Устройство испарительного охлаждения доменных печей Советский патент 1982 года по МПК C21B7/10 

(54) УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ Изобретение относится к металлургической промышленности, а более конкрет но, к устройствам, предназначенньпм для охлаждения доменных печей. Известны устройства, предназначенны для испарительного охлаждения отдельных деталей и узлов металпургических печей, состоящих из баков-сепараторов, спускных к подъемных коллекторов и охлаждаемых элементов. При застоях ци1 куляции воды в них используются различные побудители циркуляции, например компрессорный воздух, вводимый в колле торы подъемных труб Ц . Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы. Наиболее близким к .предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является устройство испари тельного охлаждения доменных, печей, включающее бак-сепаратор с труб4ми подачи питательной воды и увода пара, спускные и подъемные коллекторы, соеди ненные с охлаждающими элементами, штуle pa подачи газа в подъемный к ллекгорр;. Во время работы известного устрой- ст-ва в подъемные коллекторы подают воздух или азот, которые перед поступлением в коллекторы гфоходят через пориотую насадку и разбиваются на отдель ные мтжроскопические струйки,, в результате чего газ с одной стороны интенсивно растворяется в воде, а с другой - образует с неГ; водогазовую эмульсию, удельный вес которой значительно меньше удельного веса чистой воды. Но так как в системах испарительного охлаждения движение охлаждаемого потока обулов- ливаеття разностью удельных весов в контуре бак - сепаратор - спускной коллектор и пароводяной смеси в контуре охлаждаемый элемент - подъемный кол-лектор, то чем больше разность, тем больще циркуляционшый расход. . В циркуляционный контур известной системы испарительного охлаждения доменных печей вводят сжатый воздух или азот, на крм примирование которых затрачивается электроэнергия, а для подвода строят. дополнительные коммуникации. KpoM€f того, ввод в систему испарительного охлаждения газа,- особенно воздуха, в котором содержится кислоро приводит к интенсификации ряда нежелательных -процессов, например коррозии поверхностей охлаждения, что значительн сокращает срок оборудования. В аналогичных энергетических установках (например, котельных) производится деа рация питательной воды с целью удалени кислорода и других газов. Поэтому созна тельный ввод газа в систему испаритель него охлаждения является серьезным недостатком известного способа. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство испарительного охлаждения доменных печей, включающее баксепаратор с трубами, подачи питательной воды и отвода пара , спускные и подъемные коллекторы, соединенные с охлаждаю щими элементами, штуцера подачи газа в подъемный коллектор, снабжено инжект ром воды, установленным над выходом pitycKHoro коллектора из бака-сепаратора и соединенным с трубой подачи пита- цельной воды, инжектором пара, установ ленным на входе подъемного коллектора в бак-сепаратор и соединенным, с тру бой подачи пара от баков-сепараторов воздухонагревателей Доменных печей. На нертеже изображена принципиальная схема предлагаемой системы испарительного охлаждения. 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 которог 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 10, соединен ный с паропроводом баков-сепараторов, установленных на воздухонагревателях д менной печи. Устройство испарительного охлаждени доменных печей работает следующим образом. Система бак-сепаратор - спускной коллектор - охлаждаемые элементы подъемный коллектор заполнена водой. По мере разогрева печи водав охлаждаемых элементах 4 начинает нагреваться, 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 . 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 прогревается и вскипает, пароводяную смесь выбрасывает в бак-сепаратор с частотой, увеличивающейся по мере роста тепловой нагрузки. Возникает второй, так назыг ваемый пульсапионный период, когда циркуляция воды в системе носит пульсационный характер и отклонение величины циркуляционного расхода от среднего значения составляет 50-70%. Дальнейшее возрастание тепловых нагрузок приводит к установившемуся режиму естественной циркуляции. Это третий стационарный режим естественной циркуляции, когда пульсация циркуляционного расхода не превышает 1О-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 к кожухом). Для него характерны два Противоречивых момента,., во-первых, увеличивается паросодержание, способствук щее увеличению расхода циркуляционной воды, во-вторых, растет гидравлическое сопротивление тракта, способствующее снижению циркуляционного расхода. В первых трех периодах превалирует первый фактор, в четвертом - второй. Поэтому средняя величина циркуляционного расхода падает. Возможен эффект опрокидывания, когда циркуляция пойдет по контуру , а так как выходной .конец подъемного коллектора 3 расположен 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 системе испарительного охлаждения питательная вода через рабочее сопло 6 инжектора 5 йодается в спускной коллектор 2. Выходя из сопла с большой скоростью, она захватывает и увлекает с со бой частицы циркулирующей воды. В результате циркуляционный расход воды воз растает и эффективность охлаждения увеличивается. Аналогичный результат проио ходит и при подаче по трубопроводу 10 пара из бако -сепараторов системы испарительного охлаждения воздухонагревателей в рабочее сопло 9 инжектора 8. В эти периоды достаточно включения одного из этих побудителей увеличения 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 количесгво питательной воды, подаваемой по трубопроводу 10, ограничено допустимым уровнем воды в баке-сепараторе 1 и ее расход ограничен этим уровнем. При увеличенных расходах в контуре 9-8-6 возникает опасность разрыва сплошности потока охлаждающей воды (пароводяной сме си) в контуре 4-3, что недопустимо. Поэтому для перевода испарительной системы охлаждения доменных печей, работаю щей в 4 периоде, на стационарный режим скоростей охлаждающей воды оптимальной является одновременная работа предлагае мых побудителей расхода. Таким образом, установка инжекторов на спускном и подъемном стояках циркуляционного контура системы испарительно го охлаждения и использования в качестве побудителей, циркуляционного расхода питательной воды и пара, взятого to сис темы испарительного охлаждения воздухонагревателей, повышает эффективность охлаждения. Отсутствие кислорода в охладителе приводит к прекращению или значительному сниженгпо коррозии оборудования, что повышает стойкость, а значит и длительность работы печи. Кроме того, в приведенных выше известных устройствах питательная вода подается непосреа- ственно в бактсепаратор 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 заключает ся 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 кз заводской сети, и установка циркуляционных насосов. Это дорогостоящие мероприятия, связанные с затратами электрической (компримировавие 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 подпнточная 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 воо 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, работающих на испарительном охлаждении.

Экономическая эффективность изобретения заключается Б экономии энергии и капитальных затрат на дополнительные коммуникацин.

Так, для печи объемом 2000 м экономическая эффективность от применения предлагаемой системы испарительного охлаждения доменных печей и системы, оборудованной циркуляционными насосами, составляет ISOOO+I 80 х ЗбОх 2х Х24х 0,02+10000 59000 руб/год, где

18000 - стоимость насосной станции

I

для принудительной циркуляции охлаждени

руб.;

180 - мощность насосной станции для принудительной циркуляции охлаждения, кВт,

360 - число дней работы циркуляционных насосов в году, 24 - количество ч в сут, О,02 - стоимость 1 кВт энергии, руб Предлагаемая система испарительного охлаждения доменных печей используется для охлаждения металлургических агрега-тов с испарительной системой охлаждения и имеющих несколько (два и более) автономных узлов охлаждения с различным . ..давлением пара в баках-сепараторах.

Формула изобретении

Устройство испарительного охлаждения доменных печей, включающее баксепаратор с трубами подачи питательной воды и отвода пара, подъемные и спускные коллекторы, соединенные с охлаждающими элементами, щтуцера подачи газа в подъемный коллектор, отличающееся 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

соепиненного с трубой подачи пара

и

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 № 21О1243, кл. С 21 В 7/10, 1972.

L.