Устройство испарительного охлаждения сталеплавильной печи Советский патент 1992 года по МПК C21C5/46 C21B7/10 

сл

С

Использование: изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к устройствам испарительного охлаждения сталеплавильных печей. Сущность изобретения: цель изобретения заключается в снижении капитальных затрат за счет уменьшения габаритных размеров устройства. Достигается это за счет того, что в системе испарительного охлаждения трубопроводы, соединяющие коллектор с сепаратором, состоят из четного количества труб, которые располагаются на горизонтальном участке попарно, друг над другом в каждой паре. Кроме того, данные трубопроводы снабжены участком с поперечными каналами, протяженность которого составляет 0,5-0,75 общей длины горизонтального участка. 3 ил.

Изобретение относится к металлургической промышленности, конкретнее к устройствам с испарительным охлаждением элементов сталеплавильной печи.

Известно устройство испарительного охлаждения металлургической печи, содержащее сепаратор для разделения пара и воды цилиндрической формы, расположенный в центральных подкрановых балках и установленный горизонтально, внутри которого над уровнем раздела пара и воды расположены вертикальные трубы для подвода пароводяной смеси от охлаждаемых элементов печи, направленные на внутреннюю цилиндрическую поверхность по центральной с си сепаратора, кроме того, в нижней части сепаратора, заполненной водой, установлен коллектор для отвода воды к охлаждаемым элементам печи

Недостатком известного устройства испарительного охлаждения металлургической печи является низкая эффективность разделения пара и воды, не позволяющая использовать пар большого содержания воды в паре, обусловленного расположением выходных концов труб для подвода пароводяной смеси над зеркалом воды в сепараторе по его центральной оси, так как съем тепла в каждом охлаждаемом элементе изменяется во времени в десятки раз в зависимости, например, от наличия обмазки на охлаждаемы элементах и режимов работы печи. В связи с невозможностью выполнения конструкции испарительного охлаждения, которая могла бы длительное время работать на максимальных тепловых нагрузках, в каждом охлаждаемом элементе периодически образуется пена, которая искажает показания уровня в сепараторе, деVJ

Јь

Ю Ю СА) Ю

лает невозможным его замер и не позволяет удержать уровень воды в сепараторе, что приводит к тяжелым авариям. Поэтому получить пар в этих устройствах с давлением более 0,7 кг/см2 не удавалось; кроме того, пар в этих установках отличается высоким солесодержанием (например, 15 мг/кг), а это практически исключает возможность использования его в энергохозяйстве металлургического комбината.

Недостатком известного устройства также является необходимость постоянной затраты электроэнергии на вентиляцию и капитальных затрат на герметизацию подкрановых балок из-за высокой концентра- ции продуктов горения, выходящих из печи.

Известно устройство испарительного охлаждения сталеплавильной печи, содержащее сепаратор для разделения пара и воды, установленный на крыше цеха, кол- лектор пароводяной смеси, объединяющий трубопроводы от охлаждаемых элементов печи и трубопроводы для подвода пароводяной смеси от коллектора по вертикальному и горизонтальному участкам к сепаратору, сообщенному трубопроводом с охлаждаемым элементом.

Недостатком известногЬ устройства является недостаточная эффективность сепарации пара и воды, не позволяющая полностью использовать пар, обусловленная тем, что пароводяная смесь, поступающая по трубопроводам от каждого охлаждаемого элемента, последовательно проходит по вертикальному участку коллек- тора без усреднения своего состава, вызывая периодически потерю уровня в сепараторе, связанную с возникновением аварий, кроме того, при повороте в коллекторе с вертикального на горизонтальный участок вода под действием центробежных сил устремляется к верхней части коллектора, а пар - к нижней, что приводит к необходимости прохождения пара через слой жидкости в сепараторе, уносу воды паром и резкому увеличению содержания солей в паре, исключающему возможность его перегрева и дальнейшего использования.

Недостатком известного устройства также является необходимость дополни- тельных затрат на здание галереи для обеспечения санитарных условий обслуживания сепаратора и затрат на усиление колонн здания цеха.

Целью изобретения является снижение капитальных затрат за счет уменьшения габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство испарительного охлаждения сталеплавильной печи, содержащее сепаратор для разделения пара и воды, коллектор пароводяной смеси, трубопроводы от кол- пектора к сепаратору, имеющие вертикальные и горизонтальные участки, а также трубопроводы подачи воды от сепаратора к охлаждаемым элементам и трубопровод отвода пара от сепаратора, снабжено переточ- ными трубопроводами, соединяющими горизонтальные участки трубопроводов от коллектора к сепаратору, которые расположены попарно друг над другом, причем длина участка, снабженного переточными трубопроводами, равна 0,5-0,75 от общей длины горизонтального участка.

На фиг. 1 изображен бак-сепаратор на подкрановых балкаху стен печного пролета; на фиг. 2 - коллектор пароводяной смеси с подводящими и отводящими трубопроводами; на фиг. 3 - горизонтальный участок тру- бопроводов пароводяной смеси, снабженный трубопроводами для перетока воды из верхнего трубопровода в нижний и пара из нижнего - в верхний; на фиг. 4 - горизонтальный участок трубопроводов,поперечный разрез.

Устройство содержит сепаратор 1 для разделения пара и воды, коллектор 2 пароводяной смеси, обьединяющий трубопроводы 3 от охлаждаемых элементов 4 сталеплавильной печи 5 и трубопроводы 6 с вертикальными и горизонтальными участками для отвода пароводяной смеси из коллектора 2 в сепаратор 1, трубопроводы 7 подачи воды от сепаратора 1 к охлаждаемым элементам 4.

Трубопроводы б выполнены в виде системы четного количества труб с внутренним диаметром, не превышающим по величине наименьший внутренний диаметр трубопроводов подвода пароводяной смеси от охлаждаемых элементов 4, печи 5 к коллектору 2; на горизонтальном участке перед сепаратором 1 трубопроводы 6 установлены попарно и в каждой паре расположены на разных уровнях по высоте; трубопроводы 6 на участке, равном 0,5-0,75 общей длины их горизонтального участка, снабжены трубопроводами 8 для перетока воды из верхнего трубопровода в нижний и пара из нижнего - в верхний.

Устройство работает следующим образом.

Пароводяную смесь от охлаждаемых элементов 4 печи 5 по подъемным трубопроводам 3 направляют в коллектор 2, при этом тепловые напряжения на элементы печи изменяются в 10-20 раз в зависимости от целостности футеровки на охлаждаемых элементах и режимов работы печи, что в таких же пределах вызывает изменение содержания пара в пароводяной смеси и солей в нем.

Пароводяная смесь при прохождении по горизонтальному участку коллектора 2 смешивается, выравнивая содержание пара в пароводяной смеси, при этом общее колебание содержания пара в пароводяной,сме- си снижается до минимального.

Усредненную пароводяную смесь из коллектора 2 направляют по вертикальным участкам трубопроводов 6, выполненным в виде системы четного количества труб с равным ме.ждувнутренним диаметром, например 150 мм (dHap 159 мм), что не позволяет паровой смеси расслоиться при движении вверх; при этом исключается движение пара по центру а воды - по периферии труб.

При изменении направления движения пароводяной смеси с вертикального участка на горизонтальный, часть воды отжимается под действием центробежных сил к верхней части трубопровода 6.

При движении пароводяной смеси по двум горизонтальным трубопроводам 6. расположенных на разных уровнях, вода возвращается вниз через слой пара под действием гравитационных сил. при этом равновесие достигается на участке I, равном 10 диаметров трубопровода при минимальной производительности системы испарительного охлаждения печи 6 Гкал/г и 40 диаметров - при максимальной паро- производительности - 8 Гкал/г (солесодер- жание воды до 2000 кг/кг). Далее установлены трубы для перетока воды из верхнего трубопровода в нижний и пара из нижнего - в верхний. Длина этого участка составляет 0,5-0.75 общей длины горизонтального участка трубопроводов.

В нижней части каждой горизонтальной трубы образуется слой воды при всех режимах работы печи, который по трубам 8 перетекает из верхнего трубопровода в нижний, вытесняя пар из нижнего трубопровода в верхний, при этом перемещение потоков пара и воды заканчивается на участке, равном 0,75 от общей длины горизонтальной части трубопроводов 6. Затем пар движется по верхнему, а вода - по нижнему трубопроводам б и далее поступают в сепаратор 1, где поток воды оказывается под паровым потоком, что позволяет осуществлять сепарацию пара при минимальном содержании воды и обеспечивать высокое количество пара с минимальным солесодержанием. позволяющее использовать его в полном объеме в энергетическом хозяйстве комбината.

Выбор оптимальной длины горизонтального участка, на котором устанавливают трубопроводы для перетока воды из верхнего трубопровода в нижний, а пара из нижнего в верхний, поясняется таблицей. В качестве известного устройства взят

сепаратор пара котлов-утилизаторов, работающий при постоянной тепловой нагрузке. Все существующие системы испарительного охлаждения не могут быть взяты в качестве аналога, так как в них нигде пар не

перегревается.

Определяющим параметром при выборе расстояния между крайними переточными трубами взято солесодержание насыщенного пара после сепаратора.

При расстоянии между крайними переточными трубами 11 м (0.42L. I вариант) в пароводяной смеси еще велико содержание воды, так как на этой части горизонтального участка еще не вся вода перешла из верхнего трубопровода в нижний, а пар - в верхний, а потому солесодержание насыщенного пара велико (1.8 мг/кг).

В II, III, IV вариантах переточные трубы установлены на участке, равном 0,5-0.75

общей длины горизонтального участка здесь отмечено снижение солесодержа- ния пара с 0,9 мг/кг до постоянной величины 0,28 мг/кг, т.е. на участке более 0,75 общей длины горизонтальной части устанавливать трубы для перетока воды и пара нецелесообразно, так как разделение пара и воды достаточное и солесодержание остается постоянным.

Использование отличительных признаков предлагаемого устройства позволяет осуществить высококачественную сепарацию, которая необходима для перегрева пара и возможности дальнейшего использования в энергохозяйстве комбината.

Наличие горизонтального участка трубопроводов позволяет расположить сепаратор на подкрановых балках у стен печного пролета цеха, где наименьшая загазованность, и распо .ожить опускные трубы под

рабочей площадкой, не загромождая проход в районе центральных подкрановых балок, т.е. повысить безопасность обслуживания.

Кроме того, в предлагаемом устройстве

диаметр сепаратора не превышает 430 мм (в то время, как известные сепараторы имеют диаметр 1500-2500 мм), меньше его вес. что позволяет разместить его внутри цеха, избежать затраты на строительство галерей

для сепараторов, исключить затраты на усиление колонн здания.

Использование предлагаемого устройства позволяет полностью использовать пар СИО, исключить выбросы его в атмосферу и

дополнительно вырабатывать дефицитное тепло (вторичные энергоресурсы). Формула изобретения Устройство испарительного охлаждения сталеплавильной печи, содержащее сепаратор для разделения пара и воды, коллектор пароводяной смеси, трубопроводы от коллектора к сепаратору имеющие вертикальные и горизонтальные участки, а также трубопроводы подачи воды от сепаратора к охлажденным элементам и трубопровод отвода пара от сепаратора, отличающееся тем, что, с целью снижения капитальных затрат за счет уменьшения габаритов устройства, оно снабжено переточными трубопроводами, соединяющими горизонтальные участки трубопроводов от коллектора к сепаратору, которые расположены попарно друг над другом, причем длина участка, снабженного переточными трубопроводами, равна 0,5-0,75 от общей длины горизонтального участка.

Оъг i

Фиг 2

I b--()L

fr

JiSMQnTCtf

Редактор Н.Рогулич

Техред М.Моргентал

Заказ 2564ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного-комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССг 113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., 4/5

Производственно-изд тельский комбинат Патент, г Ужгород, ул Гагарина, 101

9и&,4

Корректор Т.Палий