Испарительное охлаждение
При испарительном охлаждении используется в основном скрытая теплота парообразования, которая отводится от охлаждаемой поверхности испаряющейся водой. Коэффициент теплоотдачи к кипящей воде от стенки значительно больше, чем к холодной воде. Это и создает условие для отбора тепла от стенки в количестве необходимом для испарения воды, т.е. 2260 кДж/кг, что в несколько десятков раз больше, чем при водяном охлаждении.
Схема испарительного охлаждения является более прогрессивной и экономически выгодной, несмотря на дополнительные затраты на химическую очистку воды. Она повсеместно вытесняет водяное проточное охлаждение, так как по сравнению с ним позволяет в 60 – 100 раз сократить расход воды и в 9 – 10 раз увеличить срок службы деталей. Схема испарительного охлаждения (ИО) также дает возможность использовать тепло получаемого пара. Для испарительного охлаждения применяют умягченную катионированную воду, при которой исключается отложение накипи.
Принципиальная схема контура циркуляции воды и пароводяной смеси в установке ИО подобна схеме котла-утилизатора. В большинстве схем – циркуляция естественная, за счет разности плотности воды и пароводяной смеси. Принудительная, с помощью циркуляционных насосов, циркуляция применяется в случае резких колебаний тепловых нагрузок на охлаждаемые элементы печи или при сложной конфигурации этих элементов. При проектировании и наладке схем ИО выполняются расчеты на прочность стенок охлаждаемых деталей по максимальна возможной плотности теплового потока. Расчет контура циркуляции проводят для определения расхода воды, размеров труб и кратности циркуляции, которые обеспечивают устойчивый режим работы схемы. Так как давление в контуре ИО выше 0,5МПа, расчеты выполняются в соответствии с нормативными методами расчета котельных агрегатов, а сами системы находятся под контролем службы Госгортехнадзора.
Доменные печи
Современная доменная печь теряет с охлаждающей водой в среднем до 120 – 170 кВт на 1 т выплавляемого чугуна.
Потери тепла распределяются по зонам доменной печи следующим образом: шахта, распар и заплечики 67 %, фурменная зона 28 %, горн и лещадь 5 %.
В качестве охлаждающих элементов, которые устанавливаются почти по всей высоте шахты печи и горна, применяются плитовые холодильники. В каждой такой чугунной плите залит змеевик из стальной трубки, для прохода охлаждающей паро-водяной смеси.
Тепловой режим работы холодильников не стабилен во времени. Он зависит от режима работы печи, периода кампании и места расположения холодильника. В тоже время плотность теплового потока, которую воспринимает холодильник, почти не зависит от объема доменной печи и составляет для плитовых конструкций в среднем 23 кВт/м2. Температура внутренней рабочей поверхности холодильников этой зоны колеблется от 180 до 600°С.
Для отливки плиты применяют чугун марки ЖЧХ – 0,8. В связи с этим ни один из участков холодильников не должен находиться длительное время при температуре выше 550 °С. По условию прочности давление 0,8 МПа является для них верхним пределом.
Шаг между охлаждающими трубками в плитовом холодильнике 200 – 250 мм, диаметр трубки 44 – 52 мм. Толщина плит 140 – 150 мм, высота 1 – 3 м, ширина 700 – 1500 мм. Конструкция некоторых типов холодильников дана на рис. 89.
Общий расход питательной воды на все холодильники этой зоны достигает 20 – 40 м3/ч.
Схема соединения холодильников доменной печи в контур испарительного охлаждения может быть одно- или двухзонной. Однозонная схема (рис. 90) более распространена. При двухзонной схеме в первую зону входят только холодильники шахты, а во вторую – холодильники фурменной зоны и горна.
По периметру печи размещается от 2 до 6 вертикальных рядов холодильников-секций. Каждая секция может иметь свой барабан-сепаратор и работает как самостоятельный контур. Барабаны-сепараторы размещаются на расширенной колошниковой площадке над крышей поддоменника или в одной галерее с барабаном-сепаратором испарительного охлаждения клапанов воздухо-нагревателя (на высоте около 20 м). В конструкции фурменных холодильников предусматривают их работу как на испарительном охлаждении, так и возможность переключения их на охлаждение проточной водой. В большинстве случаев воздушные фурмы охлаждаются по схеме ИО, а шлаковые – по схеме водяного проточного охлаждения.
Закономерность повышения солесодержания циркулирующей котловой воды и влияние продувки на его уровень лежит в основе метода определения прогара холодильников. По непрерывной записи солесодержания можно зафиксировать момент, когда произойдет снижение темпа роста солесодержания. А причиной этому является утечка воды в результате прогара.
Эксплуатация установок испарительного охлаждения и штат обслуживания находится в ведении доменного цеха. Технический контроль осуществляет служба главного энергетика завода.
На каждую доменную печь в смену приходится один слесарь – дежурный по системе охлаждения.
Мартеновские печи
Интенсификация сталеплавильного производства привела к некоторой модернизации конструкции печей. В настоящее время часть парка мартеновских печей реконструирована на двухванные агрегаты. При этом схемы охлаждения остаются без существенных изменений. В схемы ИО включены элементы печи, находящиеся в наиболее тяжелых температурных условиях: кессоны газовых печей, фурмы и форсунки мазутных печей, пятовые балки главного свода и пережимов, рамы и заслонки завалочных окон, столбики передней стенки, а также перекидные и регулирующие устройства и другие элементы.
Температура стенки охлаждаемых стальных элементов мартеновской печи, при которой обеспечивается ее надежная работа, составляет 400– 500°С. Стойкость охлаждаемых деталей в среднем составляет 3 – 4 кампании печи по своду, т.е. 2 – 3 года.
Параметры получаемого пара зависят, как правило, от предельных давлений для конструкций охлаждаемых элементов. В основном приняты давления на мартеновских схемах ИО до 1 – 4 МПа. Все охлаждаемые элементы печей выполняются полой или трубчатой конструкции с толщиной стенки не менее 12 мм из листовой стали марки 15К. Расчеты деталей на прочность и схем охлаждения на устойчивость циркуляции ведутся с учетом воспринимаемых максимальных плотностей теплового потока. Эта величина не зависит от садки печи и для разных деталей колеблется в пределах от 17 – 40 кВт/м2 (с защитной футеровкой) до 400 – 700 кВт/м2 (с оголенной поверхностью). К концу кампании, в результате разрушения футеровки, отвод тепла значительно увеличивается.
Принципиальная схема испарительного охлаждения мартеновской печи на газовом отоплении дана на рис. 91. Все схемы работают с естественной циркуляцией, что увеличивает ее надежность и снижает стоимость. Улучшению циркуляции способствует расположение барабана-сепаратора на высоте не менее 10 м от верха охлаждаемой детали. Опыт эксплуатации показывает, что большая надежность работы и удобство обслуживания имеет схема с расположением барабанов на крыше цеха в специальной галерее. Объем барабанов выбирают из условия создания запаса воды на случай отключения на работу в течение 1 – 2 ч.
Трубные разводки, как подъемные, так и опускные выполняют с промежуточными коллекторами, при условии, что объединяемые трубы немного отличаются по гидравлическим сопротивлением. Рекомендуемый диаметр опускных труб 50 – 70 мм, подъемных 100 – 150 мм. Размеры уточняются при гидравлическом расчете циркуляции.
Скорость циркуляции в охлаждаемых деталях должна быть не менее 0,4 – 0,8 м/с, а в опускных трубах не более 2 м/с. Рекомендуемые кратности циркуляции: для кессонов и фурм 40, для пятовых балок 30, для рам и заслонок завалочных окон 15. Средний показатель выработки пара в системах испарительного охлаждения мартеновских печей составляет 0,2 – 0,3 т/т стали. Перспективной является схема с повышенными параметрами пара, что позволит объединить ее с котлами-утилизаторами.
Нагревательные печи
Среди большого разнообразия нагревательных печей в качестве примера рассмотрим методическую печь для нагрева металла перед сорто- или листопрокатными станами. Это крупная печь с высокотемпературными зонами, 20 – 30% тепловой мощности которых расходуется в охлаждаемых элементах конструкции.
В схемы испарительного охлаждения включены элементы: подовые продольные трубы (48% от всех потерь тепла), поперечные (опорные) трубы (37%), балки торцов загрузки и выгрузки, рамы, отбойники, шиберы, горелки и др. (15;%).
Плотность тепловых потоков на охлаждаемые элементы достигает 50 – 120 кВт/м2.
Из охлаждаемых элементов печи основными являются подовые трубы – продольные и поперечные, которые обычно изготовляются из труб круглого сечения из стали марок 10 и 20. Диаметр и толщина стенок труб определяются из условий прочности при весовой нагрузке и истирании. Они зависят от геометрических размеров печи и находятся в пределах от 76´10 мм до 120´20 мм. Длина труб 12 – 30м.
Принципиальная схема испарительного охлаждения методической печи дана на рис. 92.
Системы испарительного охлаждения современных методических печей работают по схеме естественной циркуляции с избыточным давлением 1,5 – 4,5 МПа. Каждую из продольных подовых труб включают самостоятельным контуром, а поперечные трубы, группами по 2 – 3 трубы, соединенных последовательно, подключают параллельными контурами к барабану-сепаратору. Тепловая нагрузка на каждый самостоятельный контур (или группу) составляет 400 – 800 кВт. Допустимая скорость циркуляции в контурах методической зоны 0,8 м/с, в сварочной зоне 1,2 м/с, в опускных трубах 0,8 – 1,5 м/с, в подъемных – до 15 м/с.
Схемы испарительного охлаждения нагревательных печей на повышенном давлении до 4,5 МПа целесообразно объединять в комплексные схемы с котлами-утилизаторами этих печей. Это может улучшить технико-экономические показатели системы охлаждения.
На экономические показатели существенно влияет стоимость пара заводской ТЭЦ, доля которого замещается паром, вырабатываемым в системе испарительного охлаждения.
Дата добавления: 2015-11-10; просмотров: 5093;