Устройство испарительного охлаждения доменных печей

 

Союз Советских

Соцкалистнческих

Реслублмк

© П И C A Н И Е ()901274

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 30.04.80(2l ) 2918378/22-02 с присоединением заявки М (23) П рнорнтет (51)М. Кл.

С 21 В 7/10

Гоеударстееииый комитет

СССР по делаы изобретеиий и открытий

Ъ

Опубликовано 30.01.82. Бюллетень % 4 (5i3) УДК669.162. .214.2(088.8) Дата опубликования описания 30.01.82

Б. И. Ашпин, A. В. Бородулин, В . В. Канаев, А.И. Лаптев, М. Ф. Марьясов, П. В. Першико (72) Авторы изобретения утттпов--., .:,! ..";) ъ а .ъ . -j;; - ! ! (7 I ) 3 а я в н тел ь

Институт черной металлургии! (54) УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Изобретение относится к металлурги- ческой промышленности, а более конкретно, к устройствам, предназначенным аля охлаждения доменных печей.

Известны устройства, предназначенные для испарительного охлаждения отдель ных деталей и узлов металлургических печей, состоящих из баков-сепараторов, спускных и подъемных коллекторов и охлаждаемых элементов. При застоях цщ . куляции воды в них используются различ10 ные побудители циркуляции, например компрессорный воздух, вводимый в коллекторы подъемных труб Ц .

Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы.

Наиболее близким к .предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является устройство испарительного охлаждения доменных печей, 20 включающее бак-сепаратор с труб ми подачи питательной aollbl и увода пара, спускные и поаъемные коллекторы, соединенные с охлаждающими элементами, шту-. цера подачи газа в поаъемныйколлекторЯ, Во время работы известного устройства в поаъемные коллекторы подают воздух или азот, которые перец поступлением в коллекторы проходят через пориотую насадку и разбиваются на отдельные микроскопические струйки, в результате чего газ с одной стороны интенсивно растворяется в воде, а с другой — образует с не ". водогазовую эмульсию, удельный вес которой значительно меньше удельного веса чистой воаы. Но так как в системах испарительного охлаждения движение охлаждаемого потока обуловливается разностью удельных весов в контуре бак - сепаратор - спускной .коллектор и паровоаяной смеси в контуре охлаждаемый элемент — подъемный кол- ° лектор, то чем больше разность, тем болт ще циркуляционный paction., В циркуляционный контур известной системы испарительного охлаждения доменных печей вводят сжатый воздух или

9012

3 азот, на компримирование которых заУ трачивается электроэнергия, а для подвода строят. дополнительные коммуникации. Кроме того, ввод в систему испа» рительного охлаждения газа, особенно воздуха, в котором содержится киспород, приводит к интенсификации pena нежелательных процессов, например коррозии поверхностей охлаждения, что значительно сокращает срок службы оборудования. В 1П аналогичных энергетических установках

/ (например, котельных) производится деаэрация питательной воды с целью удаления кислорода и других газов. Поэтому сознательный ввод газа в систему испаритель- 15 ного охлаждения является серьезным недостатком известного способа.

11ель изобретения - повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, 26 что устройство испарительного охлажде-. ния доменных печей, включающее баксепаратор с трубами, подачи питательной воды и отвода пара, спускные и подъемные коллекторы, соединенные с охлаждаю-25 щими элементами, штуцера подачи газа в подъемный коллектор, снабжено инжектором воды, установленным над выходом впускного коллектора из бака-сепарато а и соединенным с трубой подачи пита- зр ельной BoljbI инжектором пара, установленным на входе подъемного коллектора в бак-сепаратор и соединенным, с тру» бой подачи пара от баков-сепараторов воздухонагревателей доменных печей.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой системы испарительного охлаждения.

74 4 подъемный коллектор заполнена водой.

По мере разогрева печи вода в охлаждаемых элементах 4 начинает нагреват ся, а затем вскипать. Образуется два столба жидкости - спускной (в контуре

1-2), в котором температура воды сравнительно невысока, и подъемный (контур

4-3), в котором температура охладителя гораздо выше, а при закипании воды в охлаждаемых элементах 4 образуется пароводяная смесь. Под действием разности удельных весов охладителя в контурах 1«2 и 4-3 в системе начинает действовать режим естественной циркуляции по схеме 1 2 4 3 1.

В работе системы можно выделить 4 периода, отличающихся величиной тепловых нагрузок на холодильники печи.

Период первый соответствует малым тепловым нагрузкам (разогрев, остановка печи, большая толщина кладки и т. д.).

Вода в охлаждаемых элементах 4 не перегревается и циркуляции охладителя не происходит. Возникает опасность оседания шлака из воды и скопления его в нижних участках контура. Со временем этот шлак может закупорить трубы и нарушить охлаждение.

С возрастанием тепловыделений вода в охлаждаемых элементах 4 прогревает ся и вскипает, пароводяную смесь выбрасывает в бак-сепаратор с частотой, увеличивающейся по мере роста тепловой нагрузки. Возникает второй, так назы-. ваемый пульсационный период, когда циркуляция воды в системе носит пульсационный характер и отклонение величины циркуляционного расхода от среднего значения составляет 50-70%.

Система содержит сборник пароводяной смеси в виде. бака-сепаратора 1, спускной коллектор 2, подъемный коллектор 3 и охлаждаемые элементы 4.

На спускном коллекторе в месте выхода его из бака-сепаратора 1 установлен инжектор 5, к рабочему соплу 6 .которого подключен питательный трубопровод 7.

На подъемном коллекторе 3 в месте вво-. да его в бак-сепаратор 1 установлен инжектор 8, к рабочему соплу 9 которого подключен трубопровод 1 О, соединен- 5О ный с паропроводом баков-сепараторов, установленных на воздухонагревателях доменной печи.

Устройство испарительного охлаждения доменных печей работает следующим образом.

Система бак-сепаратор.- спускной коллектор - охлаждаемые элементыДальнейшее возрастание тепловых нагрузок приводит к установившемуся режиму естественной циркуляции. Это третий стационарный режим естественной циркуляции, когда пульсация циркуляционного расхода не превышает 10-15% средней величины циркуляционного расхода. Средний расход циркуляционной воды достигает максимума. В этот период обеспечивается надежное охлаждение охлаждаемых элементов 4.

Четвертый период возникает при резком. увеличении тепловых нагрузок (например, при канальном ходе печи, прорыве газов между холодильниками и кс жухом).,Для него характерны два противоречивых момента,, во-первых, увеличивается паросодержание, способствующее увеличению расхода циркуляционной

5 9012 воды, во-вторых, растет гидравлическое сопротивление тракта, способствующее снижению циркуляционного расхода.

В первых трех периодах превалирует первый фактор, в четвертом — второй.

Поэтому средняя величина циркуляционньго расхода падает. Возможен эффект опрокидывания, когда циркуляция пойдет по контуру 3 4-2-1, а так как выходной ! конец подъемного коллектора 3 располо- 1о жен над уровнем воды в баке-сепараторе, то система останется без охлаждающей воды и сгорит.

Для борьбы с нежелательными явлениями в 1 и 2 периодах в предлагаемой 15 системе испарительного охлаждения питательная вода через рабочее сопло 6 инжектора 5 подается в спускной коллектор 2. Выходя из сопла с большой скоростью, она захватывает и увлекает с со- 20 бой частицы циркулирующей воды. В результате циркуляционный расход воды возрастает и эффективность охлаждения увеличивается. Аналогичный результат происходит и при подаче по трубопровоцу 10 25 пара из баков-сепараторов системы испарительного охлаждения воздухонагревателей в рабочее сопло 9 инжектора . 8.

В эти периоды достаточно включения одного из этих чобудителей увеличения зо циркуляционного расхода воды. В четвертом периоде, когда необходимо резко увеличить количество циркуляционной воды, включение только одного из предлагаемых побудителей расхода может оказаться недостаточным., так как количество питательной воды, подаваемой по тру« бопроводу 10, ограничено допустимым уровнем воды в баке-сепараторе 1 и ее расход ограничен этим уровнем. При уве- 4р личенных расходах в контуре 9-8-6 возникает опасность разрыва сплошности потока охлаждающей воды (пароводяной смеси) в контуре 4-3, что недопустимо. Поэтому для перевода испарительной системы охлаждения доменных печей, работающей в 4 периоде, на стационарный режим скоростей охлаждающей воды оптимальной является одновременная работа предлагае1 мых побудителей расхода.

Таким образом, установка инжекторов на спускном и подъемном стояках циркуляционного контура системы испарительноzo охлаждения и использования в качест55 ве побудителей циркуляционного расхода питательной воды и пара, взятого Йз системы испарительного охлаждения воздухонагревателей, повышает эффективность охлаждения. Отсутствие кислорода в охладителе приводит к прекращению или значительному снижению коррозии оборудования, что повышает стойкость, а значит и длительность работы печи. Кроме того, в приведенных выше известных ус рой» ствах питательная вода подается непосредственно в бак-сепаратор и ее энергия тратится на создание ненужных возмущений в пространстве бака. При подаче питательной воды в сопло 6 инжектора 5 ее энергия используется для побуждения циркуляционного расхода охлаждающей воды, а значит и.эффективности его работы. Установление инжекторов 5 и 8 позволяет максимально использовать энергию побудителей расхода.

Эффективность изобретения заключается в экономии энергетических затрат, имеющих место при применении известных побудителей циркуляционного расхода.

Наиболее распространенными способами побуждения циркуляционного расхода систем испарительного охлаждения являются применение компрессорного воздуха или пара, взятых из заводской сети, и установка циркуляционных насосов. Это дорогостоящие мероприятия, связанные с затратами электрической (компримироы ние воздуха). или тепловой (получение пара) энергией. Для установки же циркуляционных насосов строят целую насоо ную станцию - самое энергоемкое сооружение в системе испарительного охлаждения доменных печей.

Кроме энергетических затрат, в этих случаях значительны и затраты на дополнительные коммуникации и КИП.

В предлагамой системе испарительного охлаждения доменных печей отсутствуют дополнительные затраты на энергию и коммуникации.

Если в существующих системах испарительного охлаждения доменных печей подпиточная вода подается насосами для подачи химически очищенной воды непосредственно в бак-сепаратор, то в предлагаемых подпиточная вода подается в инжекторы 8, выполняя одновременно и роль побудителя циркуляционного расхода.

Используя вместо компрессорного BG3духа или пара, взятых из заводских се -, тей, пар из баков-сепараторов воздухонагревателей доменных печей, уменьшается сеть дополнительных коммуникаций и КИП, решается проблема использования пара воздухонагревателей доменных печей, работаклцих на испарительном охлаждении.

901274

2О

Экономическая эффективность изобретения заключается в экономии энергии и капитальных затрат на дополнительные коммуникации.

Так, для печи объемом 2000 м экономическая эффективность от применения предлагаемой системы испарительного охлаждения доменных печей и системы, оборудованной циркуляционными насосами, составляет 1 8000+1 80 х 360 х 2

)Q4 х 0,02+10000=59000 руб/год, где

1 8000 — стоимость насосной станции

Ф для принудительной циркуляции охлаждения, руб.

180 - мощность насосной станции для принудительной циркуляции охлаждения, кВт, 360 - число дней работы циркуляционных насосов в году, 24 - количество ч- в сут, 0,02 - стоимость 1 кВт энергии, руб.

Предлагаемая система испарительного охлаждения доменных печей используется для охлаждения металлургических arpera25 тов с испарительной системой охлаждения и имеющих несколько (два и более) автономных узлов охлаждения с различным,давлением пара в баках-сепараторах.

Формула изобретения

Устройство испарительного охлаждения доменных печей, включаюшее баксепаратор с трубами. подачи питательной воды и отвода пара, подъемные и спускные коллекторы, соединенные с охлаждающими элементами, штуцера подачи газа в подъемный коллектор, о т л и ч ею ш е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, устройство снабжено инжектором воды, установленным над выходом спускного коллектора из бака-сепаратора и соединенного с трубой подачи питательной воды, инжектором пара, установленным на входе подъемного коллектора в бак-сепаратор и соединенного с трубой подачи пара от баков-сепараторов воздухонагревателей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Андоньев С.М. Испарительное охлаждение металлургических печей. М., 1961, с. 207.

2. Патент ФРГ ¹ 2101243, кл. С 21 В 7/10, 1972.

901 274

Составитель В. Раковский

Техред A A

Редактор С. Крупенина

Подписное

Филиал ППП Патент, .r. Ужгород., ул. Проектная, 4

Заказ 12302/23 Тираж 586

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5