RU173997U1

RU173997U1 - COOLING DEVICE FOR WASTE TECHNOLOGICAL GASES OF METALLURGICAL PRODUCTION TRANSPORTED BY GAS-NET

Info

Publication number: RU173997U1
Application number: RU2016143716U
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Шахрай; Виктор Викторович Кондратьев; Сергей Васильевич Голдаев; Владимир Валерьевич Мазуренко; Евгений Леонидович Щеглов; Иван Алексеевич Сысоев; Антон Александрович Клешнин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2017-09-25

Abstract

Полезная модель относится к металлургическому производству и направлено на снижение энергетических затрат по обеспечению перепада разрежения для транспортировки отходящих технологических газов, а также с целью повышения пожарной безопасности и снижения материалоемкости, как самих газоходных сетей, так и их опорных конструкций. Устройство охлаждения отходящих технологических газов, транспортируемых по газоходной сети, выполнено в виде установленных на наружной поверхности газоходов теплоотводящих ребер. Теплоотводящие ребра выполнены спиралевидными, при этом отношение шага спирали В к наружному диаметру газохода D составляет В:D=1:2÷5, а отношение высоты теплоотводящих ребер h к наружному диаметру газохода D составляет h:D=1:0,05÷0,3. Преимуществами заявляемой полезной модели являются снижение физических объемов и энергозатрат на обеспечение перепада разрежения для транспортировки технологических газов, а также повышение пожарной безопасности и снижение материалоемкости как самих газоходных сетей, так и их опорных конструкций. 1 ил.The utility model relates to metallurgical production and is aimed at reducing energy costs by providing a differential pressure for the transportation of waste process gases, as well as to increase fire safety and reduce material consumption, both of the gas ducts themselves and their supporting structures. The cooling device for the exhaust process gases transported through the gas duct network is made in the form of heat-removing fins installed on the outer surface of the gas ducts. The heat-conducting fins are made spiral-shaped, while the ratio of the pitch of the spiral B to the outer diameter of the duct D is B: D = 1: 2 ÷ 5, and the ratio of the height of the heat-conducting fins h to the outer diameter of the duct D is h: D = 1: 0.05 ÷ 0 , 3. The advantages of the claimed utility model are the reduction of physical volumes and energy costs for providing a differential pressure for transporting process gases, as well as improving fire safety and reducing the material consumption of both the gas ducts themselves and their supporting structures. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к металлургическому производству и направлено на снижение энергетических затрат по обеспечению перепада разрежения для транспортировки отходящих технологических газов, а также с целью повышения пожарной безопасности и снижения материалоемкости, как самих газоходных сетей, так и их опорных конструкций.The utility model relates to metallurgical production and is aimed at reducing energy costs by providing a differential pressure for the transportation of waste process gases, as well as to increase fire safety and reduce material consumption, both of the gas ducts themselves and their supporting structures.

Известно устройство охлаждения анодных газов электролизера, выполненное в виде встроенного в нижнюю часть реактора очистки газов кожухотрубного теплообменника с системой подводой охлаждающей и отвода нагретой воды [El Hani Bouhabila, Bernard Cloutier, Thierry Malard, Philippe Martineau, Hugues Vendette. Electrolytic cell gas cooling upstream of treatment center. «Light Metals 2012», p. 545-550].A device is known for cooling the anode gases of an electrolyzer made in the form of a shell-and-tube heat exchanger integrated in the lower part of the gas purification reactor with a cooling water supply and hot water outlet [El Hani Bouhabila, Bernard Cloutier, Thierry Malard, Philippe Martineau, Hugues Vendette. Electrolytic cell gas cooling upstream of treatment center. Light Metals 2012, p. 545-550].

Недостатком известного устройства является охлаждение транспортируемых анодных газов непосредственно перед входом в реактор очистки газов, что не затрагивает проблемы охлаждения газов непосредственно в газоходе.A disadvantage of the known device is the cooling of the transported anode gases immediately before entering the gas purification reactor, which does not affect the problem of cooling the gases directly in the duct.

Известно устройство охлаждения удаляемых от электролизера анодных газов, выполненное в виде U-образного участка газохода, соединяющего электролизер со сборным газоходом, и установленного внутри участка металлического стержня, отводящего тепло от стенки газохода в окружающую среду [Antoine de Gromard, Chin Lim, El Hani Bouhabila, Bernard Cloutie, Mathieu Frainais. Development on electrolytic cell gas cooling // Light Metals, 2014. Р. 623-628].A cooling device is known for removing anode gases removed from the electrolyzer, made in the form of a U-shaped duct section connecting the electrolyzer to the collecting duct, and installed inside a metal rod section that removes heat from the duct wall to the environment [Antoine de Gromard, Chin Lim, El Hani Bouhabila , Bernard Cloutie, Mathieu Frainais. Development on electrolytic cell gas cooling // Light Metals, 2014. P. 623-628].

Использование устройства обеспечивает охлаждение транспортируемых анодных газов на 15÷20°С, однако имеет ряд недостатков: увеличение сопротивления сети за счет использования U-образных участков газохода на 0,2 кПа, на преодоление которого затрачивается до 4% развиваемой дымососом мощности, а также малая площадь контакта стержня с поверхностью газохода.Using the device provides cooling of the transported anode gases by 15 ÷ 20 ° C, however, it has several disadvantages: an increase in network resistance due to the use of U-shaped sections of the gas duct by 0.2 kPa, which takes up to 4% of the power developed by the smoke exhauster, as well as small contact area of the rod with the surface of the duct.

Целью заявляемой полезной модели является организация дополнительного теплообмена транспортируемого технологического газа с окружающим воздухом, и как следствие, снижение температуры газов по всей протяженности газоходной сети, снижение физических объемов газов, сокращение энергозатрат на их транспортировку по газоходной сети и уменьшение материалоемкости газоходной сети.The purpose of the claimed utility model is the organization of additional heat exchange of the transported process gas with the surrounding air, and as a result, a decrease in the temperature of gases along the entire length of the gas duct network, a decrease in the physical volume of gases, a reduction in energy costs for their transportation through the gas duct network, and a reduction in the material consumption of the gas duct.

Поставленные цели достигаются тем, что охлаждение технологических газов, транспортируемых по газоходной сети, осуществляют с помощью установленных на наружной поверхности газоходов теплоотводящих ребер, при этом теплоотводящие ребра выполнены спиралевидными, отношение шага спирали В к наружному диаметру газохода D составляет В:D=1:2÷5, а отношение высоты теплоотводящих ребер h к наружному диаметру газохода D составляет h:D=1:0,05÷0,3.The goals are achieved in that the cooling of the technological gases transported through the gas duct network is carried out using heat sink ribs installed on the outer surface of the flues, while the heat sink ribs are helical, the ratio of the pitch of the spiral B to the outer diameter of the gas duct D is B: D = 1: 2 ÷ 5, and the ratio of the height of the heat-removing ribs h to the outer diameter of the duct D is h: D = 1: 0.05 ÷ 0.3.

Оборудование наружной поверхности входящих в состав газоходной сети газоходов теплоотводящими ребрами обосновывается целесообразностью увеличения площади теплоотдающей поверхности, что интенсифицирует отвод тепла в окружающую среду, а также усиливает саму конструкцию газохода, что в ряде мест позволяет отказаться от дополнительных несущих конструкций.The equipment of the outer surface of the heat sink fins included in the gas duct network is justified by the feasibility of increasing the heat-transfer surface, which intensifies the removal of heat into the environment, and also strengthens the design of the duct, which in some places allows you to abandon additional load-bearing structures.

Размещение теплоотводящих ребер по спирали обеспечивает частичное закручивание омывающих газоход воздушных потоков, что увеличивает отвод тепла в окружающую среду за счет интенсификации теплообмена из-за повышения коэффициента турбулентности, а также за счет естественного сдува отложений пыли с верхнего полуцилиндра газохода.The placement of the heat-removing fins in a spiral provides partial twisting of the air flows around the gas duct, which increases the heat removal to the environment due to the intensification of heat transfer due to an increase in the turbulence coefficient, as well as due to the natural blowing of dust deposits from the upper half-cylinder of the gas duct.

Уменьшение шага спирали В менее 2 D приведет к существенному повышению расхода материала на изготовление теплоотводящих ребер, без существенного увеличения интенсивности отвода тепла от наружных поверхностей входящих в состав газоходной сети.Reducing the pitch of the spiral B less than 2 D will lead to a significant increase in the consumption of material for the manufacture of heat-removing fins, without a significant increase in the intensity of heat removal from the outer surfaces of the gas duct network.

Увеличение шага спирали В более 5 D снизит интенсивность закручивания омывающих газоход воздушных потоков спиралевидными теплоотводящими ребрами и уменьшит отвод тепла в окружающую среду за счет интенсификации теплообмена.An increase in the spiral pitch B of more than 5 D will reduce the rate of twisting of the air flow washing the gas duct with spiral-shaped heat-removing ribs and will reduce heat removal to the environment due to the intensification of heat transfer.

Высота теплоотводящих ребер h в пределах h:D=1:0,05÷0,3 обосновывается потребностью в обеспечении дополнительной площади телоотдачи, необходимой для интенсификации охлаждения транспортируемых по газоходной сети технологических газов при соблюдении эргономических требований и требований безопасности, а также позволит повысить горизонтальную прочность на изгиб самого тракта не менее, чем на 5%. Газоходная сеть содержит газоходы широкого спектра диаметров - от 150 до 2000 мм и более. Соответственно, теплоотводящие ребра меньшей высоты, около 0,05 D, целесообразно ставить на газоходы большего диаметра, где их высота порядка 100 мм, увеличит площадь теплоотдачи газохода до 25% и горизонтальную прочность на изгиб на 5% и более, а также не создаст помех обслуживающему газоходную сеть технологическому персоналу. Теплоотводящие ребра большей высоты, около 0,3 D, целесообразно ставить на газоходы меньшего диаметра, в которых наблюдается максимальная температура транспортируемых технологических газов. В этом случае ребра высотой от 50 мм (на газоходе наружным диаметром 150 мм) увеличат площадь теплоотдающей поверхности газохода на 10-15% и горизонтальную прочность на изгиб на 10% и более при соблюдении требований эргономики и безопасности при эксплуатации газоходной сети.The height of the heat-removing fins h within h: D = 1: 0.05 ÷ 0.3 is justified by the need to provide additional body-transfer area necessary to intensify the cooling of process gases transported through the gas duct network, while observing ergonomic and safety requirements, and will also increase the horizontal the bending strength of the path itself is not less than 5%. The gas duct network contains flues of a wide range of diameters - from 150 to 2000 mm or more. Accordingly, it is advisable to install heat sink fins of smaller height, about 0.05 D, on larger flues, where their height is about 100 mm, increase the heat transfer area of the flues up to 25% and horizontal flexural strength by 5% or more, and also will not interfere Technological personnel serving the flue network. It is advisable to install heat-conducting fins of a greater height, about 0.3 D, on gas ducts of a smaller diameter, in which the maximum temperature of the transported technological gases is observed. In this case, ribs with a height of more than 50 mm (on the gas duct with an outer diameter of 150 mm) will increase the area of the heat-transfer surface of the gas duct by 10-15% and the horizontal bending strength by 10% or more, subject to ergonomic and safety requirements for the operation of the gas duct.

Заявляемое устройство охлаждения газов металлургических производств, транспортируемых по газоходной сети, поясняется графически. Наружная поверхность газохода 1 наружным диаметром D оборудуют спиралевидными теплоотводящими ребрами 2 высотой h. Отношение шага спирали В к наружному диаметру газохода D составляет В:D=1:2÷5. Отношение высоты теплоотводящих ребер h к наружному диаметру газохода D составляет h:D=1:0,05÷0,3.The inventive device for cooling gases of metallurgical industries transported by the gas network is explained graphically. The outer surface of the duct 1 with an outer diameter D is equipped with spiral heat-removing fins 2 of height h. The ratio of the pitch of the spiral B to the outer diameter of the duct D is B: D = 1: 2 ÷ 5. The ratio of the height of the heat-removing ribs h to the outer diameter of the gas duct D is h: D = 1: 0.05 ÷ 0.3.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Тепло от транспортируемых технологических газов передается газоходу 1, и далее -спиралевидным теплоотдающим ребрам 2, которые увеличивают площадь теплоотдачи и интенсивность теплоотвода на 10-25%. При этом омывающие газоход ветровые потоки, закручиваясь спиралевидными теплоотдающими ребрами, увеличивают отвод тепла в окружающую среду за счет теплообмена. Таким образом, транспортируемые по газоходной сети технологические газы дополнительно охлаждаются на 20-25°С.The inventive device operates as follows. The heat from the transported process gases is transferred to the gas duct 1, and then to the spiral-shaped heat-releasing fins 2, which increase the heat transfer area and the heat removal rate by 10-25%. At the same time, wind flows washing the flue, spinning with spiral-shaped heat-releasing fins, increase the heat removal to the environment due to heat exchange. Thus, the process gases transported through the gas duct network are additionally cooled to 20-25 ° C.

Преимуществами заявляемой полезной модели являются снижение физических объемов и энергозатрат на обеспечение перепада разрежения для транспортировки технологических газов, а также повышение пожарной безопасности и снижение материалоемкости как самих газоходных сетей, так и их опорных конструкций.The advantages of the claimed utility model are the reduction of physical volumes and energy costs for providing a differential pressure for transporting process gases, as well as improving fire safety and reducing the material consumption of both the gas ducts themselves and their supporting structures.

Claims

A device for cooling waste industrial gases of metallurgical production transported through the gas duct network, made in the form of heat-removing ribs installed on the outer surface of the gas flues, characterized in that the heat-removing ribs are helical, and the ratio of the pitch of the spiral B to the outer diameter of the gas duct D is B: D = 1: 2 ÷ 5, and the ratio of the height of the heat-removing ribs h to the outer diameter of the duct D is h: D = 1: 0.05 ÷ 0.3.