Охлаждение доменной печи

Высокие температуры и давления, механические воздействия и размы­вание чугуном и ишаком, влияющие на службу кладки нижней части печи, делают практически нереальным наличие огнеупоров в нижней части домен­ной печи без охлаждения.

Конструкции охладительных приборов зависят от вертикальной или горизонтальной системы охлаждения и его способа (водяного (рис. 6.1) или испарительного (рис. 6.2). Разница в первом случае связана с толщиной кладки печи, во втором - с устройством гидравлических трактов и размерами холодильников.

Рис. 6.1. Принципиальная схема водяного проточного охлаждения доменной печи.

1 - соединительные напорные линии; 2 - напорная магистраль; 3 - сливная магистраль; 4 – холодильники.

Вода подается в систему охлаждения непрерывно с расчетом на максимальные тепловые нагрузки; текущее регулирование ее расхода невозможно. В то же время недостаточно интенсивное охлаждение при резком повышении нагрева вызывает пленочное кипение воды с последующим прогаром деталей охлаждения. Возможное наличие в трубках холодильников накипи способствует прогару. Установлено, что слой накипи в 1 мм повышает температуру рабочей стороны холодильника на 80-100 °С при обычных тепловых нагрузках и резко ухудшает его охлаждающую способность.

При водяном способе охлаждения вода, перед поступлением на печь, проходит через сетчатые фильтры для предупреждения засорения охладительной системы, особенно в весеннее время, когда загрязненность воды повышенная. Система водяного охлаждения для удаления механических осадков и накипи периодически промывается водой высокого давления (до 1,0 МПа) с добавлением 10%-ного раствора соляной кислоты. Отработанная вода от охлаждающих устройств собирается в воронки, расположенные на сливных стояках, и отводится в специальный коллектор. Для наружного охлаждения воду подают кольцевыми трубками с отверстиями, через которые омывается поверхность кожуха. Для создания равномерного омывающего слоя воды к кожуху крепят специальные козырьки.

Для приблизительных расчетов расход воды при работе печи без повышенного давления на колошнике принимается равным полезному объему печи, а при повышенном давлении расход воды составляет 1,5-1,6 м³/ч на 1 м³ полезного объема печи.

Рис. 6.2. Принципиальная схема испарительного охлаждения доменной печи.

1 - водоводы питательной полы; 2 - паропровод; 3 - барабан-сепаратор; 4 - водовод производственной воды; 5 - опускные коллекторы.

Система испарительного охлаждения отличается от обычной системы охлаждения технической водой возможностью саморегулирования процесса охлаждения путем стабилизации его интенсивности, так как при увеличении тепловых нагрузок увеличивается и охлаждающий поток пароводяной смеси. Схемы испарительного охлаждения выполняют с естественной и принудительной циркуляцией. Естественная циркуляция основана на разнице удельных весов воды в трубе, подающей воду из бака-сепаратора в холодильники, и пароводяной смеси в трубе, отводящей от холодильников пар в бак-сепаратор, из которого пар после отделения от воды направляется к потребителю.

В большинстве случаев применяется схема с принудительной циркуляцией, так как прямоточная схема испарения воды при переменных тепловых нагрузках в условиях работы доменных печей значительно осложняется. Циркуляция воды в системе непрерывная.

Уменьшение ее в баке-сепараторе в результате образования пара вос­полняется водой от насосной станции. Потери воды в общем балансе завода при использовании пара и возвращении конденсата составляют ~ 10% от обычных для водяного охлаждения.

Расход воды при работе на испарительном охлаждении складывается из количества воды, необходимого для охлаждения объектов печи, всегда работающих на водяном охлаждении, и резервного количества воды для временного перевода печи на техническую воду или питания его отдельных секций. При этом безвозвратные потери химически очищенной воды незначительны. Постоянный расход технической воды при испарительном охлаждении составляет 60-70% расхода при водяном охлаждении, поскольку отвод тепла 1 кг технической воды возрастает с 42 до 2520 кДж. Для печей полезным объемом 2700-3200 м³ расход воды составляет - 1200 м³/ч.

Холодильники в современной доменной печи кроме отвода теплоты выполняют еще и роль усилителей кожуха и поддерживающих устройств для кладки.

Конфигурация холодильников определяется задачей, которую они выполняют: для обеспечения высокой интенсивности отбора теплоты от углеродистых огнеупоров применяют гладкие периферийные плитовые холодильники (рис. 6.3а); в зонах, где работают в основном на гарнисаже и где высока вероятность потери кладки, используют холодильники с залитым кирпичом (рис. 6.3б); в распаре и шахте применяют плитовые холодильники с залитым кирпичом и с ребрами без залитого кирпича (рис. 6.3в).

а б в

Рис. 6.3. Вертикальные плитовые холодильники.

а - гладкий плитовый; б - ребристый с залитым кирпичом; в - ребристый без залитого кирпича.

Для поддержки кладки в шахте в 50-60-х годах широко применяли кронштейновые холодильники, вытесненные периферийными плитовыми холо­дильниками с выступом, который может располагаться вверху холодильни­ка (Г-образный) или в середине плиты (с зубом).

В плитовых холодильниках расстояние между охлаждающими трубами не более 250 мм. В последние годы распространены холодильники типа "тепловые трубы" (рис. 6.4, а), особенностью которых является практически, равномерное тепловое поле по всей плите холодильника, так как его тело занято охлаждающей водой, движение которой осуществляется перегородками. Создание и использование холодильника (рис. 6.4, б) с шестью верти­кальными трубками на "горячей" стороне (со стороны рабочего пространства) и двумя горизонтальными трубками охлаждения торцов и одной змеевиковой трубкой со сторона кожуха - один из путей совершенствования конструкции холодильников.

а б

Рис. 6.4. Схема устройства холодильников.

а – типа «тепловые трубы»; б – многослойный.

Зазоры между холодильниками в 30...40 мм заполняются теплопроводной и прочной массой (чугунной замазкой). Крепят холодильники к кожуху болтами (не менее двух на один холодильник).

Длина холодильника определяется конструктивными соображениями и доставляет обычно 1,5...1,7 м, в отдельных зонах достигая 2 м; ширина холодильников 0,7...0,9 м; толщина плиты холодильника 140...180 мм, a размер ребер определяется толщиной залитых огнеупоров.

В целом к холодильникам предъявляются такие требования:

- обеспечение надежности охлаждения при современном интенсивном ведении процесса;

- удобство монтажа на печи;

- эластичное, прочное и исключавшее утечку газа крепление к кожу­ху печи;

- минимальное ослабление кожуха отверстиями для вывода трубок ив холодильников.

Современная схема охлаждения удовлетворяет этим требованиям. Как правило, она сочетает водяное охлаждение низа печи (горн, лещадь и фурменные приборы) и испарительное охлаждение верха.

При водяном охлаждении должно уделяться значительное внимание ка­честву охлаждающей воды, которое определяется содержанием механических примесей и химическим составом. Установка сетчатых фильтров и создание в коммуникациях скоростей более 0,8 м/с исключают выпадение механических примесей. Его можно избежать, если устранить местное кипение, когда выпадают все соли жесткости, и превышение допустимой величины нагрева, когда выпадают соли временной жесткости.

Предельную температуру нагрева воды в оборотном цикле определяют формуле

,

где – окисленность оборотной воды, мл/л О₂; N_к - предельная карбонатная жидкость, устанавливающаяся системе, при которой накипь не выпадает, мг-экв/л; N_нек – некарбонатная жесткость оборотной воды мг-экв/л.

Предельная температура воды оборотного цикла значительно влияет на расход воды: при ее снижении с 60 до 35 °С удельный расход воды увеличивается с 0,9 м³/ч на 1 м³ V_п до 5 м³/ч; определяет количество холодильников в секции в зависимости от теплового напряжения элементов системы охлаждения.

Конструкция холодильника и качество воды влияют на срок службы холодильных устройств. Так, средний срок службы охлаждаемых элементов доменных печей при водяном охлаждении представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1.