RU2001114C1 - Устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи - Google Patents
Устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печиInfo
- Publication number
- RU2001114C1 RU2001114C1 SU4924674A RU2001114C1 RU 2001114 C1 RU2001114 C1 RU 2001114C1 SU 4924674 A SU4924674 A SU 4924674A RU 2001114 C1 RU2001114 C1 RU 2001114C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- casing
- water
- ribs
- heat
- Prior art date
Links
Landscapes
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относитс к металлургии , в частности к охлаждению стен металлургических печей, преимущественно доменных Сущность изобретени : устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи содержит расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха в толще сло жаростойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону кожуха Причем трубы вод ного охлаждени имеют U-образную форму и снабжены установленными во внутренней их половине турбулизаторами Охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин, которые имеют различные площади и собраны по меньшей мере в один пакет, в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам, а размеры и расположение элементов конструкции выбирают из услови обеспечени допустимой температуры на кожухе 3 ил
Description
Изобретение относитс к металлургии, в частности к охлаждению стен металлургических печей, преимущественно доменных.
Известно устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, в частности доменной, и содержащее расположенные по периметру стенки секции из труб вод ного охлаждени , имеющих U-об- размдо фофму, установленных на строительном -элементе кожуха и встроенных в тол щу сло жаростойкого бетона, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону строительного элемента кожуха.
Недостатком известной конструкции устройства дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи вл етс недостаточна эффективность охлаждени кожуха стенки печи, так как в этом случае нельз получить при данном расходе охлаждающего агента максимальный отвод тепла.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, содержащее расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха, в толще сло жаростойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону кожуха. С целью повышени эффективности теплообмена в этом устройстве теплоотдающа поверхность развиваетс путем оребрени .
Недостатком устройства вл етс недо- статочн ш эффективность охлаждени кожуха стенки печи из-за отсутстви непосредственной зависимости размеров и расположени труб вод ного охлаждени , а также размеров и расположени поперечных ребер относительно наружной поверхности трубы от особенностей эксплуатации и тепловых нагрузок. Этот вопрос может быть разрешен путем математического моделировани дл увеличени охлаждающего эффекта. Кроме того, в конструкции этого устройства дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи охлаждающа вода используетс недостаточно эффективно . Основна масса воды проходит через центральную часть поперечного сечени трубы вод ного охлаждени , не участву активно в теплообмене. Здесь поток воды имеет более высокую скорость, чем на периферии сечени , где сказываетс пристеночный эффект понижени скорости. У стен трубы происходит повышение температуры воды, сопровождающеес выпадением солей временной жесткости и
образованием на стенах накипи, нарушающей теплопередачу.
В результате снижаетс стойкость футеровки печи и самого устройства дл охлаждени стенки печи.
Целью изобретени вл етс повышение эффективности охлаждени кожуха стенки печи и сокращение расхода воды. Указанна цель достигаетс тем, что в
предлагаемом устройстве дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, содержащем расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха, в толще сло жаро5 стойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону кожуха, согласно изобретению трубы вод ного охлаждени имеют U-образную
0 форму и снабжены установленными во внутренней их полости турбулизаторами, охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин круглой формы, имеют раз5 личные площади, собраны по меньшей мере в один пакет в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам, длину колена и рассто ние между входом и выходом трубы вод ного
0 охлаждени , рассто ние между соседними трубами вод ного охлаждени вдоль продольной оси шахтной печи и в поперечном к ней направлении, а также высоты центрального поперечного ребра в каждом пакете
5 над наружной поверхностью труЬы и сло жаростойкого бетона от наружной поверхности трубы выбирают из услови :
т max т , f-r max т /„ , 1с - I о + (I Со I о) (Эо + mm
0+ Za Vl+S
I 1
где Tcmax - максимальна температура на кожухе шахтной печи;
Т0 - температура окружающей среды;
Тсотах - максимальна температура на кожухе шахтной печи без труб вод ного охлаждени ;
а0, at, ay - коэффициенты регрессии;
р |, f) - базисна функци
при (f 1,2- -;
3
2 24,86-40,67 -;
О
рЗ 3,83-6,54 Ј; S
0
5
(/)4
4,53-7,34 -;
О
10В-108
п
d -Ат
.91-1.5 Ь
А
(1-0.67) +
Я, (.34
+ 0,) Амет
лбет -1
Ре
CL
критерий Пекле;
dT)
при - Я , когда в устройстве нет турбу- лизатора;
ИЛ
0.33
ртепл
ч
)
при Я 0 0,023 А ()° 8- (М.
а//л
когда в устройстве есть турбулизатор. где d - диаметр трубы вод ного охлажде- ни ,
S - рассто ние между соседними трубами в поперечном направлении;
I - рассто ние между входом и выходом трубы вод ного охлаждени ;
L - длина колена (изогнутой части) трубы вод ного охлаждени ;
г - рассто ние между соседними трубами вдоль продольной оси шахтной печи;
Сртепл - теплоемкость теплоносител ;
G - расход теплоносител через трубу вод ного охлаждени ;
Атепл - теплопроводность дл теплоносител ;
Абег - теплопроводность бетона;
I - в зкость теплоносител :
а - высота центрального поперечного ребра в каждом пакете над наружной поверхностью трубы;
m - высота сло жаростойкого бетона от наружной поверхности трубы;
Амет - теплопроводность материала, из которого изготовлены поперечные ребра.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вл емое устройство отличаетс тем, что трубы вод ного охлаждени имеют U-образную форму и снабжены установленными во внутренней их полости турбулизаторами, охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин круглой формы, имеют различные площади, собраны по меньшей мере в один пакет в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам , причем размеры и расположение элементов конструкции устройства выбирают из услови .
Таким образом, за вл емое устройство соответствует критерию изобретени новизна .
Сравнение за вл емого решени с дру- 5 гими техническими решени ми показывает, что использование в технике с целью интенсификации процесса теплообмена сребренных труб и турбулизаторов известно. В результате анализа известных реше- 10 ний вы влено, что отличительный признак,
-охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин круглой формы, имеют различные площади, собраны по меньшей мере в
15 один пакет, в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам - не известен. Кроме того, в результате анализа вы влено, что за вл емое устройство про вл ет техническое
20 свойство, которое не про вл етс ни в одном из известных технических решений, со- держащих отличительные признаки отдельно или в сочетании. Новое техническое свойство позвол ет повысить и опти25 мизировать удельный теплосьем с единицы обьема. создать систему стабилизации градиентов температур по объемам, что приводит к повышению термостойкости бетонной футеровки. Это позвол ет сделать вывод о
30 соответствии технического решени критерию существенные отличи .
На фиг. 1 изображена секци устройства дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, общий вид,
35 продольно-вертикальный разрез; на фиг. 2
-турбулизатор, размещенный в трубе вод ного охлаждени ; на фиг. 3 - график функх2 ции у а (- + 1), вл ющийс параболой,
проход щей через точки середины ширины поперечного сечени поперечных ребер пакета .
Устройство дл охлаждени стенки ме .,- таллургической шахтной печи представл ет собой расположенные по периметру стенки печи секции (на чертеже не показаны). Кажда секци (фиг. 1) включает не менее двух труб 1 вод ного охлаждени , имеющих UCQ образную форму, установленных на строительном элементе кожуха 2, вход 3 и выход
4каждой из которых ориентированы в сторону последнего. Встроенные в толщу сло
5жаростойкого бетона трубы 1 вод ного ее охлаждени снабжены поперечными ребрами 6, расположенными на их наружной поверхности . Поперечные ребра б. приваренные к трубе 1 вод ного охлаждени , охватывают последнюю по всей ее окружности и собраны, по меньшей мере, в
40
один пакет 7 из расположенных в пор дке убывани от центрального 8 поперечного ребра к периферии, При этом поперечные ребра 6 в пакете 7 контактируют между собой торцевыми поверхност ми. Исход из технологии изготовлени ребер в данном примере могут примен тьс ребра 6 с поперечным сечением, выполненным в виде пр моугольника , состо щего из двух частей (на чертеже не показаны), или ребра б в виде колец, выполненные, например, из Ст.20. Во внутренней полости каждой трубы 1 вод ного охлаждени установлен турбулиза- тор (фиг. 2), выполненный, например в виде ленты 9, имеющей по кра м прорези 10, образующие лепестки, (на фиг. 2 не показаны ), каждый из которых повернут вокруг своей оси. Лента 9 свернута по винтовой линии.
На строительном элементе кожуха 2 вырезают отверсти (на чертеже не показаны) дл установки труб 1 вод ного охлаждени с предварительно приваренными ребрами 6, образующие единую систему.
В каждую трубу 1 вод ного охлаждени устанавливают турбулизатор -ленту 9, которую у входа 3 и выхода 4 трубы 1 закрепл ют сваркой. Затем с помощью опалубки (на чертеже не показана) нанос т слой 5 жаростойкого бетона по обычно примен емой технологии. По периметру строительного элемента кожуха 2 каждой секции предлагаемого устройства оставлен зазор 11 в виде свободной от футеровки части кожуха дл возможности производства сварки стыков между соседними строительными элементами и незамен емыми част ми шахты печи.
Рассматриваетс охлаждаема бетонна конструкци (фиг. 1). Требуетс оценить величину Тс в зависимости от S, I, h, г, Атепл, Абет. d, G, А мет, a, m, To. Tw, т.е. найти
Тс f(S, I, h, . Атепл Д 6er,d, G, А мет, а, т, То, Tw).
Будем искать Тс в виде:
Тстах а0 + i ai pi,
где р 1 - некоторые комбинации параметров (Tcmax-max температура на кожухе).
Основные уравнени : теплопроводности дл бетона и кожуха
dlv(Agrad Т) а, теплопроводности дл теплоносител :
dlv (Q Сртепл UT) dlv (A rad Т). Гр. услови : у Н, Т Tw
f дл участка кожуха - A grad Т - а (Тс-То),
дл участка теплоносител Т - Т0- на входе „- A grad Т 0 - на выходе.
у-0
Пусть определ ющие параметры измен ютс в следующих диапазонах:
0 0,001-5 кг/с; d 3 м; I 0,3-2,2 м; h 0,07-0,3 м; г 0,05-0,15 м; S 0,05-0,15 м; А бет 0,1-1 Вт/мк
Введем допущени : 1. Неравномерность потока по z не вли ет на Тстах:
2. Переменность теплофизических характеристик не вли ет на Тстах, 0 Эти допущени позвол ют выделить дл рассмотрени часть конструкции с одним охлаждающим элементом.
Введем линейный масштаб z0 S и запишем безразмерные переменные
1;d-l;I l:h A:
Zo ZoZQZo
Г.С S.I 1Т6ПЛ
г - , Э--,ЛО-А
ZQZo
Введем масштаб скорости Go и масштаб 0 теплопроводности А о.Определим температуру , как . Так как S всегда 1
I w I о
и, согласно допущени м, запишем основные уравнени в виде:
5
0
О
ir#I + #LAv v}
§)(§+Ц)
k3 Эу2
или в безразмерной форме: A-Ao(Tw-To) ,#0 , #0,
I -JЛ - 0 ZoЭх2 ду2
А(
V
ГпП. (J То)
Zo
CqUc
Oj|+vЈ)
W
40
AJTw-To) , #0ч
J tTT dfy
w
., Э0 , v 30 A ,#0 #& u dx v 3y cqUofo 2 + 2)
Зу cqUoZo -fa
Введем Go qU0dz0 - масштаб приведенного расхода.
0
ТОГДа°° 1о
Ввод число Пекле Ре Re PR CqUpZo GoCqzo CpG AqdZoA dT
ртепл , /-
т.е. Pe
A 5 затора;
Э0
A, когда в устройстве нет турбулиU-57
dx
Э0 1 ,#0
.#0
2
+ (ЧЛ 0.023 A («3fe.(tlcr:
,0,33
- когда в устройстве есть турбулизатор.
Таким образом безразмерные уравнеи не завис т от 20.
Интервалы варьировани безразмерых переменных:
d 0,2-2,2; 1 3,3-44; h 0,46-6; Ре - 00-Ю8; Я бет 0,166-1,66; г 0,3-3.
Ищем исходную функцию отклика в вие уравнени регрессии
/тлэх
0 а0 + Ј aiti + Ј aijtitj,
6&ах
i i
t - фактор, варьируемый на двух уров х .
10
Построим ортогональный план и прове- g ем вычислительный эксперимент
а(0) 3.6562
а(1) .59251
а(2) 1.6880
а(3).3379020
а(4). 65365
а(5) -1.6872
а(6) 1.9393
а(7) 2.2820
а(8) -.2050025
а(9) .43171
а(10) .32283
а(11).63193Е-02
а(12).23070Е-01
а(13),36617Е-0130
э(14) .39473Е-01
а(15).14321Е-01
а(16) .43803Е-01
а(17) .12479Е-01
а(18) -98996Е-0135
а(19) .71441Е-С1
а(20) .75266Е-02
а(21) .49462Е-02
а(22).18745Е-04
а(23) .23546Е-0240
а(24) .30053Е-02
а(25) .25111Е-02
а(26) .24625Е-02
а(27) .27820Е-02
а(28) .35486Е-0245
а(29) -.29678Е-02
а(30) .2826ГЕ-02
а(31) .36125Е-02
а(32) -.30317Е-02
а(33) -.50761Е-0250
а(34).11209Е-02
а(35) .73179Е-02
а(36) ,41815Е-03
а(37) .36704Е-03.
Это коэффициенты регрессии дл урав- 55 ени
/тпзх37
JL а0 + Ј ачр,
t/LOi - I
ли п размерной форме:
Тс™ То + (Тсотах-То) (а0 + 2 ai p i +
i 1
m
+ Е a i У1 Ю)i i
j i
Здесь То - температура окружающей среды, Tcomax максимальна температура на кожухе шахтной печи без труб вод ного охлаждени .
Р.-1.2-ЗЙ.
/Ъ - 24,86-40,67 -,
рзф4
3,83-6,54 j 4.53-7,34
108-108
Степл D
-1,5
Дб,
d -Ят
ет
1Т6ПЛ
л
Дбет (1-0,67 )Ямет- 0,67
(
лбет ЬЯмет
+ 0,33 т-5-)
m
а -1
Лмет
Зададимс функцией у а( 1), графиком
которой вл етс парабола, проход ща через точки середины ширины поперечного сечени поперечных ребер 6 пакета 7, убывающих по высоте от центра к периферии. Это позвол ет регулировать теплосьем вдоль трубы вод ного охлаждени параллельно образующей (фиг. 3). На фиг. 3 изох2 бражен график функции у а ( -у + 1), вид
кривой которого позвол ет судить о плавном регулировании объемного теплосъема.
Устройство работает следующим образом .
Охлаждающа среда (техническа вода) поступает в трубы 1 вод ного охлаждени . Отбира тепло от газового потока и шихтовых материалов, охлаждающа среда нагреваетс и в виде паровод ной смеси поступает, пройд по трубам 1, в наружные коммуникации. Металлические поперечные ребра 6 вл ютс охлаждающей арматурой дл жаростойкого бетона 5, что позвол ет значительно уменьшить его износ. Наличие секций, объедин ющих по несколько труб 1 вод ного охлаждени , позвол ет предельно сократить рассто ние между трубами, что обеспечит надежное охлаждение кожуха печи . Поток охлаждающей среды, двига сь по трубе 1, взаимодействует с лентой 9 и приобретает вращательное движение вокруг оси трубы 1. При этом в пограничном слое этот поток дополнительно турбулизируетс за счет взаимодействи с лепестками (на фиг. 2 не показаны) расположенными вблизи внутренней поверхности трубы 1. При этом интенсифицируетс теплообмен потока со стенкой трубы 1. Турбулизатор, закручива поток технической воды с целью лучшего охлаждени , взмучивает шлам, выпадающий на внутренней полости трубы 1. Взмученна часть шлама уноситс потоком воды.
Результаты модельного расчета дл выбранных условий показывают, что по сравнению с прототипом эффективность теплосьема за период функционировани в печи предлагаемого устройства возрастает примерно на 80-100%, что позвол ет в таФормула изобретени
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СТЕНКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ШАХТНОЙ ПЕЧИ, содержащее расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха в толще сло жаростойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентирован в сторону кожуха, отличающеес тем, что трубы вод ного охлаждени выполнены U-образ- ными и снабжены установленными во внутренней полости турбулизаторами, а поперечные ребра выполнены в виде пластин , имеющих разные площади и собранных по меньшей мере в один пакет в пор дке убывани площадей от центрального к периферийным ребрам, причем диаметр d, длину h колена и рассто ние I между входом и выходом трубы вод ного охлаждени , рассто ние между соседними трубами вод ного охлаждени вдоль продольной оси шахтной печи г и в поперечном к ней направлении S, а также высоту а центрального поперечного ребра в каждом пакете над наружной поверхностью трубы и высоту m сло жаростойкого бетона от наружной поверхности трубы выбирают из услови
T™ T0+()(d0+ тт
+ 2«1р1 + )
1 1 .
где тст х - - максимальна температура на кожухе шахтной печи;
Т0 - температура окружающей среды;
Тс™ах - - максимальна температура на
0
5
0
5
0
5
0
5
ких же пределах сократить расход охлаждающей среды. Применение предлагаемого устройства позвол ет увеличить удельный теплосъем с единицы объема, создать систему стабилизации градиентов температур по объемам, повысить термостойкость бетонной конструкции печи, а также увеличить кампанию печи за счет исключени ремонтов печи, св занных с заменой холодильников , увеличить производительность печи за счет интенсификации процесса теплообмена .
Предполагаемый экономический эффект от предложенного устройства выражаетс в резком сокращении затрат на обслуживание и ремонт печи, поскольку увеличиваетс межремонтный пробег печи. (56) Патент США Nt 4559011,кл. С 21 87/10, 1985.
кожухе шахтной печи без труб вод ного охлаждени ;
ао, ai, aj - коэффициенты регрессии;
р , р базисна функци
при 1 1.2-. ,86-40,, ,83-6,54, ,53-7,34,
,5-103-108-Ре,
,91-1., лтепл
7 -W -°-«)+ д « -°-ет
(jF+ -34r-rr-+
бет 6ст + мст
+0,33
Ре- Лмет
«/ДО
- критерий Пекле;
А()0,023ДМЈ
xdp
0,8 L-C™™
0,33
где Срепл - теплоемкость теплоносител ;
G - расход теплоносител через трубу вод ного охлаждени ;
Атепл - теплопроводность дл теплоносител ;
Абет- теплопроводность бетона;
ц - в зкость теплоносител ;
Амет - теплопроводность материала, из которого изготовлены поперечные ребра .
Ј
Фиг. {.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4924674 RU2001114C1 (ru) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | Устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4924674 RU2001114C1 (ru) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | Устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001114C1 true RU2001114C1 (ru) | 1993-10-15 |
Family
ID=21568165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4924674 RU2001114C1 (ru) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | Устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2001114C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9765962B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-09-19 | Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering Co., Ltd. | Combustion device |
-
1991
- 1991-02-22 RU SU4924674 patent/RU2001114C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9765962B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-09-19 | Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering Co., Ltd. | Combustion device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100545571C (zh) | 换热器管 | |
JP5112304B2 (ja) | 熱交換器 | |
US4923002A (en) | Heat exchanger rib | |
GB2053445A (en) | Ribbed constructional assembly for heat transfer in heat exchangers | |
US4033561A (en) | Cooling plates for blast furnaces | |
RU2001114C1 (ru) | Устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи | |
RU2187763C1 (ru) | Водогрейный котел | |
RU2170265C2 (ru) | Способ изготовления холодильных плит для печей, используемых в черной металлургии | |
MXPA01001888A (es) | Tubo de intercambio termico con aletas extruidas. | |
JPS6159363B2 (ru) | ||
FI93056C (fi) | Menetelmä ja laite kuumien prosessi- tai savukaasujen syöttämiseksi kaasunjäähdyttimeen | |
GB1571789A (en) | Furnace cooling element | |
EP0553238A1 (en) | SPIRAL SHAPED HEAT EXCHANGER. | |
EP0199534A1 (en) | Liner structure for a gas turbine combustion chamber | |
JP3161267B2 (ja) | 高炉シャフト部炉内壁補修方法および補修用支持ブロック | |
SU1084301A1 (ru) | Устройство дл охлаждени стенки металлургической печи | |
RU2810836C1 (ru) | Пластинчатый теплообменник с вставными турбулизаторами | |
RU2000534C1 (ru) | Пакет пластинчатого теплообменника | |
SU851030A1 (ru) | Воздухоохладитель | |
SU1218258A1 (ru) | Воздухоподогреватель | |
CA1125505A (en) | Fabricated tuyere | |
RU46958U1 (ru) | Устройство для сушки и нагрева футеровки металлургического ковша | |
SU998508A1 (ru) | Холодильник доменной печи | |
JP2003262280A (ja) | 熱風弁 | |
SU1579931A1 (ru) | Устройство дл воздушного охлаждени днища лещади доменной печи |