Устройства для подачи дутья в доменую печь

Воздуходувное хозяйство является одной из важнейших частей доменного производства как по значению для производительности печи, экономичности процесса, так и по капитальным и текущим затратам.

Затраты на сжатие дутья эквивалентны (по теплу) 9-12 % кокса, расходуемого на выплавку чугуна, а стоимость холодного дутья составляет 5-8 % от стоимости всего доменного передела.

Подача дутья в доменную печь осуществляется с помощью турбовоздуходувки (рис. 3.1). Турбовоздуходувка - это по существу несколько последовательно установленных центробежных вентиляторов. На валу (В) закреплено несколько рабочих колес (Б) - дисков с лопатками. Между ними располагаются неподвижные лопатки (Д), направляющие воздух из одной ступени сжатия в другую.

При вращении вала (В) с рабочими колесами (Б) - ротора воздуходувной машины - воздух по всасывающему патрубку (А) засасывается к оси первого рабочего колеса и отбрасывается лопатками к внутренней стенке диффузора. Давление воздуха в диффузоре растет и становится больше давления воздуха оси второго рабочего колеса. По направляющим (Д) воздух из диффузора перетекает на всас второго рабочего колеса и описанный процесс повторяется. Так по ступеням сжатия давление воздуха последовательно повышается до конечного в сборной улитке (Е). Повышение давления в каждой ступени сжатия сравнительно невелико, однако благодаря нескольким ступеням сжатия, развиваемое конечное давление может достигать 500-600 кПа (~5-6 атм).

Рис. З.1. Доменная турбовоздуходувка:

А - всасывающий патрубок; Б - рабочее колесо; В - вращающийся вал;
Г - диффузор; Д - неподвижная лопатка; Е - сборная улитка; К - выводной патрубок

Приводом турбовоздуходувки может быть паровая турбина, либо электродвигатель. В первом случае воздуходувную машину располагают в здании ТЭЦ. Поэтому ТЭЦ обычно находится рядом с доменным цехом для сокращения протяженности воздухопроводов. Электродвигатели для привода воздуходувных машин применяются на сравнительно небольших металлургических предприятиях, которые не имеют собственной ТЭЦ.

Доменная воздуходувка имеет два важнейших технологических пара-метра - производительность, оцениваемую объемной производительностью (м³/мин) и развиваемый напор (давление).

Графическое отображение этих двух параметров носит название - газоди­намическая характеристика воздуходувной машины (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Газодинамическая характеристика воздуходувной машины К-3259-41-1 при минимальных и средних углах входа лопаточного диффузора, совмещенная с кривой сопротивления слоя шихты в печи № 2 Чусовского металлургического завода в зависимости от расхода подаваемого в печь дутья:

1 - зона неустойчивой работы при минимальном угле; 2 - зона неустойчивой работы при среднем угле; 3 - приблизительная граница зоны устойчивой работы при среднем угле; 4 - линия помпажа при минимальном угле; 5 - линия помпажа при среднем угле; 6 - приблизительная граница зоны устойчивой работы при минимальном угле; 7 - зависимость сопротивления слоя шихты от расхода дутья; 8 - рабочая точка. Цифры на кривых - число оборотов ротора воздуходувной машины (об/мин)

Как видно из представленного рисунка, расход дутья зависит от двух параметров - он определяется числом оборотов ротора воздуходувки (n) и зависит от угла поворота дросселей, устанавливаемых либо на всасывающем (А, рис. 3.1), либо на выходном патрубке (К).

Максимальное давление, которое может быть достигнуто воздуходувкой является критическим. Этому давлению соответствует минимальная производительность. При уменьшении производительности за счет увеличения сопротивления сети (заливание фурм шлаком, пережим дутья при неправильном переводе воздухонагревателей из одного режима в другой, необоснованное уменьшение диаметра фурм...) воздуходувная машина переходит в пом-пажный режим работы. В этом случае возникает пульсации в потоке пода­ваемого в печь дутья, неустойчивое его давление, сброс сжатого дутья через всасывающий патрубок, поломка лопаток рабочих колес...

Рабочая точка (8, рис. 3.2), получающаяся пересечением линии «расход-давление» и линией зависимости перепада давления в слое шихты от расхода дутья, должна находиться на нисходящей линии в области наибольших значений к.п.д.

Для каждой доменной печи устанавливается отдельная воздуходувная машина. Подача дутья с одной воздуходувки на две доменные печи недопустима, поскольку в процессе работы доменной печи ее дутьевой режим меняется, что будет нарушать дутьевой режим второй печи. На группу из 1-4 печей устанавливается одна резервная воздуходувка.

Выбор воздуходувной машины по ее паспортным данным запрещен. Для определения потребного расхода дутья на печь и обоснованного выбора воздуходувной машины необходимо производить технологические расчеты с составление материального баланса плавки.

Нужно иметь в виду, что расчетный расход дутья должен быть скорректирован с учетом потерь дутья по тракту. Обычно потери дутья от воздуходувной машины до воздушных фурм составляют от 5 до 8 % для плотных трактов и увеличиваются до 10 % и более для изношенных.

Что касается потребного напора (Р _ВД), которая должна развивать воздухо­дувка, то нужно иметь в виду, что она должна преодолеть сопротивление по тракту подачи, включая сопротивление фурм (Δ Р ₁), сопротивление столба шихты движущемуся газу (Δ Р ₂) и повышенное давление колошникового газа (Δ Р ₃):

Р _ВД = Δ Р ₁ + Δ Р ₂ + Δ Р ₃ (3.1)

Для расчета сопротивления по тракту подачи дутья первоначально опре­деляется скорость истечения дутья из фурмы:

(3.2)

где V _Д - расчетный расход дутья, м /мин

V _ПГ - расход природного газа, м3/т чугуна;

Р - суточная производительность печи, т/сут;

t _Д - температура горячего дутья, °С;

n - число работающих воздушных фурм, шт;

Р _Д - избыточное давление дутья, ати;

а - коэффициент, учитывающий потери дутья по тракту (0,90-0,95).

В качестве исходных данных для примера взяты отчетные данные о работе печи № 2 ОАО «Чусовской металлургический завод».

Минутный расход дутья (по показаниям КИП) - V _Д =1567 м³/мин.

Расход природного газа - V _ПГ = 45 м3/т чуг.

Производительность печи - Р = 1395 т/сут.

Температура дутья - t _Д = 974° С.

Число воздушных фурм - n = 14.

Диаметр фурм - d _ф = 150 мм.

Давление дутья - Р _Д = 2,03 ати.

При таких исходных данные скорость истечения дутья из фурм равна:

Далее рассчитывается критерий Рейнольдса:

(3.3)

где d _ф - эквивалентный диаметр фурмы, м;

υ - кинематическая вязкость дутья, м²/с.

К примеру, при скорости истечения дутья из фурмы - 148 м/с, диаметре фурмы, равной 0,15 м (150мм) и кинематической вязкости воздуха -
176·10^-6м²/с значение коэффициента Рейнольдса будет равно 125838.

Затем определяется значение коэффициента трения при движении дутья через воздушную фурму:

если Re = 2300 - 100000, то (3.4)

если 10⁸ > Re > 10⁵, то X = 0,0032 + (3.5)

Для приводимого примера

Далее определяется потеря давления дутья при прохождении его через воздушные фурмы:

(3.6)

где п - число работающих воздушных фурм, шт;

L -длина фурмы, м;

r -плотность воздуха, кг/м³

Поскольку 1 атм = 98,0665 кПа, то для рассматриваемого примера потери давления горячего дутья по тракту подачи составят 0,14 атм.

Расчетное определение значения Δ Р ₂-потерь напора при движении газа через слой шихты возможно по значению удельного перепада давления (Δ Р _УД), которое при плавке Качканарского железорудного сырья (агломерата

и окатышей) в условиях ОАО «НТМК» и «Чусовской металлургический за­вод» без учета сопротивления фурм составляет 0,043-0,045 атм/м.

Высота «активного» (продуваемого) слоя шихты может быть определена из уравнения:

h _АКТ = Н ₀-(h _ф + h _ЗАС),(3.7)

где h _AKT- «активная» высота слоя шихты, м;

Н ₀ - полезная высота печи, м;

h _ф -высота фурм (расстояние от чугунной летки до оси фурм), м;

h _ЗАС - у ровень засыпи в печи, м.

Для доменной печи № 2 Чусовского металлургического завода:

h _AKT= 26,0 - (2,54 +1,0) = 22,46 м.

Тогда перепад давления газа по высоте «активной» части шихты равен:

Δ Р ₂ =Р _УД · h _AKT(3.8)

Δ Р ₂ = 0,044 · 22,46 = 0,99 атм (97 кПа).

Значение Δ Р ₃ колеблется от 0,5 ати (для печей малого объема) до 2,0 ати для печей среднего и большого объема. Для доменной печи № 2 Чус. мет. завода Δ Р ₃ = 0,83 ати (180 кПа).

Таким образом, для рассматриваемых условий, давление, которое должна развивать воздуходувная машина, должно быть не менее

ΔР _ВД = 0,14 + 0,99 +1,83 = 2,96 атм (290 кПа).

Воздуходувые машины в доменном цехе связаны с печами так, что к любой доменной печи можно подключить любую воздуходувку. Это позволяет в случае необходимости выводить любую воздуходувную машину в ремонт и в резерв. Воздухопровод холодного дутья делается сварным из стальных листов. От сжатия температура холодного дутья возрастает до 130-150 °С.

Дата добавления: 2015-07-18