Воздухоподогреватель для утилизации тепла дымовых газов

 

Устройство предназначено для применения в нефтеперерабатывающей промышленности, а именно для утилизации тепла отходящих дымовых газов. Воздухоподогреватель содержит вращающийся корпус с центральной вставкой и насадками, циркулирующий промежуточный теплоноситель в виде крупнозернистого песка, перетоки, образованные рядами винтовых пластин и промежуточными обечайками, ряд ковшей, шарнирно соединенных с перетоками и штоками для регулирования количества песка по зонам, окна в корпусе, перекрытые беспровальными решетками, отбойник в виде перфорированного усеченного конуса, конденсатор с вертикальными эмалированными трубами Фильда. Изобретение позволяет снизить металлоемкость, а также температуру отходящих дымовых газов и количество вредных выбросов в окружающую среду. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к нефтеперерабатывающей и другим отраслям промышленности, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих дымовых газов.

Известен воздухоподогреватель по пат. ФРГ N 3911276, кл. F 28 D, 21/00, 1989 г. , в котором дымовые газы охлаждаются до температуры ниже точки росы сернокислотных соединений, присутствующих в них в небольшом количестве. Воздухоподогреватель содержит корпус, поверхность теплообмена, выполненную в виде нескольких рядов горизонтальных труб из кислотостойкого материала, узел стока конденсата.

Недостатком известного воздухоподогревателя является высокая материалоемкость и низкая производительность вследствие малых величин коэффициентов теплоотдачи и среднелогарифмической разности температур газообразных теплоносителей (дымовых газов и воздуха).

Известен также воздухоподогреватель (регенеративный теплообменник) по авт. св. СССР N 1534284, кл. F 28 D, 19/02, 1985 г., в котором теплообмен между отходящими дымовыми газами и холодным воздухом осуществлен с помощью циркулирующего промежуточного теплоносителя в виде зернистого материала. Воздухоподогреватель содержит вертикальный вращающийся корпус, зоны нагрева воздуха и охлаждения дымовых газов, в которых зернистый материал находится в псевдоожиженном состоянии, перетоки для перемещения зернистого материала между зонами и одновременного создания плотных слоев из него для предотвращения проникновения дымовых газов в воздух, патрубки для подвода и отвода дымовых газов и воздуха.

Недостатками этого воздухоподогревателя являются небольшая производительность по дымовым газам вследствие невысокой скорости псевдоожижения частиц, невысокий термический КПД из-за режима прямотока при псевдоожижении, большое гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому воздухоподогревателю является устройство по пат. РФ N 2055288, кл. F 27 B, 7/00, 1992 г. , содержащее вращающийся барабан (цилиндрический корпус), цилиндрическую вставку, установленную по оси корпуса, привод, насадки внутри корпуса и вставки, две зоны обработки материала, соединенные перетоками.

Недостатками прототипа являются низкий термический КПД и наличие в отходящих дымовых газах вредных выбросов вследствие высокой температуры отходящих дымовых газов, отсутствие устройства для циркуляции зернистого материала между зонами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый воздухоподогреватель отличается тем, что цилиндрическая вставка установлена на оси корпуса с помощью неподвижного и скользящего опорных колец, а зоны обработки материала выполнены в виде зоны нагрева и зоны охлаждения с размещением в них промежуточного теплоносителя, в качестве которого использован инертный монодисперсный материал, например, крупнозернистый песок, каждый из перетоков выполнен в виде ряда спиральных каналов и образован рядом винтовых пластин протяженностью более 3/4 длины витка, направление захода винтовой линии которых совпадает с направлением захода насадки зоны нагрева, но выполненных с меньшим углом подъема винтовой линии, размещенных между цилиндрической вставкой и охватывающей ее промежуточной обечайкой и примыкающих к соответствующему опорному кольцу, и расположенными между рядом винтовых пластин окнами цилиндрической вставки, причем открытый торец промежуточной обечайки, размещенной в начале зоны нагрева, выполнен с рядом прямоугольных вырезов по числу спиральных каналов перетока, одна из кромок которых перпендикулярна соседним винтовым пластинам для обеспечения шарнирного соединения этого торца с днищами ряда ковшей, размещенных между соседними винтовыми пластинами и выполненных с возможностью поворота относительно уровня слоя инертного материала с помощью штоков, шарнирно соединенных с днищами ковшей и выведенных через корпус наружу, на наружной поверхности вставки, в промежутках между лопастями насадки корпуса, расположена насадка с изогнутыми по винтовой линии лопастями, кроме того, он содержит окна в обоих концах корпуса, которые перекрыты беспровальными перфорированными решетками, отбойник в конце зоны охлаждения, выполненный в виде перфорированного усеченного конуса, снабженного направляющими ребрами и примыкающего большим основанием к скользящему опорному кольцу, а также воздухосборник, охватывающий корпус в месте расположения окон для выхода воздуха из зоны нагрева, и конденсатор, который выполнен примыкающим к корпусу со стороны выхода дымовых газов и содержит вертикальные коррозионностойкие трубы переменной длины, например, эмалированные трубы Фильда.

Таким образом, заявляемый воздухоподогреватель соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Целью изобретения является снижение металлоемкости и повышение эффективности утилизации тепла отходящих газов, снижение уровня загрязнения окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что в воздухоподогревателе для утилизации тепла дымовых газов, содержащем вращающийся корпус, цилиндрическую вставку, установленную по оси корпуса, привод, насадки внутри корпуса и вставки, две зоны обработки материала, соединенные перетоками, цилиндрическая вставка установлена на оси корпуса с помощью неподвижного и скользящего опорных колец, а зоны обработки материала выполнены в виде зоны нагрева и зоны охлаждения с размещением в них промежуточного теплоносителя, в качестве которого использован инертный монодисперсный материал, например, крупнозернистый песок, каждый из перетоков выполнен в виде ряда спиральных каналов и образован рядом винтовых пластин протяженностью более 3/4 длины витка, направление захода винтовой линии которых совпадает с направлением захода насадки зоны нагрева, но выполненных с меньшим углом подъема винтовой линии, размещенных между цилиндрической вставкой и охватывающей ее промежуточной обечайкой и примыкающих к соответствующему опорному кольцу, и расположенными между рядом винтовых пластин окнами цилиндрической вставки, причем открытый торец промежуточной обечайки, размещенной в начале зоны нагрева, выполнен с рядом прямоугольных вырезов по числу спиральных каналов перетока, одна из кромок которых перпендикулярна соседним винтовым пластинам для обеспечения шарнирного соединения этого торца с днищами ряда ковшей, размещенных между соседними винтовыми пластинами и выполненных с возможностью поворота относительно уровня слоя инертного материала с помощью штоков, шарнирно соединенных с днищами ковшей и выведенных через корпус наружу, на наружной поверхности вставки, в промежутках между лопастями насадки корпуса, расположена насадка с изогнутыми по винтовой линии лопастями, кроме того, он содержит окна в обоих концах корпуса, которые перекрыты беспровальными перфорированными решетками, отбойник в конце зоны охлаждения, выполненный в виде перфорированного усеченного конуса, снабженного направляющими ребрами и примыкающего большим основанием к скользящему опорному кольцу, а также воздухосборник, охватывающий корпус в месте расположения окон для выхода воздуха из зоны нагрева, и конденсатор, который выполнен примыкающим к корпусу со стороны выхода дымовых газов и содержит вертикальные коррозионностойкие трубы переменной длины, например, эмалированные трубы Фильда.

Аппараты с вращающимися барабанами и трубы Фильда (теплообменники с двойными трубами) являются серийно выпускаемым оборудованием, поэтому при реализации предлагаемого устройства большинство сборочных единиц воздухоподогревателя остаются без изменений, а выполнение вставки, перетоков и конденсатора не представляет технической сложности.

На фиг. 1 изображен воздухоподогреватель для утилизации тепла дымовых газов, продольный разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 2 - поперечное сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - вид А на фиг. 1.

Воздухоподогреватель содержит цилиндрический корпус 1, опирающийся на опорную 2 и упорно-опорную 3 станции, привод 4 для вращения корпуса 1 вокруг продольной оси, уплотнения 5 корпуса, цилиндрическую вставку 6, установленную по оси корпуса 1, циркулирующий промежуточный теплоноситель 7, конденсатор 8, примыкающий к корпусу 1 со стороны выхода из вставки 6 дымовых газов. В качестве промежуточного теплоносителя 7 применен монодисперсный инертный материал, например, крупнозернистый песок, являющийся дешевым материалом, устойчивым к сернокислотной коррозии и обладающим большой удельной поверхностью, высокой удельной теплоемкостью и низкой истинной плотностью, что выгодно отличает его от аналогичных показателей углеродистой стали и позволяет значительно снизить металлоемкость предлагаемого воздухоподогревателя по сравнению с существующими конструкциями, не использующих циркулирующего промежуточного теплоносителя.

Ось корпуса 1 и совпадающая с ней ось вставки 6 наклонены к горизонтали под небольшим углом в сторону подводящего дымопровода, идущего от печи нефтеперерабатывающего завода (НПЗ). Внутри вставки 6 размещена зона охлаждения 9 дымовых газов, а в пространстве между корпусом 1 и вставкой 6 размещена зона нагрева 10 воздуха, в которых происходят соответственно нагрев и охлаждение инертного материала 7. Горячий и холодный концы корпуса 1 снабжены рядами окон 11 и 12, вырезанных в обечайке корпуса 1 и расположенных в своих рядах на равном расстоянии друг от друга. Окна 11 предназначены для подсоса холодного воздуха непосредственно из атмосферы в зону нагрева 10, а окна 12 служат для выхода нагретого воздуха из зоны нагрева 10 в воздухосборник 13. Снаружи корпуса 1, охватывая места размещения окон 11, расположен козырек 14 в виде обечайки конической или цилиндрической формы, с одной стороны открытый в сторону наклона корпуса 1, а с другой стороны примыкающий к корпусу 1, что предотвращает попадание атмосферных осадков через окна 11 в зону нагрева 10. Для обеспечения беспровальности и для снижения гидравлического сопротивления окна 11 и 12 перекрыты съемными перфорированными решетками (или металлическими сетками) 15, выполненными с меньшими диаметрами отверстий, чем размер частиц инертного материала 7, и с большим живым сечением отверстий.

Корпус 1 на всю длину обечайки снабжен лопастной насадкой 16, содержащей ряд лопастей, выполненных изогнутыми в длину по винтовой линии, с большим углом подъема винтовой линии (углом между ребром лопасти и направляющей цилиндра, т.е. окружностью в поперечном сечении корпуса 1) и размещены с равномерным шагом по внутренней поверхности корпуса 1. Во избежание забивки инертным материалом 7 пространства в холодном и горячем концах зоны нагрева 10, лопасти 16 в них выполнены уменьшенной высоты. Места стыковок торцов вращающегося корпуса 1 с подводящим дымопроводом и с конденсатором 8 перекрыты с помощью уплотнений 5.

Воздухосборник 13, охватывающий корпус 1 в районе расположения окон 12, снабжен двумя уплотнениями 17 для перекрытия зазоров между вращающимся корпусом 1 и неподвижными вертикальными стенками воздухосборника, а также штуцером 18 в верхней части воздухосборника для удаления нагретого воздуха. Как вариант, одно из уплотнений 17 может быть упразднено путем объединения с соседним уплотнением 5, но при этом абсолютное давление воздуха в воздухосборнике 13 должно стабильно превышать абсолютное давление дымовых газов в подводящем дымопроводе для исключения попадания дымовых газов в нагретый воздух. Воздухосборник 13 и корпус 1 снаружи теплоизолированы, за исключением мест под венцовую шестерню привода 4, бандажи опорных станций 2 и 3 и козырек 14.

Вставка 6 со стороны входа дымовых газов жестко соединена с корпусом 1 с помощью неподвижного опорного кольца 19, выполненного с меньшим внутренним диаметром, чем внутренний диаметр вставки 6, для предотвращения возможного проскока частиц инертного материала 7 из вставки 6 в подводящий дымопровод, причем внутренняя часть опорного кольца 19 выполнена перфорированной. Для компенсации температурных расширений вставка 6 с другого конца обечайки снабжена скользящим опорным кольцом 20 и фланцем 21 для герметизации зазора между скользящим опорным кольцом 20 и внутренней поверхностью корпуса 1. Отверстие 22 неподвижного опорного кольца 19 предназначено для входа дымовых газов из подводящего дымопровода в зону охлаждения 9, а отверстие 23 скользящего опорного кольца 20 предназначено для выхода охлажденных дымовых газов из зоны охлаждения 9 в конденсатор 8. Вставка 6 с обоих концов снабжена вырезанными в ее обечайке рядами равномерно расположенных окон 24 и 25, к которым примыкают перетоки 26 и 27, размещенные вокруг вставки 6 в начале и конце зоны нагрева 10 и служащие соответственно для перехода инертного материала 7 из зоны нагрева 10 в зону охлаждения 9 и обратно. Окна 24, находящиеся в нижнем положении при вращении вставки 6, защищены от попадания в них инертного материала 7, осыпающегося сверху из окон 24, находящихся в верхнем положении, применением отбойника 28, размещенного в конце зоны охлаждения 9 и выполненного в виде перфорированного усеченного конуса, снабженного направляющими наружными ребрами, и примыкающего большим основанием к внутренней части скользящего опорного кольца 20. Перфорация отбойника 28 и внутренней части опорного кольца 19 служит для снижения величины гидравлического сопротивления этих деталей.

На внутренней поверхности вставки 6, между окнами 24 и 25, размещена лопастная насадка 29 с прямыми лопастями Г-образного сечения, состоящая из отдельных секций, равномерно смещенных относительно друг друга. На наружной поверхности вставки 6, в зоне нагрева 10, между перетоками 26 и 27, расположена лопастная насадка 30, лопасти которой выполнены изогнутыми по винтовой линии с направлением ее захода, соответствующим направлению захода винтовой линии лопастной насадки 16, и размещены с равномерным шагом в промежутках между ними. Лопасти насадок 16 и 30 должны быть выполнены с левым заходом винтовой линии при вращении корпуса 1 по часовой стрелке (смотря со стороны подводящего дымопровода) и с правым заходом винтовой линии при вращении корпуса 1 против часовой стрелки, что позволяет транспортировать инертный материал 7 в зоне нагрева 10 в сторону, противоположную наклону корпуса 1. Угол подъема винтовой линии лопастей насадок 16 и 30 и число лопастей в них должны обеспечивать транспортировку инертного материала вверх по уклону корпуса 1, в направлении от горячего к холодному концу зоны нагрева 10, причем угол, дополнительный к углу подъема винтовой линии лопастей насадок 16 и 30, должен быть не менее чем в два раза больше угла наклона к горизонтали продольной оси корпуса 1. Сечение лопастей насадок 16 и 30 аналогично сечению лопасти насадки 29. Применение лопастной насадки 30 позволяет интенсифицировать теплообмен между воздухом и инертным материалом 7 за счет включения в теплообмен дополнительной части внутренней поверхности корпуса 1 вследствие переброса с помощью лопастной насадки 30 части пересыпающегося слоя инертного материала 7 через вставку 6 на другую половину корпуса 1 (по другую сторону вертикальной диаметральной плоскости корпуса 1).

Перетоки 26 и 27, обеспечивающие циркуляцию инертного материала 7 в воздухоподогревателе, выполнены в начале и в конце зоны нагрева 10 вокруг вставки 6 в виде многозаходных спиральных каналов 31, образованных промежуточными обечайками 32 и 33, расположенными концентрично между корпусом 1 и вставкой 6 в начале и конце зоны нагрева 10 и соответствующими торцами, примыкающими к опорным кольцам 20 и 19, и винтовыми пластинами 34 с протяженностью более 3/4 длины витка, размещенными между промежуточными обечайками 32 и 33 и вставкой 6. Протяженность спиральных каналов 31 достаточна для создания в них подвижных песочных затворов при вращении корпуса 1, так как сумма центральных углов сегмента слоя пересыпающегося материала 7 в зоне нагрева 10 и спирального канала 31 перетоков 26 и 27 превышает 360^o, что обеспечивает постоянное присутствие инертного материала 7 в каждом из спиральных каналов 31 при вращении корпуса 1. Направление захода витков винтовых пластин 34 перетоков 26 и 27 совпадает с направлением захода винтовой линии лопастей насадок 16 и 30, но винтовые пластины 34 выполнены с меньшим углом подъема винтовой линии, чем у этих насадок, что позволяет уменьшить длины перетоков 26 и 27, увеличив тем самым активную длину зоны нагрева 10. Спиральные каналы 31 выполнены открытыми с обеих сторон и примыкающими с одной стороны к окнам 24 и 25, а с другой стороны сообщающимися с зоной нагрева 10.

Открытый торец обечайки 32 перетока 26, размещенного в начале зоны нагрева 10, выполнен с прямоугольными вырезами по числу спиральных каналов 31. Одна из кромок каждого выреза расположена вдоль винтовой линии пластины 34, а другая кромка перпендикулярна ей (т.е. равна ширине спирального канала 31), что обеспечивает возможность шарнирного соединения перпендикулярных кромок вырезов с краями днищ ряда ковшей 35. Ковш 35 содержит две боковые стенки, расположенные вплотную к кромкам соседних винтовых пластин 34, и днище криволинейной формы, выполненное с возможностью поворота на шарнире вокруг перпендикулярной кромки выреза обечайки 32, с помощью штока 36, при этом ковш 35 является как бы продолжением спирального канала 31. Шток 36 одним концом также шарнирно соединен с днищем ковша 35, а другой конец штока 36 выведен через сальник в обечайке корпуса 1 наружу. Перемещение штоков 36 в осевом направлении позволяет изменять положение днищ ковшей 35 относительно уровня пересыпающегося слоя инертного материала 7 в зоне нагрева 10.

Все детали предлагаемого воздухоподогревателя выполнены из углеродистой стали, кроме расположенных в районе окон 24 деталей лопастной насадки 29, обечайки вставки 6 и винтовых пластин 34 перетока 26, которые должны быть выполнены из кислотостойкой стали или покрыты слоем кислотостойкой обмазки.

Для удаления нагретого воздуха служит вентилятор 37, снабженный заслонкой 38 на отводящем воздухопроводе. Нецелесообразна установка вентилятора 37 перед зоной нагрева 10, поскольку при этом потребуется дополнительная камера, охватывающая корпус 1 в месте размещения окон 11, и два дополнительных уплотнения к ней, что приведет к большой утечке воздуха через четыре уплотнения, работающих под избыточным давлением воздуха.

К корпусу 1 со стороны выхода дымовых газов примыкает с помощью уплотнения 5 конденсатор 8, соединенный далее с дымопроводом охлажденных дымовых газов. Конденсатор 8 содержит кожух 39, криволинейной формы выпуклостью вверх, в которой укреплены наружные трубы 43 труб Фильда, выполненные эмалированными, а следовательно, стойкими к сернокислотной коррозии. Кожух 39 и нижняя трубная доска 42 с той же целью покрыты изнутри слоем кислотоупорной обмазки. Наружные трубы 43 размещены вертикально в несколько рядов в шахматном порядке (в плане), поперек направления потока дымовых газов, выходящих из вставки 6, причем трубы 43, размещенные в вертикальной диаметральной плоскости воздухоподогревателя, выполнены наибольшей длины, а с удалением от нее к боковым стенкам кожуха 39 длины труб 43 выполнены с уменьшением длины, что снижает металлоемкость конденсатора 8. Нижние части всех наружных труб 43 расположены ниже торца корпуса 1 для улучшения условий стока по ним капель конденсата.

Внутренние трубы 44 выполнены меньшего диаметра, чем наружные трубы 43, и изготовлены из углеродистой стали, укреплены в верхней трубной доске 41 и размещены вертикально внутри наружных труб 43. Пространство между верхней трубной доской 41 и крышкой 40 образует камеру входа горячей воды, а пространство между верхней и нижней трубными досками 41 и 42 образует камеру выхода горячей воды из конденсатора 8.

Конденсатор 8 снабжен штуцерами 45 и 46 для входа и выхода горячей воды, штуцером 47 для удаления примесей, уловленных в конденсаторе 8.

Воздухоподогреватель работает следующим образом. Дымовые газы с температурой порядка 300-500^oC из подводящего дымопровода через входное отверстие 22 поступают в зону охлаждения 9, где движутся в направлении от горячего к холодному концу вставки 6 в противотоке с промежуточным теплоносителем 7, передавая ему свое тепло в основном за счет конвекции к частицам инертного материала, падающим с лопастей 29. При средней рабочей температуре дымовых газов горизонтальная скорость уноса твердых частиц размером 5 мм составляет примерно 10 м/с, поэтому для обеспечения большой производительности предлагаемого воздухоподогревателя следует применять монодисперсный инертный материал 7, например, фракцию 3-5 мм и более крупнозернистого песка во избежание пылеуноса мелкой фракции, неизбежного при применении песка полидисперсного состава.

Дымовые газы содержат определенное количество оксидов серы и азота, наносящих ощутимый вред окружающей среде и обладающих высокой коррозионной активностью по отношению к металлу. Дымовые газы на выходе из существующих теплоутилизационных устройств печей НПЗ имеют температуру 180-250^oC, что превышает температуру точки росы сернокислотных соединений примерно на 50-100^oC. Предлагаемый воздухоподогреватель позволяет охладить дымовые газы на выходе из вставки 6 до температуры около точки росы сернокислотных соединений. Если температура дымовых газов на выходе из зоны охлаждения 9 будет ниже температуры точки росы сернокислотных соединений и наступит сернокислотная конденсация на поверхности частиц инертного материала 7, то при передвижении его вдоль вставки 6 он будет нагреваться, что вызовет испарение конденсата и предотвратит попадание сернокислотных загрязнений вместе с инертным материалом 7 в зону нагрева 10, а вследствие истирающего действия частиц поверхность инертного материала 7 не будет загрязняться отложениями золы и продуктами коррозии. Поскольку промежуточный теплоноситель 7 устойчив к сернокислотной коррозии, это обеспечивает длительную эксплуатацию оборудования и более высокий термический КПД по сравнению с существующими теплоутилизационными устройствами печей.

Инертный материал 7 поступает в зону охлаждения 9 из окон 24. При нахождении окон 24 в верхнем положении при вращении вставки 6 частицы инертного материала, поступающие в них из спиральных каналов 31 перетока 26, падают вниз в направлении от окон 24 к лопастной насадке 29, отбрасываемые отбойником 28 с направляющими наружными ребрами, а при нахождении окон 24 в нижнем положении спиральные каналы 31 этим же отбойником 28 защищены от обратного попадания в них инертного материала 7. Затем инертный материал 7 в виде пересыпающегося слоя движется навстречу дымовым газам за счет вращения наклонной вставки 6, причем лопасти насадки 29 по секциям входят в пересыпающийся слой, забирают часть инертного материала 7 и поднимают его вверх, после чего он, не доходя до верхней точки подъема, ссыпается вниз с лопастей 29 в виде струй из отдельных частиц, пересекая в поперечном направлении поток дымовых газов по всей длине лопастной насадки 29, а далее лопасти 29 завершают оборот пустыми. После прохождения всей длины вставки 6 инертный материал 7 переходит из зоны охлаждения 9 в зону нагрева 10 через переток 27, поочередно проходя через окна 25, находящиеся в нижнем положении при вращении вставки 6, примыкающие к ним спиральные каналы 31 с образованием в них подвижных песочных затворов, выходные отверстия спиральных каналов 31, и ссыпается из перетока 27 в зону нагрева 10.

Холодный воздух поступает в зону нагрева 10 через окна 11, перекрытые решетками 15 и находящиеся в данный момент времени над пересыпающимся слоем инертного материала 7. При применяемых средних рабочих температурах дымовых газов и воздуха в зонах 9 и 10 объемный расход нагреваемого воздуха примерно в 1,75 раза меньше объемного расхода охлаждаемых дымовых газов. Проходя зону нагрева 10 в направлении от окон 11 к окнам 12, воздух частично закручивается лопастями 16 и 30 и движется в противотоке с промежуточным теплоносителем 7, при этом большая часть тепла от инертного материала 7 к воздуху передается конвекцией при падении частиц с лопастей 16 и 30. Нагретый до температуры, меньшей температуры дымовых газов на входе в зону охлаждения 9, воздух через окна 12 и отверстия в решетках 15, находящихся в данный момент времени в верхнем положении, поступает в воздухосборник 13, а из него через штуцер 18 по отводящему воздухопроводу в вентилятор 37, с помощью которого его подают, например, к горелкам топливосжигающего устройства.

В зоне нагрева 10 инертный материал 7 в виде пересыпающегося слоя движется в сторону, противоположную наклону вращающегося корпуса 1, от перетока 27 к перетоку 26, за счет лопастных насадок 16 и 30, лопасти которых изогнуты по винтовой линии. Подъем инертного материала 7 из пересыпающегося слоя с помощью лопастных насадок 16 и 30 и ссыпание материала вниз по обе стороны вставки 6, происходящие по мере подъема отдельных секций лопастных насадок 16 и 30, ведут к включению в процесс теплообмена дополнительной поверхности обечайки корпуса 1. Инертный материал переходит из зоны нагрева 10 в зону охлаждения 9 через переток 26, последовательно поступая в ковши 35 при нахождении их в нижнем положении при вращении корпуса 1, спиральные каналы 31 с образованием подвижных песочных затворов, и окна 24.

Песочные затворы в обоих перетоках 26 и 27 предотвращают проникновение дымовых газов в нагретый воздух, даже если абсолютное давление дымовых газов в зоне охлаждения 9 будет больше абсолютного давления воздуха в зоне нагрева 10.

При необходимости изменения коэффициентов заполнения инертным материалом 7 обеих зон 9 и 10 осуществляют поочередное изменение положения днищ ковшей 35 относительно уровня пересыпающегося слоя инертного материала 7 в зоне нагрева 10, что ведет к захвату ими большей или меньшей порции инертного материала 7, и к перераспределению массы инертного материала, загруженного в воздухоподогреватель, между зонами 9 и 10. Изменение положения днищ ковшей 35 производят при нахождении ковшей 35 в верхнем положении для снижения усилия на рукоятки концов штоков 36 с помощью механического воздействия на концы штоков 36, выведенных наружу.

Привод 4, в случае многоскоростного исполнения, позволяет увеличивать частоту вращения корпуса 1 и тем самым увеличивать массовый расход промежуточного теплоносителя 7, проходящего через сечения обеих зон воздухоподогревателя, что приводит к интенсификации теплообмена между газообразными теплоносителями и инертным материалом 7 в обеих зонах воздухоподогревателя (увеличивается объемный коэффициент теплоотдачи от газообразных теплоносителей к инертному материалу 7 вследствие увеличения площади поверхности частиц, взаимодействующих с ними в единицу времени). Это ведет к снижению температуры дымовых газов на выходе из вставки 6 и к повышению температуры воздуха на выходе из воздухосборника 13, то есть к повышению термического КПД воздухоподогревателя.

Воздухоподогреватель обладает малым гидравлическим сопротивлением как по дымовым газам, так и по воздуху. Дымовые газы и воздух в воздухоподогревателе находятся под небольшими разрежениями, соответственно создаваемыми дымовой трубой или дымососом, расположенным на линии дымопровода охлажденных дымовых газов после конденсатора 8, и вентилятором 38. С помощью заслонки 38 можно регулировать разрежение в зоне нагрева 10 с таким расчетом, чтобы абсолютное давление воздуха в ней было больше, чем абсолютное давление дымовых газов в зоне охлаждения 9, что полностью устраняет попадание дымовых газов, содержащих сернокислотные примеси, через перетоки 26 и 27, в нагретый воздух.

После прохождения зоны охлаждения 9 охлажденные дымовые газы через выходное отверстие 23 вставки 6 поступают в конденсатор 8. В конденсаторе 8 охлажденные дымовые газы омывают поверхности нескольких рядов вертикальных эмалированных наружных труб 43. Трубы Фильда, размещенные в конденсаторе 8, обладают большой удельной поверхностью и выполняют функцию насадки в массообменных процессах улавливания вредных примесей, содержащихся в дымовых газах, поэтому на наружной поверхности труб 43 образуется пленка конденсата, содержащего как растворенные в серной кислоте, так и химически связанные с ней оксиды азота и серы. Вертикальное расположение наружных труб 43 и различная длина труб в вертикальной диаметральной плоскости воздухоподогревателя и на периферии способствуют образованию капель из пленки конденсата и продвижению их по поверхности труб 43 вниз, препятствуя уносу брызг конденсата дымовыми газами, что имеет место в известном устройстве с горизонтальными теплообменными трубами. Капли конденсата затем стекают вниз по наружной поверхности труб 43, отрываются с нижних частей труб 43 и далее направляются через штуцер 47 на утилизацию, а дымовые газы удаляются из конденсатора 8 в дымопровод охлажденных дымовых газов.

Поскольку дымовые газы, из которых удалена большая часть вредных примесей, обладают более низкой точкой росы сернокислотных соединений, чем исходные дымовые газы, это позволяет иметь запас температуры применительно к коррозии металлических деталей дымового тракта после воздухоподогревателя.

Через штуцер 45 в камеру входа горячей воды, а из нее во внутренние трубы 44 труб Фильда параллельными потоками поступает горячая вода. После прохождения внутренних труб 44 горячая вода изменяет направление потока и с той же температурой движется в направлении снизу вверх в пространстве между внутренними 44 и наружными 43 трубами труб Фильда, передавая тепло через стенку, поступает в камеру выхода горячей воды, после чего выводится в цикл через штуцер 47. Температура горячей воды, используемой для охлаждения труб Фильда, должна быть ниже точки росы сернокислотных соединений и может легко регулироваться. Одновременно температура горячей воды должна быть выше точки росы водяных паров, содержащихся в дымовых газах, чтобы исключить конденсацию на поверхности наружных труб 43 большого количества водяных паров.

Поскольку в предлагаемом воздухоподогревателе тепло дымовых газов почти полностью утилизируется во вставке 6, то при близких значениях температур охлажденных дымовых газов и горячей воды количество тепла, передаваемого от дымовых газов к горячей воде, будет незначительным, а следовательно, расход горячей воды будет невелик.

Таким образом, предлагаемый воздухоподогреватель обеспечивает снижение металлоемкости по сравнению с применяемыми в современных печах НПЗ кожухотрубных теплообменников или регенеративных вращающихся воздухоподогревателей за счет применения инертного материала, использование в основном углеродистой стали, увеличение термического КПД при охлаждении дымовых газов до температуры точки росы сернокислотных соединений или ниже ее, снижение уровня загрязнения окружающей среды путем конденсации вредных примесей.

Формула изобретения

Воздухоподогреватель для утилизации тепла дымовых газов, содержащий вращающийся корпус, цилиндрическую вставку, установленную по оси корпуса, привод, насадки внутри корпуса и вставки, две зоны обработки материала, соединенные перетоками, отличающаяся тем, что цилиндрическая вставка установлена на оси корпуса с помощью неподвижного и скользящего опорных колец, а зоны обработки материала выполнены в виде зоны нагрева и зоны охлаждения с размещением в них промежуточного теплоносителя, в качестве которого использован инертный монодисперсный материал, например крупнозернистый песок, каждый из перетоков выполнен в виде ряда спиральных каналов и образован рядом винтовых пластин протяжностью более 3/4 длины витка, направление захода винтовой линии которых совпадает с направлением захода насадки зоны нагрева, но выполненных с меньшим углом подъема винтовой линии, размещенных между цилиндрической вставкой и охватывающей ее промежуточной обечайкой и примыкающих к соответствующему опорному кольцу, и расположенными между рядом винтовых пластин окнами цилиндрической вставки, причем открытый торец промежуточной обечайки, размещенной в начале зоны нагрева, выполнен с рядом прямоугольных вырезов по числу спиральных каналов перетока, одна из кромок которых перпендикулярна соседним винтовым пластинам для обеспечения шарнирного соединения этого торца с днищами ряда ковшей, размещенных между соседними винтовыми пластинами и выполненных с возможностью поворота относительно уровня слоя инертного материала с помощью штоков, шарнирно соединенных с днищами ковшей и выведенных через корпус наружу, на наружной поверхности вставки, в промежутках между лопастями насадки корпуса, расположена насадка с изогнутыми по винтовой линии лопастями, кроме того, он содержит окна в обоих концах корпуса, которые перекрыты беспровальными перфорированными решетками, отбойник в конце зоны охлаждения, выполненный в виде перфорированного усеченного конуса, снабженного направляющими ребрами и примыкающего большим основанием к скользящему опорному кольцу, а также воздухосборник, охватывающий корпус в месте расположения окон для выхода воздуха из зоны нагрева, и конденсатор, который выполнен примыкающим к корпусу со стороны выхода дымовых газов и содержит вертикальные коррозионно-стойкие трубы переменной длины, например, эмалированные трубы Фильда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4