konstrukcja dyszy pierwszego stopnia oraz ruchomej lopatki pierwszego stopnia odpowiadala wyzej opisanej konstrukcji. • Przy pracy turbiny o przeplywie osiowym, na¬ pedzanej gazami z wielkiego pieca, wystepuja na¬ stepujace problemy, techniczne: przeciwdzialanie przyleganiu pylu do dyszy lub ruchomej lopatki turbiny oraz unikniecie lub zmniejszenie erozji spowodowanej rozpyleniem wody.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku re¬ guluje sie predkosc obwodowa przy wierzcholku lopatki ruchomej pierwszego stopnia, utrzymujac ja ponizej predkosci wystepujacej w znanych tur¬ binach, w-zakresie od 250 m/s do 150 m/s. W zna¬ nych turbinach predkosc obwodowa siega 300 m/s lub wiecej. Zakres predkosci obwodowej ustalono na podstawie badan doswiadczalnych nad zalez¬ noscia predkosci obwodowej i stopnia wystepowa¬ nia erozji.Zmniejszenie predkosci obwodowej wywoluje zmniejszenie predkosci ruchomej lopatki wzgle- 5 dem strumienia gazu jak równiez zmniejszenie predkosci z jaka czasteczki mgly wodnej uderza¬ ja o lopatke ruchoma.Gdy zmniejsza sie predkosc obwodowa strumie¬ nia gazu przeplywajacego przez lopatki ruchome przednich stopni turbiny podobnie jak zmniejsza sie predkosc przeplywu gazu przez dysze przed¬ nich stopni turbiny maleje sprawnosc turbiny.W rozwiazaniu wedlug wynalazku przeciwdziala sie temu przez zwiekszenie ilosci stopni turbiny.W turbinie wedlug wynalazku rozmiary oraz grubosc lopatki (fig. 6) sa wieksze niz w znanych turbinach. Przekrój lopatki 27 turbiny wedlug wy¬ nalazku jest znacznie wiekszy od przekroju lopa¬ tki 27' turbiny konwencjonalnej. Zapobiega to przyleganiu pylu do lopatek oraz" eliminuje dzia¬ lanie erozyjne wody. Zgodnie z rozwiazaniem we¬ dlug wynalazku stosunek wysokosci lopatki do dlugosci jej cieciwy zawiera sie w zakresie od 0,7 do 1,5. W znanych turbinach stosunek ten zawiera sie w zakresie od 2 do 3. W znanych turbinach krawedz splywu lopatek ma grubosc od 1 do 2 mm.W rozwiazaniu wedlug wynalazku znaczna dlugosc cieciwy umozliwia zachowanie grubosci krawedzi splywu od 6 do 12 mm, co eliminuje erozje.Aby zapobiec odkladaniu sie pylu na powierzch¬ niach lopatek turbiny, predkosc strumienia gazu opuszczajacego pierwsza dysze ulega zmniejszeniu do zakresu od 120 m/s do 180 m/s, korzystnie od 140 m/s do 180 m/s. Wywoluje to zmniejszenie predkosci przeplywu gazu wzgledem lopatek ru¬ chomych co w rezultacie zmniejsza erozje.Rozpylanie wody w pierwszym stopniu" turbiny powoduje xobnizenie temperatury gazu oraz kon¬ densacje pary wodnej w gazie. Kropelki mgly wodnej wychwytuja pyly lecz wywoluja wzrost erozji.Aby zapobiec wzrostowi erozji stosuje sie rowek lub szczeline w korpusie turbiny, przez która mgla wodna i pyl sa odprowadzane z turbiny (fig. 9). Dzieki ruchowi wirowemu gazu (fig. 11—13) mgla wodna jest oddzielana od gazu i odprowadza¬ na z. turbiny zapobiegajac erozji.Na ogól pyl zawarty w gazie zostaje wychwycony w przednich stopniach turbiny, chociaz niekiedy przedostaje sie do uszczelki chroniacej przed prze¬ ciekami gazu. Pyly gromadzace sie w labiryncie uszczelki zaklócaja jej dzialanie uszczelniajace. Aby temu zapobiec do labiryntu uszczelki doprowadza sie gaz szlachetny lub pare wodna pod cisnieniem nieco wiekszym niz cisnienie gazu roboczego.Rozwiazanie wedlug wynalazku umozliwia od¬ zysk energii z gazów wylotowych wielkiego pieca przy uzyciu turbiny o przeplywie osiowym. Gazy sa pierwotnie wprowadzane do mokrej pluczki od¬ pylajacej, a nastepnie po nasyceniu para wodna do turbiny o przeplywie osiowym. Do nasyconego gazu jest wtryskiwana woda chlodzaca, o tempe¬ raturze nizszej niz temperatura gazu, w ilosci od 0,5 do 5% (wagowo) w stosunku do wydatku prze¬ plywu gazu. 15 20 25 30 35 iftO 45 50 55 60117 479 11 12 Ilosc rozpylanej wody chlodzacej jest tak regulo¬ wana, ze zapobiega Odkladaniu sie. pylu na dy¬ szach, zwlaszcza pierwszego stopnia turbiny, a zja¬ wisko erozji dysz i lopatek ruchomych utrzymuje sie w granicach bezpiecznej pracy turbiny.Rozpylanie wody chlodzacej powoduje otocze¬ nie czasteczek pylu przez cienkie warstewki wo¬ dy, zapobiegajace przyleganiu czasteczek pylu do powierzchni dyszy. Rozmiary czasteczek mgly wod¬ nej sa tak male jak rozmiary czasteczek pylu i dlatego czasteczki mgly wodnej przemieszczaja sie wzdluz torów podobnych do torów czasteczek pylu, wzdluz powierzchni lopatek, zmywajac czasteczki pylu osadzajace sie na lopatkach.Turbina o przeplywie osiowym ma szczególna konstrukcje. Rozmiary dysz oraz lopatek rucho¬ mych, zwlaszcza przednich stopni turbiny, zostaly zwiekszone tak, ze przyleganie pylu nie ulega zwiekszeniu a zjawisko erozji nie stanowi zagro¬ zenia dla bezpiecznej pracy turbiny.Predkosc przeplywu gazu przez dysze, a zwla¬ szcza przez dysze pierwszego stopnia turbiny, jest regulowana w zakresie od 140 m/s do 180 m/s, zas kat splywu jest utrzymywany w zakresie od 50° do 60°. Z fig. 5 wynika, ze zwiekszenie pred¬ kosci przeplywu gazu przez dysze do wartosci wy¬ stepujacych w znanych turbinach (200 m/s) wywo¬ luje zwiekszenie przylegania pylu. Co najmniej dysza oraz lopatka ruchoma pierwszego stopnia turbiny maja stosunek wysokosci do dlugosci cie¬ ciwy lopatki w zakresie od 0,7 do 1,5.Zgodnie z figura 7 w miare wzrostu s/c wydlu¬ za sie czas pracy ciaglej turbiny. Ponadto, zgod¬ nie z fig. 8 przy wzroscie dlugosci cieciwy lopatki ilosc przylegajacego pylu gwaltownie maleje.Jednoczesnie ze wzrostem rozmiarów lopatek wzrasta grubosc krawedzi splywu do 6—12 mm, co najmniej dyszy i ruchomej lopatki pierwszego stopnia turbiny, co zmniejsza podatnosc dyszy i lo¬ patki na erozje.Predkosc obwodowa wierzcholka ruchomej lopa¬ tki zmniejsza sie do wartosci od 150 m/s do 180 m/s w pierwszym stopniu turbiny. Zmniejszenie pred¬ kosci obwodowej zapewnia utrzymanie wysokiej sprawnosci turbiny nawet przy obnizeniu pred¬ kosci wyplywu gazu przez dysze. Zwiekszenie ilosci stopni turbiny równiez wplywa na polepszenie jej sprawnosci.Na wewnetrznej powierzchni obwodowej korpu¬ su turbiny jest wykonany rowek lub szczelina, prostopadly do osi turbiny, przez który jest do¬ prowadzana mgla. wodna.Przy wtryskiwaniu wody chlodzacej do gazu nasyconego para wodna, nastepuje kondensacja pa¬ ry wodnej i powstawanie mgly wodnej. Mgla wod^ na zbiera sie na obrzezu korpusu turbiny pod dzialaniem sily odsrodkowej wirujacego strumie¬ nia gazu. Zapobiega to erozji i zwieksza trwalosc turbiny.Sprawnosc turbiny o przeplywie osiowym, we¬ dlug wynalazku, przewyzsza o co najmniej 10% sprawnosc turbiny odsrodkowej, przy bardzo wy¬ sokim odzysku energii. Turbina wedlug wynalaz¬ ku nie wymaga odpylania i podgrzewania gazów wylotowych wielkiego pieca, co zmniejsza koszty jej eksploatacji. Woda wtryskiwana do nasycone¬ go gazu pochodzi korzystnie z tego samego zródla co woda doprowadzana do mokrej pluczki odpy¬ lajacej. Turbina jest zasilana bezposrednio gazem opuszczajacym pluczke odpylajaca, zwykle stoso¬ wana w instalacjach wielkiego pieca.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób odzysku energii z gazów wylotowych wielkiego pieca, przy uzyciu turbiny o przeplywie osiowym, znamienny tym, ze gazy wylotowe pod wysokim cisnieniem nasyca sie para wodna, do nasyconych gazów wtryskuje sie w sposób ciagly wode, o temperaturze nizszej od temperatury ga¬ zów, w ilosci od 0,5% do 5% wagowo w stosunku do wydatku przeplywu nasyconych gazów, w celu ochlodzenia nasyconych gazów i wytworzenia mgly wodnej w wyniku kondensacji pary wodnej, a nastepnie wprowadza sie gazy do turbiny o przeplywie osiowym. 2. Urzadzenie do odzysku energii z gazów wy¬ lotowych wielkiego pieca, zawierajace mokra plu¬ czke odpylajaca, przystosowana, do odpylania ga¬ zów wylotowych z wielkiego pieca oraz nasycania ich para wodna, znamienne tym, ze zawiera ze¬ spól do ciaglego wtryskiwania wody do nasyco¬ nych gazów, turbine (13) o przeplywie osiowym, napedzana gazami wydechowymi z wielkiego pie¬ ca (1), oraz zespól roboczy (14) napedzany turbi¬ na (13). 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze predkosc strumienia gazu przeplywajacego przez dysze turbiny (13) jest utrzymywana w zakresie od 140 m/s do 180 m/s, a kat splywu strumienia gazu zawiera sie w zakresie od 50° do 60°. 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze dysze (26) oraz ruchome lopatki turbiny (13) maja stosunek wysokosci do dlugosci luku w za¬ kresie od 0,7 do 1,5. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze grubosc krawedzi splywu dysz (26) oraz rucho¬ mych lopatek (36) zawiera sie w zakresie od 6 mm do 12 mm. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze predkosc obwodowa wierzcholka ruchomej lo¬ patki (36) pierwszego stopnia turbiny (13) zawiera- sie w zakresie od 150 m/s do 230 m/s. 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze na obrzezu korpusu (10) turbiny (13) jest wyko¬ nany rowek usytuowany poprzecznie wzgledem osi turbiny (13), przez który jest odprowadzany pyl i mgla wodna. 8. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze predkosc strumienia gazu na wylocie dyszy (26) jest tak dopasowana do predkosci strumienia gazu na wylocie ruchomej lopatki (36), ze w korpusie (30) turbiny powstaje strumien gazu wirujacy w jednym kierunku. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55117 479 FIG.2 ^ ^ Lj: wartosc krytyczna erozji L2: wielkosc erozji L$: wartosc krytyczna td/c p^ 'd 8 c £ P F*- v c O) n c: N 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 FI6.4 - 0.1 0.2 0.3 QA 0.5 grubosc warstiry pytu (ld/c) o, ? 1 -ej « -o 3 FIG.5 FIG7 100 2Q0 300 ' predkosc wyplywu gazu przez dusze (m/s) FIG6 * ).5 1.0 1.5 odleglosc pomiedzy srodkami sasiednich Lopatek-/dlugosc cieciwy Lopatki (s/c) ^ p" 0.2 0.1 \ P FIG.8 ( s/czmconst) \ # X. Q i _/ _ 50 100 150 dtugosc cieciwy topalki (mm)117 479 s I 300- 250 200 150 120 100ZK FIG.9 /?=0.7 / / ^=0.6 / / /Y=ou FIG.IO 41 39 38 40 40 50 60 70 dz Voi FIGI I V02 34 \^1 36 V34 / \^21 35 \V\l 37 FIG. 12 W2) (rf2) FIG.I3 Druk WZKart. 1-5312 Cena 100 zl PL PL PL

Claims (8)

1.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób odzysku energii z gazów wylotowych wielkiego pieca, przy uzyciu turbiny o przeplywie osiowym, znamienny tym, ze gazy wylotowe pod wysokim cisnieniem nasyca sie para wodna, do nasyconych gazów wtryskuje sie w sposób ciagly wode, o temperaturze nizszej od temperatury ga¬ zów, w ilosci od 0,5% do 5% wagowo w stosunku do wydatku przeplywu nasyconych gazów, w celu ochlodzenia nasyconych gazów i wytworzenia mgly wodnej w wyniku kondensacji pary wodnej, a nastepnie wprowadza sie gazy do turbiny o przeplywie osiowym.

2. Urzadzenie do odzysku energii z gazów wy¬ lotowych wielkiego pieca, zawierajace mokra plu¬ czke odpylajaca, przystosowana, do odpylania ga¬ zów wylotowych z wielkiego pieca oraz nasycania ich para wodna, znamienne tym, ze zawiera ze¬ spól do ciaglego wtryskiwania wody do nasyco¬ nych gazów, turbine (13) o przeplywie osiowym, napedzana gazami wydechowymi z wielkiego pie¬ ca (1), oraz zespól roboczy (14) napedzany turbi¬ na (13).

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze predkosc strumienia gazu przeplywajacego przez dysze turbiny (13) jest utrzymywana w zakresie od 140 m/s do 180 m/s, a kat splywu strumienia gazu zawiera sie w zakresie od 50° do 60°.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze dysze (26) oraz ruchome lopatki turbiny (13) maja stosunek wysokosci do dlugosci luku w za¬ kresie od 0,7 do 1,5.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze grubosc krawedzi splywu dysz (26) oraz rucho¬ mych lopatek (36) zawiera sie w zakresie od 6 mm do 12 mm.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze predkosc obwodowa wierzcholka ruchomej lo¬ patki (36) pierwszego stopnia turbiny (13) zawiera- sie w zakresie od 150 m/s do 230 m/s.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze na obrzezu korpusu (10) turbiny (13) jest wyko¬ nany rowek usytuowany poprzecznie wzgledem osi turbiny (13), przez który jest odprowadzany pyl i mgla wodna.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze predkosc strumienia gazu na wylocie dyszy (26) jest tak dopasowana do predkosci strumienia gazu na wylocie ruchomej lopatki (36), ze w korpusie (30) turbiny powstaje strumien gazu wirujacy w jednym kierunku. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55117 479 FIG.2 ^ ^ Lj: wartosc krytyczna erozji L2: wielkosc erozji L$: wartosc krytyczna td/c p^ 'd 8 c £ P F*- v c O) n c: N 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 FI6.4 - 0.1 0.2 0.3.QA 0.5 grubosc warstiry pytu (ld/c) o, ? 1 -ej « -o 3 FIG.5.FIG7 100 2Q0 300 ' predkosc wyplywu gazu przez dusze (m/s) FIG6 * ).5 1.0 1.5 odleglosc pomiedzy srodkami sasiednich Lopatek-/dlugosc cieciwy Lopatki (s/c) ^ p" 0.2 0.1 \ P FIG.8 ( s/czmconst) \ # X. Q i _/ _ 50 100 150 dtugosc cieciwy topalki (mm)117 479 s I 300- 250 200 150 120 100ZK FIG.9 /?=0.7 / / ^=0.6 / / /Y=ou FIG.IO 41 39 38 40 40 50 60 70 dz Voi FIGI I V02 34 \^1 36 V34 / \^21 35 \V\l 37 FIG. 12 W2) (rf2) FIG.I3 Druk WZKart. 1-5312 Cena 100 zl PL PL PL