SK6670Y1 - Rekuperačné zariadenie taviaceho agregátu - Google Patents

Abstract

Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu pozostáva z dvoch základných za sebou radených funkčných častí, a to výmenníka tepla (1) spaliny – vzduch s výstupom (2) predohriateho vzduchu do horáka a výmenníka tepla (3) spaliny – voda s výstupom (4) teplej úžitkovej vody v takom usporiadaní, kde pri spalinovom vstupe (5) výmenníka tepla (1) spaliny – vzduch je situovaný výstup (2) predohriateho vzduchu a pri spalinovom výstupe (6) výmenníka tepla (1) spaliny – vzduch je situovaný vstup (7) studeného vzduchu. Výmenník tepla (1) spaliny – vzduch pozostáva aspoň z troch segmentov (8) usporiadaných v troch priestorových osiach, kde časť segmentov (8) je stočiteľná a časť segmentov (8) je pevne kotvená. Cez každý segment (8) výmenník tepla (1) spaliny – vzduch centrálne prechádza rúra spalinovodu koncentricky uložená v pevnom plášti vytvárajúcom chladiace priestory okolo spalinovodov, v ktorých sú na koncoch umiestnené tangenciálne vstupy/výstupy vzduchu. Výmenník tepla (3) spaliny – voda má zvislú spalinovú komoru a v nej umiestnenú sústavu s fieldlovskými rúrkami na prúdenie ohrievanej vody, s výstupom (9) spalín do komína.

Description

Technické riešenie sa vo všeobecnosti týka konštrukčného riešenia rekuperačného zariadenia taviaceho agregátu ako návrhu systému výmenníkov tepla, ktoré spätne získavajú odpadové nízko a stredne potenciálne teplo z taviacich agregátov obzvlášť s vysokým prachovým úletom častíc obsiahnutých v spalinách. Technické riešenie spadá vo všeobecnosti do oblasti strojárenstva, a to prevažne v hutníckom priemysle.

Doterajší stav techniky

Využitie odpadového tepla z priemyslu patrí medzi najdôležitejšie nástroje ako znížiť spotreby energií a eliminovať emisie CO₂ v priemysle. Sú známe viaceré riešenia systémov, ktoré využívajú odpadové teplo z taviacich agregátov. Zariadenia, ktoré slúžia na výmenu energie medzi sústavami a objektmi s rôznymi parametrami sa nazývajú výmenníky tepla. V hutníckom priemysle sa na využitie odpadového tepla využíva celá rada rekuperatívných výmenníkov tepla.

Prevažná časť doposiaľ komerčne ponúkaných výmenníkov tepla nie je navrhnutá na použitie v ťažkom hutníckom priemysle vzhľadom na agresívne prostredie spalín a ich veľkú lepivosť. Uvedené nedostatky evokovali navrhnúť taký systém pre spätné získavanie tepla zo spalín z taviacich agregátov, ktoré by boli schopné pracovať i v takomto prostredí s prihliadnutím na špecifické požiadavky. Medzi tieto špecifické požiadavky je možné zaradiť hlavne zabezpečenie jednoduchej a účinnej čistiteľnosti teplovýmenných plôch od nánosov spalín a prispôsobenie konštrukcie na jednoduchú vymeniteľnosť hlavných častí prichádzajúcich do styku so spalinami.

Výsledkom tohto úsilia je novovytvorené zariadenie na získavanie spätného tepla z odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu. Týmto zariadením je rekuperačné zariadenie ako systém výmenníkov tepla podľa tohto úžitkového vzoru.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky zo stavu techniky odstraňuje rekuperačné zariadenie taviaceho agregátu ako systém výmenníkov tepla pre taviaci agregát podľa tohto úžitkového vzoru. Systém využitia tepla spalín z technologického procesu tavenia v taviacom agregáte získava nevyužité teplo obsiahnuté v spalinách a odovzdáva ho do prívodného vzduchu na spaľovanie zemného plynu vo vlastnom rekuperačnom horáku a tiež do energetického systému závodu pre ohrev vody. Súčasne vykonáva chladenie spalín. Tepelným agregátom je taviaca pec vyhrievaná plynovým horákom. Pec je komorového typu. Spaliny sa odvádzajú komínom do digestora, kde sa následne primiešava studený vzduch na zníženie ich teploty kvôli prevádzkovým filtrom. Podstata technického riešenia podľa úžitkového vzoru spočíva v tom, že pozostáva z dvoch základných za sebou radených funkčných častí, a to výmenníka tepla spaliny - vzduch s výstupom predohriateho vzduchu do horáka a výmenníka tepla spaliny - voda s výstupom teplej úžitkovej vody. Prepojenie výmenníka tepla spaliny - vzduch a výmenníka tepla spaliny - voda je rúrou spalinovodu.

V tomto systéme sú tiež zaradené prvky na hradenie a reguláciu prietoku, otočné klapky alebo zasúvacie šúpadlá a flexibilné hadicové prepojky na vedenie vzduchu.

Výmenník tepla spaliny - vzduch tiež zabezpečuje odvod spalín z taviaceho agregátu a následne ich dopravuje do druhého teplovýmenného zariadenia spaliny - voda. Vo výmenníku tepla spaliny - vzduch na ohrev slúži systém rúr spalinovodu, ktoré sú vybavené oceľovým plášťom. Ten vytvára okolo rúry spalinovodu priestor, cez ktorý sa pretláča proti prúdu prúdenia spalín studený vzduch, dodávaný z tangenciálne pripojeného ventilátora alebo dúchadla. Ventilátor alebo dúchadlo, ktoré sú umiestnené na podlahe, môžu vháňať vzduch priamo do horáka a/alebo je vháňaný vzduch vedený chladiacimi priestormi okolo spalinovodov, pevným oceľovým obložením plášťa a flexibilnými hadicovými prepojkami do horáka už predohriaty. Táto koncepcia je riešená tak, že pri spalinovom vstupe výmenníka tepla spaliny - vzduch je situovaný výstup predohriatého vzduchu a pri spalinovom výstupe výmenníka tepla spaliny - vzduch je situovaný vstup studeného vzduchu, pričom výmenník tepla spaliny - vzduch pozostáva aspoň z troch segmentov usporiadaných v troch priestorových osiach, kde časť segmentov je stočiteľná a časť segmentov je pevne kotvená. Výhodne sú dva segmenty stočiteľné a jeden segment je pevne kotvený. To znamená, že aj cez každý segment výmenníka tepla spaliny - vzduch centrálne prechádza rúra spalinovodu koncentricky uložená v pevnom oceľovom plášti. Tým sú vytvorené chladiace priestory okolo spalinovodov, v ktorých sú na koncoch umiestnené tangenciálne vstupy/výstupy vzduchu. V miestach ohybov rúr spalinovodov, t. j. aj samotných segmentov, sú inštalované kolená. Tie slúžia ako inšpekčné, resp. čistiace otvory. Na konci výmenníka tepla spaliny - vzduch vyúsťuje zo spalinovodu skratovacia odbočka do komína.

SK 6670 Υ1

Výmenník tepla spaliny - voda slúžiaci na ohrev teplej úžitkovej vody je uzatvoreným vodným okruhom. Je tvorený zvislou spalinovou komorou, v ktorej sú vodorovne umiestnené fieldlovské rúrky, v ktorých prúdi ohrievaná voda. Smer prúdenia spalín je zdola nahor s výstupom spalín do komína. Fieldlovské rúrky sú pre montáž a demontáž rozdelené do segmentov, čo umožňuje v prípade poruchy ich jednoduchú výmenu. Spalinová komora je prístupná z troch strán otvárateľnými dverami, čo umožňuje jednoduché a účinné čistenie. Tok spalín a vody je ovládaný klapkami, posúvačmi a ventilmi, ktoré sú riadené automatickým riadiacim systémom. V prípade potreby je možné ich riadiť aj ručne.

Základnou funkčnou časťou výmenníka je fieldlovská rúrka. Je to rúrka v rúrke, z jedného priestoru segmentu vnútornou rúrkou prúdi voda na koniec rúrky, tam sa prúd obracia a voda prúdi nazad prierezom medzikružia do druhého priestoru segmentu. Fieldlovské rúry s funkčnými medzerami na prúdenie spalín vyplňujú celý prierez spalinovodu. Spaliny prúdia kolmo, t. j. priečne na rúrky. Rúrky sú usporiadané do skupín. Segmenty sú navzájom prepojené hadicami tak, že prúdiaca voda od vstupu do výmenníka prúdi paralelne v dvoch vetvách k výstupu z výmenníka.

V dolnom priestore vstupu spalín je čistiaci otvor, je podobnej konštrukcie ako zvislé steny.

Výhody rekuperačného zariadenia na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky spočívajú najmä v tom, že navrhnutá konštrukcia umožňuje jednoduché a účinné čistenie teplovýmenných plôch od nánosov zo spalín, ktoré zhoršujú prestup tepla. Konštrukcia tiež umožňuje jednoduchú vymeniteľnosť korodovaných častí, ktoré prichádzajú do styku so spalinami. Pretože výskumom materiálov nebola zistená výrazne vyššia odolnosť antikoróznych ocelí ani liatin, bola zvolená cesta použitia cenovo prístupných materiálov a ich výmena pri opotrebovaní koróziou. Špecifické podmienky taviacich agregátov, ako sú naklápanie pece a jestvujúce dispozičné možnosti samotnej pece, okolitých technologických zariadení a priestorov vo výrobnej hale, viedli k tomu, aby všetky časti systému rekuperačného zariadenia na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu boli inštalované na peci a v bezprostrednej blízkosti pece.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu pretavujúceho sekundárny hliník bude bližšie ozrejmený na priložených výkresoch, kde na obr. 1 je v bočnom pohľade zobrazené riešenie systému s dvoma za sebou zapojenými výmenníkmi tepla, a to výmenníkom tepla spaliny - vzduch a za ním nasledujúcim výmenníkom tepla spaliny - voda. Na obr. 2 je zobrazené riešenie systému výmenníka tepla spaliny - vzduch. Na obr. 3 je v hornom pohľade zobrazené riešenie systému s dvoma za sebou zapojenými výmenníkmi tepla, a to výmenníkom tepla spaliny - vzduch a za ním nasledujúcim výmenníkom tepla spaliny - voda. Na obr. 4 je zobrazené riešenie systému výmenníka tepla spaliny - voda.

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia technického riešenia zobrazené na jednotlivých obrázkoch sú na ilustráciu, a nie ako obmedzenie konkrétnych realizácií. Tiež sa rozumie, že jednotlivé uskutočnenia technického riešenia zobrazené na jednotlivých obrázkoch sú zhotovené z materiálov známych odborníkom zo stavu techniky.

Odborníci znalí stavu techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania ekvivalentné uskutočnenia technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu.

Príklad uskutočnenia

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísané rekuperačné zariadenie taviaceho agregátu skonštruované podľa úžitkového vzoru názorne zobrazené na obr. 1 a 3. Ide o systém výmenníkov tepla, ktorý je umiestnený na peci a vedľa pece taviaceho agregátu. Spaliny z pece taviaceho agregátu odovzdávajú teplo najprv vzduchu pre vlastný rekuperačný horák, následne vode do kotolne na kúrenie a ohrev teplej úžitkovej vody, a potom odchádzajú do komína.

Celé rekuperačné zariadenie je rozdelené do dvoch hlavných funkčných celkov, a to výmenníka 1 tepla spaliny - vzduch a výmenníka tepla 3 spaliny - voda s ďalšími doplňujúcimi a upevňovacími prvkami. Výmenník tepla 1 spaliny - vzduch pozostáva zo systému modulov zmontovaných do funkčného celku. Sú to tri segmenty 8 rúr spalinovodu, štyri kolená 10 s inšpekčnými otvormi, otočným kĺbom, rúra spalín so skratovacou odbočkou 11 tvaru písmena T a ostatné prvky 12, ako je uzatvárajúce šúpadlo na vstupe spalín, dve uzatvárajúce klapky, podporné zariadenia, ako sú konzoly a stojany a ostatné spojovacie súčiastky, ako je to zobrazené na obr. 2. Kolená 10 vyrobené z oceľového plechu sú inštalované v miestach zmeny smeru spalinovodu o 90°. Z vnútornej strany sú chránené proti žiaru spalín izolačnou vrstvou zo žiarobetónu. Jedna celá

SK 6670 Υ1 stena je inšpekčným otvorom, ktorý slúži aj ako otvor čistiaci. Uzáver otvoru je v tvare dvierok na pántoch. Je tesnený šnúrou a zaistený klinovými poistkami a krídlovými maticami.

Spalinovodom sú hrubé oceľové rúry, ktoré zároveň majú funkciu teplovýmennej plochy na ohrev vzduchu do rekuperačného horáka. Pre tepelné dilatácie obsahujú teleskopické dilatačné prvky tesnené šnúrami a prílôžkami. K armatúram a kolenám 10 sú upevnené prírubami a skrutkami.

Priestor pre ohrievaný vzduch okolo rúr spalinovodu je vytvorený tenkostennými oceľovými rúrami plášťa, nasadenými na rúrach spalinovodov rozoberateľným spôsobom. Tri priestory pre ohrievaný vzduch sú prepojené flexibilnými hadicovými prepojkami 13 na vedenie vzduchu v sérii, čím tvoria cestu pre jeden prúd vzduchu od ventilátora do oceľového potrubia pokračujúceho do horáka. Vzduch do výmenníka 1 tepla spaliny - vzduch vstupuje tangenciálne a postupuje špirálovité okolo vnútornej rúry spalinovodu a opäť tangenciálne vystupuje. V osi otáčania pece, t. j. naklápania pece pri vylievaní taveniny je z potrubia spalinovodu vytvorený otočný kĺb. Je jednoduchej konštrukcie s axiálnym pootáčaním pohyblivej časti. Tesnenie je štrbinou a sacím efektom prúdiacich spalín. Aby kĺb správne fungoval, musí byť umiestnený presne v osi čapov nakláňania pece.

Posledný úsek spalinovodu zaradený medzi výmenník 1 tepla spaliny - vzduch a výmenník tepla 3 spaliny - voda slúži tiež ako výmenník rovnakej konštrukcie, ako je výmenník 1 tepla spaliny - vzduch. Ten bude mať ale svoj vlastný chladiaci/ohrievací okruh určený na iné technologické účely určené prevádzkou. Uzatvárajúce šúpadlo na vstupe spalín z komína do spalinovodu je oceľovej konštrukcie, v kontakte so spalinami je vybavené vrstvou žiarobetónu. Ku komínu a spalinovodu je upevnené prírubami. Posúvanie šúpadla je zabezpečené pohybovou skrutkou. Uzatváracie klapky sú na výstupe zo spalinovodu, kde končia výmenníky na ohrev vzduchu do horáka. Sú ovládané servomotormi a navzájom spriahnuté, napr. elektricky. Jedna klapka otvára/uzatvára prierez potrubia spalinovodu do výmenníka 3 tepla spaliny - voda, druhá klapka otvára/uzatvára cestu spalinám do komína. Týmito klapkami sa ovláda množstvo spalín, a tým tepla do výmenníka 3 tepla spaliny - voda. Pri prebytku tepla v energetickom systéme prevádzky odvádzajú sa všetky spaliny touto cestou do komína. Na peci a na podlahe sú oba výmenníky a spalinovody podopreté konzolami a stojanmi, ktoré sú pri montáži výškovo nastaviteľné.

Spaliny prúdia z pece taviaceho agregátu cez otvorené šúpadlo postupne cez spalinovody a kolená. V skratovacej odbočke 11 tvaru písmena T podľa polohy klapiek budú spaliny pokračovať odbočením skratkou do komína alebo ďalej cez spalinovod do výmenníka 3 tepla spaliny - voda. Na vstupe vzduch z ventilátora je hneď za dúchadlom rozdelený a vedený dvoma vetvami. Je to horúca vetva, ktorá cez flexibilné hadicové prepojky 13 prúdi jednotlivými segmentmi 8 výmenníka 1 tepla spaliny - vzduch proti prúdu spalín, čím sa eliminujú montážne nepresnosti, ale hlavne naklápanie pece. Výstup z výmenníka 1 tepla spaliny - vzduch je pevnou rúrou upevnenou na peci do horáka. Pred vstupom do horáka sa pripája aj chladná vetva.

Výmenník 3 tepla spaliny - voda zobrazený na obr. 4 pozostáva z hlavných častí, a to spalinovej komory a v nej umiestnenej sústavy s fieldlovskými rúrkami na prúdenie ohrievanej vody. Konštrukcia výmenníka 3 tepla spaliny - voda ďalej obsahuje dve klapky na vstupe a výstupe dymovodu a z ďalších mechanických konštrukčných prvkov, armatúr, potrubí a spojovacích súčiastok. Spaliny vstupujú do výmenníka 3 tepla spaliny - voda ručne uzatvárateľnou klapkou, pokračujú plechovým difuzorom, prechádzajú priestorom teplovýmenných rúrok, pokračujú plechovým koncetrátorom prúdenia cez ručne uzatvárateľnú klapku do komína. Smer prúdenia spalín je zdola nahor.

Základnou funkčnou časťou výmenníka je fieldlovská rúrka. Je to rúrka v rúrke z jedného priestoru segmentu vnútornou rúrkou prúdi voda na koniec rúrky, tam sa prúd obracia a voda prúdi nazad prierezom medzikružia do druhého priestoru segmenta. Fieldlovské rúry s funkčnými medzerami na prúdenie spalín vyplňujú celý prierez spalinovodu. Spaliny prúdia kolmo, t. j. priečne na fieldlovské rúrky. Fieldlovské rúrky sú usporiadané do skupín, segmentov. Segmenty sú navzájom prepojené hadicami tak, že prúdiaca voda od vstupu do výmenníka prúdi paralelne v dvoch vetvách k výstupu z výmenníka.

Priemyselná využiteľnosť

Rekuperačné zariadenie na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu pretavujúceho sekundárny hliník podľa tohto technického riešenia predstavuje zariadenie využiteľné v hutníckom priemysle s dostatočným množstvom odpadového nízko a stredne potenciálneho tepla z taviacich agregátov obzvlášť s vysokým prachovým úletom častíc obsiahnutých v spalinách.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (7)

1. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z dvoch základných za sebou radených funkčných častí, a to výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch s výstupom (2) predohriateho vzduchu do horáka a výmenníka tepla (3) spaliny - voda s výstupom (4) teplej úžitkovej vody v takom usporiadaní, kde pri spalinovom vstupe (5) výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch je situovaný výstup (2) predohriateho vzduchu a pri spalinovom výstupe (6) výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch je situovaný vstup (7) studeného vzduchu, pričom výmenník tepla (1) spaliny - vzduch pozostáva aspoň z troch segmentov (8) usporiadaných v troch priestorových osiach, kde časť segmentov (8) je stočiteľná a časť segmentov (8) je pevne kotvená, pričom cez každý segment (8) výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch centrálne prechádza rúra spalinovodu koncentricky uložená v pevnom plášti vytvárajúcom chladiace priestory okolo spalinovodov, v ktorých sú na koncoch umiestnené tangenciálne vstupy/výstupy vzduchu; výmenník tepla (3) spaliny - voda má zvislú spalinovú komoru a v nej umiestnenú sústavu s fieldlovskými rúrkami na prúdenie ohrievanej vody, s výstupom (9) spalín do komína.

2. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa nároku 1,vyznačujúce sa tým, že výmenník tepla (1) spaliny - vzduch pozostáva z troch segmentov (8) usporiadaných v troch priestorových osiach, kde dva segmenty (8) sú stočiteľné a jeden segment (8) je pevne kotvený.

3. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa nároku 1 až 2, vyznačujúce sa tým, že v miestach ohybov segmentov (8) výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch sú inštalované kolená (10) s inšpekčnými otvormi.

4. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa aspoň jedného z nárokov laž 3, vyznačujúce sa tým, že prepojenie výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch a výmenníka tepla (3) spaliny - voda je realizovaný spalinovodom.

5. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa aspoň jedného z nárokov laž 4, vyznačujúce sa tým, že zo spalinovodu za výmenníkom tepla (1) spaliny - vzduch vyúsťuje skratovacia odbočka (11).

6. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že v systéme dvoch základných za sebou radených funkčných častí, a to výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch s výstupom (2) predohriateho vzduchu do horáka a výmenníka tepla (3) spaliny - voda s výstupom (4) teplej úžitkovej vody sú zaradené flexibilné hadicové prepojky (13) na vedenie vzduchu a prvky (12) na hradenie a reguláciu prietoku, otočné klapky alebo zasúvacie šúpadlá.

7. Rekuperačné zariadenie pre taviaci agregát na využitie odpadového tepla spalín z taviaceho agregátu podľa nároku 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že na vstup (7) studeného vzduchu v poslednom segmente (8) výmenníka tepla (1) spaliny - vzduch je tangenciálne napojené dúchadlo alebo ventilátor.