Системы охлаждения доменных печей

Охлаждение по видам теплоносителя делится на два основных способа: холодной технической (иногда химически очищенной) и кипящей (деаэрированной) с использованием в качестве охлаждающего фактора скрытой теплоты парообразования - испарительное охлаждение.

Система охлаждения доменных печей должна работать бесперебойно. Поэтому электроснабжение насосной станции производится от двух независимых источников. Снабжение доменного цеха водой производится не менее чем по двум водоводам, уложенным в проходных туннелях. Каждый из водоводов рассчитывается на пропуск 100 % количества воды. На случай обесточивания доменного цеха устанавливаются водонапорные башни.

Водяное охлаждение печи может быть однозонным и двухзонным. В первом случае вода на все холодильники подается от одной группы насосов с напором около 0,8 МПа (8 атм). При двухзонном охлаждении доменная печь делится на две зоны - верхнюю и нижнюю соответственно с напором 0,8 и 0,5 МПа. Эти зоны работают от отдельных групп насосов. В ряде случаев для доменных печей большого объема для охлаждения деталей фурменного прибора давление воды повышается до 1,5 МПа.

Перед поступлением воды в цех она подвергается очистке в механизированных двухкамерных фильтрах.

Для защиты водного бассейна организуется замкнутый оборотный цикл водоснабжения, включающий оборотные циклы водоснабжения тонкой газоочистки доменного газа, шламов стоков бункерной эстакады и системы шихтоподачи, водоснабжения установок придоменной грануляции шлака (при их наличии в цехе). Сброс воды из замкнутых оборотных циклов водоснабжения в водный бассейн не производится.

Принципиальные схемы водяного охлаждения доменной печи различных видов показаны на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Принципиальные схемы разомкнутого водяного (а), замкнутого водяного (б) и испарительного (в) охлаждений: 1-водозаборный фильтр; 2-насос; 3-отделение водоподготовки; 4-напорный трубопровод; 5-холодильник водяного охлаждения; 6-холодильник испарительного охлаждения; 7-сливной трубопровод; 8-градирня; 9-бак-сепаратор; 10-потребитель пара; 11-патательный трубопровод; 12-труба возврата конденсата; 13-паровой трубопровод

Расход воды на охлаждение доменной печи исключительно высок - в пределах 12-20 м³ на 1 т чугуна. Основными факторами, определяющими расход воды на охлаждение является качество воды, конструктивные особенности печи, тепловые условия работы охлаждающих элементов, параметры доменного процесса и гидравлические особенности системы охлаждения.

Качество воды характеризуется химическим составом и содержанием в ней механических примесей. Исключение выпадения механических примесей обеспечивается установкой фильтров и созданием самоочищающихся скоростей. Накипь образуется при выпадении химических примесей и определяется температурой нагрева воды. К химическим примесям относится бикарбонат кальция Са(НСO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂, которые при нагреве разлагаются с образованием малорастворимых соединений СаСО₃ и MgCO₃, выделяющихся из раствора в виде накипи, когда их концентрация превышает растворимость этих солей при данной температуре.

В трубах холодильников выпадает в основном аморфный слой карбоната кальция, теплопроводность которого составляет 0,2 - 1,2 Вт/(м·°С). В этом случае при низких плотностях теплового потока (до 10 кВт/м²) температура тела холодильника повышается незначительно. При повышении значения теплового потока до 50 - 60 кВт/м² и более температура рабочей поверхности холодильника превышает предельно допустимую (600-700 °С), что приводит к разрушению холодильника, а в зонах контакта с жидким чугуном увеличивает возможность прорыва горна или лещади печи.

Важное значение имеет скорость воды в трубах холодильников. При нормальной работе холодильников плотность тепловых потоков не превышает 10 кВт/м², а скорость воды поддерживается на уровне 1,0-1,5 м/с. В этом случае поверхностное кипение воды практически исключено. При плотности тепловых потоков, достигающих 20 кВт/м² скорость воды необходимо увеличивать.

При испарительном охлаждении используется скрытая теплота парообразования для отвода тепла охлаждаемой детали (холодильника), равная 2260,9 кДж/кг. Кроме того, каждый 1 кг воды, поступивший в систему охлаждения с температурой ~ 30 °С, нагреваясь до кипения, отбирает примерно 293 кДж. Таким образом, при испарительном охлаждении отводится ~ 2512 кДж вместо 4,2 - 6,3 кДж/кг при водяном охлаждении, что позволяет значительно сократить расход воды.

Оба способа охлаждения (водяное и испарительное) разделяют на горизонтальное и вертикальное. При горизонтальном охлаждении холодильники шахты, распара, заплечиков устанавливают в массиве кладки горизонтально, а при вертикальном охлаждении – вертикально по охлаждаемой поверхности, прикрепляя холодильники к внутренней стороне кожуха печи специальными болтами. Охлаждение металлоприемника и боковой поверхности лещади осуществляют только вертикальными холодильниками или наружным поливом кожуха.

Преимущества горизонтальной системы охлаждения заключается в большой поверхности охлаждения, достигающей 3 м²/м³ кладки, возможности смены холодильников в межремонтные периоды, лучшей сохранности проектного профиля и соотношений его размеров Горизонтальные холодильники охлаждают кладку печи на большую глубину и тем самым способствуют сохранности огнеупорной кладки.

Недостатками горизонтальной системы охлаждения являются плохая герметичность кожуха печи и его ослабление вырезами для холодильников, относительная легкость прогара холодильников при обнажении их по мере износа кладки или оползания гарнисажа. При использовании несменяемых горизонтальных холодильников кожух печи практически не ослабляется, они хорошо сопрягаются с огнеупорной кладкой, но возникают проблемы с обнаружением их прогара. Кроме того, при температурном росте кладки такие холодильники передают значительные напряжения на кожух печи.

Вертикальные плитовые холодильники устанавливаются между кожухом печи и огнеупорной кладкой и крепятся к кожуху с помощью болтов. Главное назначение таких холодильников - предохранение кожуха печи от воздействия высоких температур. Повысить стойкость кладки такие холодильники могут настолько, насколько простирается их охлаждающее действие в массив кладки. Чем выше теплопроводность огнеупорной кладки, тем в большей степени такие холодильники способствуют ее стойкости. При применении вертикальных холодильников кожух печи имеет лучшую строительную прочность, поскольку не ослаблен вырезами, высокую герметичность, но имеет меньшую площадь охлаждения - примерно 2 м²/м³ кладки.

Для сокращения на печи разводки линий, подводящих охлаждающую воду и для лучше­го ее использования, холодильники, как правило, соединяются в секции. Число холодильников в секции определяется теплонапряженностью данной зоны печи и зависит также от конструкции футеровки печи.

Ряд участков печи и охладительных приборов находятся на индивидуальном питании. К ним относятся горновые леточные холодильники, детали фурменного и шлакового приборов, подвергающиеся особо интенсивному нагреву. Температурный перепад воды в холодильниках металлоприемника и лещади составляет лишь 2-4 °С, в воздушных фурмах - от 3 до 5,5 °С. Температурный перепад воды при охлаждении шлаковой летки обычно достигает 9 °С. В зонах секционного охлаждения на холодильниках распара и шахты перепад температур воды на входе и выходе составляет обычно 6-12 °С. Самый высокий температурный перепад наблюдается для фурменной зоны - от 10 до 12 °С, а температура охлаждающей воды на выходе в этой зоне может достигать 35 - 50 °С.

Во всех случаях температура воды, отходящей от водоохлаждаемых элементов, должна быть ниже температуры выпадения жесткости. Ее предел устанавливается заводской инструкцией.

Для настоящего времени характерен переход на замкнутые системы охлаждения с использованием химически очищенной воды и теплообменников для охлаждения этой воды. Впервые в России эта технология охлаждения использована на доменной печи № 3 «Тулачермет». При этом доменная печь была оборудована холодильными плитами до верха шахты, а охлаждение в замкнутом контуре применено для заплечиков и шахты печи. Для этого была сооружена дополнительная насосная с теплообменниками типа вода – вода. На теплообменники подавалась вода от существующего оборотного цикла. Эта схема применена в проектах доменных печей № 3 и № 4 ОАО «Северсталь», где охлаждение химически очищенной водой реализовано по всей высоте печи (рис.4.12).

Рис. 4. 12. Система охлаждения химически очищенной водой по всей высоте печи № 3 и № 4 ОАО «Северсталь»

На доменной печи № 5 НТМК установлена система испарительного охлаждения в замкнутом контуре без теплообменников с использованием циркуляционных насосов. Использование циркуляционных насосов обеспечивает равномерное восходящее движение воды и равномерный теплосъем с холодильных плит шахты и заплечиков (рис. 4.13). Горны печей № 5 и № 6 НТМК, а также ДП № 1 «Мечел», охлаждаются наружным поливом кожуха.

Рис. 4.13. Система испарительного охлаждения заплечиков, распара и шахты ДП № 5 и № 6 НТМК

Дата добавления: 2015-07-18