SU1122346A1 - Смеситель газа и жидкости дл охлаждени узлов печей - Google Patents

Abstract

СМЕСИТЕЛЬ ГАЗА И ЖДКОСТИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ УЗЛОВ ПЕЧЕЙ, содержацгий трубчатый корпус с патрубками ввода газа и жидкости, последовательно соедикеи{в 1й с трубчатым элементом такого же диаметра, выходна  часть которого размещена в камере нагрева, отличающ и и с   тем, что, с целью уменьшени  материалоемкости путем сокращени  длины участка стабилизации потока смеси, патрубок ввода газа pacnoj iomeH по оси трубчатого корпуса , а патрубок ввода жидкости под углом 25-60° к корпусу по направлению движени  газа, при этом патрубки вврда газа и жидкости снабжены диафрагмами с Площадью проходного 5 сечени , равной 1-50% от площади поперечного сечени  соответствующего патрубка, установленными на рассто нии

Description

Изобретение относитс  к металлур гаи и может быть использовано в химической промышленности дл  охлажде ни  узлов, подверженных действию высоких тепловых нагрузок до 600 кВт/м , и запщты огнеупорной футероввм, наход щейс  в контакте с агрессив ль« расплава. В устройствах охлаждени  рвукком пoнeнтин Bl газожидкостныьм тап оносител №1 используютс  различнее типы устройств ввода жидкости в газовый поток. В зависимости от способа ввода жидкости характер течени  сме си . может приобретать дисперснокольцевой режим на определенном рас сто нии от места ввода. Рассто ни.е от места ввода жидкости до сечени , где происходит образование дисперсно-кольцевого .потока, называетс  участком стабилизации потока. Дисперсно-кольцевой режим течени  обес печивает максимальную эффективность охлаждени . Этот режим характеризуетс  течением жидкой фазы в виде кольца по стенке канала с диспергированной жидкостью в газовом потоке . Реализаци  дисперсно-кольцевого режима течени  возможна при отфе депенных услови х: количественном смещении фаз и организации специаль ного ввода жидкости в газовый поток Тип устройства дл  ввода жидкой фаз в газовый rtoTOK непосредственно , св зан с длиной участка стабилизации , а следовательно, с эксштуатационными и капитальными затратами на установку охлаждени  и сам агрегат . Наименьший участок стабилизации обеспечивает способ ввода жидкости в виде кольца. Однако примене1Ше кольцевых смесителей в пром ленных объектах затруднительно из-з сложностей конструктивного характера , а тшсже возможности заиливани  засорени  кольцевой щели, так как зазор составл ет 100800 мк. Указанш 1й тип ввода жидкост обычно примен етс  в лабораторгшх установках. Известен смеситель двух потоков основанный на принципе ввода жидкос под УГЛОМ к радиусу трубопровода с равномерно размещенными по окружнос ти газового ввода отверсти ми дл  подаш жидкости D 3., Однако значительна  конструктивна  сложность, смесител , имек цего несксэтько линий подачи жидкости. а также возможность засорени  отдельных отверстий ввода не позвол OT испсшьзовать его дп  промышленных метада1ургических объектов. Наиболее близким к предложенному по технической сущности  вл етс  смеситель газа и жидкости дл  охлаждени  узлов печей, содержаирШ трубчатьй корпус с пaтpyбka в ввода газа и Ш1ДКОСТИ, последовательно соединенплй с трубчатым элементом такого же диаметра, выходна  часть которого размещена в камере нагрева . Газ (воздух ) подаетс  по лини м подвода, расположенным под углом 90 относительно движени  жидкой фазы. Смеситель соедин етс  с горизонтальной трубой внутренним диаметром 26 мм и длиной 7 м.- Вли ние типа ввода на возмущение водовоздушного потока, в частности на-длину участка стабилизации потока, определ етс  специальными методами. Значени  ддинь участка стабилизации потока в зависимости от различных факторов наход тс  в предела.х 40-200 диаметров канала элемента 21). Однако указанные длины участка стабилизации потока неудовлетворителыш . Так как, например, при внутреннем диаметре охлаждаемого элемента 60 м на участок стабилизации потребуютс  дополнительньш площади от 2 ,4 до 12 м в ДЛИНУ, а зто св зано с капитапьныю и эксплуатационными затратами на систему охлаждени  и сам агрегат. Целью изобретени   вл етс  уменьшение материалоемкости путем сокращени  длины участка стабилизации потока. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в смесителе газа.и жидкости дл  охлаждени  узлов печей, содержащем трубчатый корпус с патрубками ввода газа и жидкости, последовательно соединенный с трубчатым элементом такого же диаметра, выходна  часть которого ра;змещена в камере нагрева, патрубок ввода газа расположен по оси трубчатого корцуеа , а патрубок ввода жидкости ЙОД углом 25-60 к корпусу по наЩ )авлению движени  газа, при этом патрубки ввода газа и жидкости снабжешл диафрагмами с площадью проходНЬго сечени , равной.1-50% от площади поперечного сечени  соответствующего патрубка, установленными

. -3 .

на рассто нии (0,5 - 7) d от точки пересечени  осей патрубков, где dвнутренний диаметр трубчатого элемента .

Подбор определ кщих факторов позволил уменьшить длину участка стабилиз ЕДии потока до 5-15 де1аметров канала элемента.

Варьирование параметров угла патрубка ввода жидкости, рассто ни  до места расположени , диафрагм от точки пересечени  осей патрубков ввода и площади прох дного течени  диа( осуществл лось на лаборато ной установке.

С увеличением угла ввода жидкой фазы до 90 в полости элемента образуетса дисперсный режим течени  смеси, когда вс  жидкрсть диспергирована в потоке газа, при этом участок стабилизации увеДичиваетс  до 130-150 диаметров проходного сечени  элемента. Нар ду с этим уменьшаетс  и интенсивность тештосъема с поверхности охлаждени .

При вводе жидкости под углом менее 25° наблюдаетс  расслоение потока и жидкость движетс  по стенке канала в виде полукольца на участке стабилизации длиной 90-100 диаметров канала элемента. В этом случае также снижаетс  интенсивность теппосъема с верхней образующей , котора  в этих случа х разрушаетс  , если подвести тепловую нагрузку.

Увеличение площади проходного сечени  диафрагм более 50% на патрубках ввода подачи фаз отрицательно сказываетс  на длине участка стабилизации. Во всех опытах наблюдаетс  увеличение длины участка ст илизацйи потока до 85-160 диаметров канала элемента. Рассто ние от точки смещени  фаз до тепловоспринимающего участка в 5-15 диаметров канала элемента получено в оптимальном варианте сочетаний указанных факторов.

Например, рассто ние от точки пересечени  патрубок осей вводов ДО места расположени  выбираетс  из условий, подаваемых о.бъемов фаз на смещение с учетом вли ни  других параметров. Минимальное рассто ние отвечает расходам газа и жидкости 35; 0,1 максимальное - 1400; 4 .

23464

JS a arMbt на патрубках ввода фаз смесител  совместно с другими факторами вли ют на дпш&| участка стабилизации потока, а также испальзу5 ютс  дл  контрол  ра{:ходов фаз, подаваемых в смеситель дл  образовани  дисперсно-кольцевого взрывобезопасноро потока.

На чбртеже изображен предлагаемый

0 смеситель и охла сдаемлй элемент.

Очеситель .состоит из патрубка 1 ввода газа, патрубка 2 ввода жидкости , расположенного под углом d 25-60 к трубчатому корпусу 3, трубj чатый элемент 4. / афрагмы 5 и 6 на патрубках f н 2 ввода газа и жидкости установлены, например, на рассто нии сг 3 ( диаметр канала элемента 4) и ,5 d. Площадь проQ ходного сече1 1  выби раетс  из расчета 1-50% от площади поперечного сечени г соответствукщего патрубка . Например, при диаметре патрубков ввода жидкости 30 мм и ввода возду5 ха 60 им площадь проходного сечени  диафрагм соответствукнцих патрубков может составить (3% от площади поперечного сечени  патрубка ввода жидкости и 40% от площади поперечного сечени  патрубка ввода воздуха) 2,12 X Ю- м и } ,13 10 - м. Из площади проходного сечени  можно рассчитать диаметр проходного отверсти  или отверстий диафрагм, или подобрать пористую вставку с.

5 характерней величиной плседади пор. Участок 7 тепловоспринимакицей части элемента 4 отстоит от точки пересечени  осей патрубков вводов на длину участка стабилизации потока, равную

1. 5-J 5 диаметрам канала элемента например 2 J . Отверсти  8, выполненные по обе стороны диафрагм соответствующих патрубков, служат дл  подключени  измерителей давлени  и их диаметр выбираетс  по типу и условию подключе1«  измерител .

Смеситель работает следукщим образом .

При подаче в патрубок 1 газового

потока, например, воздуха расходом

630 ив патрубок 2 жидкостиj . например, воды расходам 1,8 газовый и жидкостный поток, проход  черездиафрагмы 5 и 6 соответствую5 щих патрубков, образуют э точке пересечени  осей вводов двухфазный поток. Двухфазный поток, перемеща сь в направлении охлаждаемого элемента. 5 на участке стабилизации L 12 диаметрам канала элемента становитс  дисперсно-кольцевым, когда 20-30% вода течет по стенке канала в виде кольца, а остальна  жидкость днепергирована в газовом потоке. Стаби лизировавшийс  на участке IL, 12cl дис персно-кольцевой поток теплоносител  поступает в тепловоспринимающую часть 7 охлаждаемого элемента . Устройство охлаждени  с предлага мым смесителем провер етс  на дейст вующем агрегате - медно-никелевом горизонтальном конвертере. В рабочем пространстве агрегата устанавли вают трубчатые элементы, контактирующие с агрессивным сульфидным рас плавом. Теплова  нагрузка по длине элемента в этих услови х обычно пре вьппает 250 кВт/м . Смеситель подсоедин ют к элементам на днище конвертера на рассто нии 10 диаметров канала охлаждаемого элемента от мес та действи  тепловой нагрузки до точ- 25 ны ки пересечени  от патрубков ввода воздуха и воды (530 мм ). Патрубок ввода воды дл  этих условий устанав ливаетс  под углом 35. Рассто ние от диафрагмы на патрубках ввода воздуха и воды до точки пересечени  осей патрубков составл ет соответственно дл  патрубков ввода газа и жидкости 160 и 210 мм или 3,01 и 3,96 (диаметров канала элемента). Площадь проходного сечени  диафраг на патрубках ввода воды и воздуха дл  этого случа  составл ет 8 и 16 от площади поперечного сечени  соо ветствующего патрубка ввода ( диаметр патрубка ввода жидкости 27 мм диаметр патрубка ввода воздуха 53 Таким образом, участок стабилизации дисперсно-кольцевого потока в ЮсЗ позвол ет обеспечить успешную работу охлаждаемых элементов при рассто нии от точки пересечени осей патрубков ввода до места действи  тепловой нагрузки в 530 мм. Сокращение длины участка стабилизации потока до 5-15 диаметров канала элемента в предлагаемом уст ройстве по сравнению с другими тип ми смесителей позвол ет уменьшить 6 эксплуатационные затраты на систему . При движении в канале двухфазного теплоносител  возникают значительные гидравлические сопротивлени  , которые возрастают при увеличении длины участка стабилизации. В этих услови х работа системы св зана с подачей газовой и жидкой фаз на вводы смесител  под более высоким давлением. Снижение длины участка стабилизации потока в 2,7-13 раз в предлагаемом устройстве позвол ет снизить эксплуатационные затраты на газовую и жидкую фазы, что дает возможность понизить давление подаваемых газовой и жидкой фаз на 0,10 ,01 МПа. Экономи  эксплуатационных затрат в первую очередь св зана с газовой фазой, так как дл  повышени  давлени  газа требуютс  более мощные компрессорные установки. Нар ду с этим сокращение длиучастка стабилизации позвол ет экономить охлаждаемые элементы, что также св зано с эксплуатационными затратами. Уменьшение материалоемкости св -/ зано с высвобождением полезных цеховых площадей. Например, разработка и внедрение предлагаемого смесител  позвол ет высвободить 18-42 м полезной площади по сравнению с одним из вариантов ввода жидкости в ,, известный смеситель, когда длина участка стабилизации .потока составл ет 95 диаметров канала элемента. .В предлагаемом устройстве участок стабилизации потока практически размещаетс  в огнеупорной футеровке конвертера (слой огнеупора 460 мм ) и дополнительных площадей не занимает. Предлагаемый смеситель дл  охлаждени  узлов печей двухкомпонентным газожидкостным теплоносителем прост в изготовлении. Реализуемый в устройстве способ не требует дополнительных затрат на подготовку жидкой фазы и обеспечивает взрывобезопасные услови  при контакте теплоносител  с агрессивными средами такими, как штейн, ферроникель, расплавы солей.

Claims (1)

1. . СМЕСИТЕЛЬ ГАЗА И ЖИДКОСТИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ УЗЛОВ ПЕЧЕЙ, содер жащий трубчатый корпус с патрубками ввода газа и жидкости, последовательно соединенный с трубчатым элементом такого же диаметра, выходная часть которого размещена в камере нагрева, отличающ и й с я тем, что, с целью уменьшения материалоемкости путем сокращения длины участка стабилизации потока смеси, патрубок ввода газа расположён по оси трубчатого корпуса, а патрубок ввода жидкости под углом 25-60° к корпусу по направлению движения газа, при этом патрубки ввода газа и жидкости снабжены диафрагмами с Площадью проходного сечения, равной 1-50% от площади поперечного сечения соответствующего патрубка, установленными на расстоянии (0,5 - 7) d от точки пересечения осей патрубков, где d - внутренний· диаметр трубчатого элемента.