§ 25. Оборудование воздухонагревателей
В современных доменных печах в целях интенсификации процессов горения и экономии топлива подаваемый в печь воздух нагревается в регенеративных воздухонагревателях до температуры 1100-1200°.
Воздухонагреватель. Воздухонагреватель (рис. 64) представляет собой аппарат цилиндрической формы сварной конструкции, высотой до 50 м и диаметром до 9 м, изготовленный из листовой стали.
В этих аппаратах рабочим элементом является огнеупорная насадка, которая периодически нагревается продуктами сгорания доменного газа и затем отдает аккумулированное тепло пропускаемому через насадку воздуху.
Доменный газ сжигается в нижней части камеры горения. Продукты сгорания поднимаются по шахте камеры горения под купол аппарата, где изменяют свое направление движения на 180° и опускаются вниз по вертикальным каналам насадки, отдавая при этом тепло насадочному кирпичу, после чего охлажденные продукты сгорания отводятся через поднасадочное пространство в боров и дымовую трубу. Нагреваемый воздух пропускается через насадку в обратном направлении, т. е. через поднасадочное пространство, насадку, шахту камеры горения, трубопровод горячего воздуха и далее в печь. Обычно аппарат работает на нагрев дутья около 1 ч, а разогрев насадки длится около 2 ч. Поэтому для бесперебойной подачи горячего воздуха с оптимальной температурой (1100-1200°С) необходимо иметь не менее трех воздухонагревателей на одну доменную печь. Перевод воздухонагревателей с «газа» (нагрев насадки) на «дутье» (нагрев воздуха) и с «дутья» на «газ» осуществляется автоматически системой клапанов, с помощью которых каждый аппарат может быть подключен к воздухопроводам холодного и горячего дутья, либо к газовой горелке и борову дымохода.
Рис. 64. Расположение оборудования воздухонагревателей:
1 – перепускной клапан; 2 – клапан холодного дутья; 3 – электрическая таль; 4 – отсечной клапан газовой горелки; 5 – газовая горелка; 6 – электромостовой однобалочный кран; 7 – воздухонагреватель; 8 – дымовой клапан
Для огнеупорной кладки стен и насадки применяют шамотный кирпич, верхнюю часть насадки иногда выполняют из динасового кирпича. В целях уменьшения тепловых потерь между кожухом аппарата и кладкой наружных стен оставляют пространство в 100-120 мм, которое заполняют изоляционным материалом.
На нагрев воздушного дутья обычно расходуется от 15 до 25% всего выдаваемого доменной печью газа.
В
последнее время в целях повышения
температуры воздуха, вдуваемого в
доменную печь, строят воздухонагреватели
с выносными камерами горения, позволяющими
нагревать воздух до 1400°С.
Рис.65. Клапан перепускной
Клапан перепускной. Клапан предназначен для снижения давления воздуха в воздухонагревателе при переводе его «с дутья» «на газ», что необходимо для выравнивания давления по обе стороны диска дымового клапана (перед его открыванием) и облегчения его открывания.
На рис. 65 представлена конструкция клапана перепускного диаметром 500 мм, состоящего из стального корпуса 1, к которому прикреплено съемное седло 2; тарелки клапана 3, неподвижно закрепленной на штоке, имеющем зубчатую рейку. На корпусе клапана смонтированы: глобоидно-червячный редуктор 4, фланцевый электродвигатель 5, командоаппарат 6 и конечный выключатель ручного привода 7.
Перемещение штока клапана при открывании и закрывании клапана осуществляется двухступенчатым червячным редуктором 4. На выходном валу редуктора насажен кривошип 8, который, вращаясь, через тягу 9 и кривошип 10 передает вращение вал-шестерне, входящей в зацепление с зубчатой рейкой штока клапана. Шток клапана соединен с рейкой спиральной пружиной, которая смягчает удар при закрывании клапана.
При отсутствии электроэнергии привод клапана может быть приведен в действие при помощи маховичка. Конечным выключателем 7 осуществляется блокировка, исключающая пуск двигателя при управлении клапаном вручную. Все узлы трения валов редуктора клапана и рычажной системы снабжены подшипниками качения.
Клапан холодного дутья. Он предназначен для отделения воздухопровода холодного дутья от воздухонагревателя при его переводе «на газ».
На рис. 66 представлена конструкция клапана холодного дутья, который состоит из корпуса 1, задвижки 2, зубчатой рейки 4, перепускной задвижки 3. Зубчатая рейка получает движение от шестерни 5, насаженной на вал 6, соединенный с выходным валом редуктора 9 гибкой муфтой 7.
При открывании клапана вначале перемещается малая задвижка 3, открывая перепускное отверстие. После некоторой выдержки, необходимой для наполнения воздухонагревателя воздухом, получает движение большая задвижка 2, открывая клапан на полное проходное отверстие. Ход задвижки указывается специальным штоком, связанным с задвижкой, имеющим стрелку и шкалу.
Открывание и закрывание клапана осуществляется при помощи червячного редуктора 9, имеющего специальный дифференциал, дающий возможность работать как от электродвигателя 8, так и вручную при помощи цепного колеса 10 и цепи 11.
В целях предотвращения ударов задвижки при закрывании в корпусе клапана предусмотрен пружинный буфер 12.
Выключение электродвигателя при достижении крайних положений заслонки осуществляется командоаппаратом 14. Электродвигатель и редуктор связаны муфтой предельного крутящего момента, которая также служит тормозным шкивом колодочного тормоза 13.
Смазка подшипников вала клапана, седла и направляющих пазов заслонки, зубчатого зацепления с рейкой, сальниковых уплотнений вала и штанги – густая централизованная, зубчатых зацеплений редуктора – жидкая картерная, муфты предельного момента – густая шприцем.
Клапаны холодного дутья выпускаются четырех типоразмеров.
Рис. 66. Клапан холодного дутья
Клапан горячего дутья. Этот клапан предназначен для отделения воздухонагревателя от воздухопровода горячего дутья при работе воздухонагревателя в режиме «на газе».
На рис. 67 представлен разрез клапана горячего дутья диаметром 1100 мм. Клапан состоит из литого стального охлаждаемого водой корпуса 2, крышки 1, предназначенной для захода запирающего диска 4 при открывании клапана. Диск изготовлен из двух штампованных из листовой котельной стали половин, сваренных по вертикали. Внутри диска установлены спиральные перегородки, направляющие входящую воду сначала по ободу диска, работающего в наиболее тяжелых температурных условиях, затем в середину диска и далее на выход.
Диск подвешен на двух трубах 6, по которым подводится и отводится вода для охлаждения. Трубы в корпусе клапана уплотняются при помощи сальникового уплотнения, находящегося в стакане со сферическим основанием, позволяющим самоцентрироваться.
В закрытом положении клапана запорный диск 4 находится между двумя уплотняющими кольцами (седлами) 3, которые также охлаждаются водой. Подвод воды для уплотняющих колец осуществляется при помощи штуцеров, проходящих в корпусе клапана через сальниковые уплотнения.
Уплотняющие кольца также изготовляют штампованными из двух половин из листовой котельной стали с последующей сваркой по ободу. Внутренняя полость колец двумя перегородками разделена на две симметричные относительно вертикальной плоскости клапана части с самостоятельным подводом воды в каждую. Наружные поверхности колец 3 и диска 4 в целях повышения их жаростойкости подвергают обработке – алитированию методом диффузии.
Корпус клапана 2 по окружности фланцев имеет охлаждаемые полости, которые образованы обечайками с кольцевыми гофрами, выполняющими роль компенсаторов при температурных удлинениях.
Клапан может работать как с водяным, так и испарительным охлаждением. При работе клапана с водяным охлаждением внутренняя часть диска имеет спиралеобразные направляющие, как было указано ранее. При работе клапана с испарительным охлаждением внутренняя часть диска имеет одну боковую внутреннюю перегородку, направляющую поток пароводяной смеси в нижнюю часть. Вся остальная часть диска внутри укреплена от прогиба и раздутья цилиндрическими распорками, приваренными к вертикальным стенкам диска через сверленые отверстия. В нижней части корпуса 2 установлен продувной штуцер с краном для возможной выдувки, скопившейся между кольцами 3 частиц пыли и огнеупорной кладки.
Фланцы 5 воздухопровода горячего дутья, примыкающие к клапану, изготовляют стальными литыми с полостями для водяного охлаждения.
Охлаждающая жидкость в клапаны с водяным охлаждением подводится при помощи резиновых рукавов, а в клапаны с испарительным охлаждением – при помощи гибких металлических рукавов.
Открывание и закрывание клапана горячего дутья осуществляется при помощи электрического привода. Клапаны горячего дутья изготовляют трех типоразмеров: 900, 1100 и 1300 мм.
Рис.67.Клапан горячего дутья
Горелка газовая. Горелка газовая с индивидуальным вентилятором предназначена для смешивания и принудительной подачи газа и воздуха в камеру горения воздухонагревателя.
Горелку устанавливают на железобетонном полу помещения воздухонагревателей в непосредственной близости от последних.
Рис. 68. Горелка газовая
На рис. 68 представлен общий вид горелки с производительностью 60000 м3/ч.
Основными узлами горелки являются: корпус 1, патрубок 2, соединяющий корпус горелки с вентилятором, центробежный вентилятор 5. Количество подаваемого вентилятором воздуха регулируется секторной заслонкой 4, установленной на всасывающем патрубке вентилятора и приводимой в движение автоматически при помощи кривошипного исполнительного механизма 8 через тягу 3. Исполнительный механизм электрически связан с командоаппаратом.
Передняя часть корпуса имеет фланец, к которому прикрепляют отсечной клапан, другой стороной указанный клапан присоединяют к штуцеру воздухонагревателя. В нижней части корпуса предусмотрен конический приемник 10 для сбора и удаления конденсата и шлама, выпадающих из газа при прохождении его через горелку.
Для ревизии очистки и промывки внутренней полости корпуса с обеих его сторон имеются люки 9, закрываемые на резиновых прокладках.
Сочленение корпуса горелки с фланцем 11 герметизировано при помощи сальникового уплотнения, что позволяет компенсировать некоторые неточности установки горелки относительно воздухонагревателя и температурные удлинения корпуса горелки и отсечного клапана.
Вентилятор для горелки принят консольного типа сварной конструкции. Ротор вентилятора вращается на двух подшипниках качения, расположенных в общем удлиненном корпусе и соединенном с электромотором гибкой соединительной муфтой. Процессы зажигания и горения газа в камере горения воздухонагревателя контролируются радиационным пирометром, установленным на патрубке 2, и фотореле 7. Для наблюдения за факелом горения в корпусе вентилятора имеется гляделка 6.
Подвод газа к горелке осуществляется сверху через клапан дроссельный, электрифицированный для газа.
Смазка подшипников вала рабочего колеса вентилятора – жидкая заливная.
Горелки изготовляют четырех типоразмеров в левом и правом исполнении.
Клапан дымовой. Клапан предназначен для отделения воздухонагревателя от дымохода при режиме работы воздухонагревателя «на дутье». При работе воздухонагревателя в режиме «на газе» или «на тяге» клапан находится в открытом положении.
На рис. 69 представлен общий вид клапана дымового. Клапан устанавливают в непосредственной близости от воздухонагревателя.
Клапан состоит из следующих основных элементов: стального корпуса 1, крышки 2, охлаждаемого чугунного седла 3 с залитыми стальными трубами, запорного диска (тарели) 4, шарнирно соединенного с рычагом и закрепленного на оси 5, на которую насажен рычаг 6 с приводным канатом 14. Ось установлена в корпусе клапана в сальниковых уплотнениях и вращается в подшипниках качения снаружи корпуса клапана (на рисунке не показаны).
Привод клапана устанавливают на отдельной металлической опоре 8. Он состоит из электродвигателя 9, фрикционного барабана 10, редуктора цилиндрического двухступенчатого 11. Входной вал редуктора соединен с валом электродвигателя муфтой, одна полумуфта которой является тормозным шкивом колодочного тормоза 12. Командоаппарат привода 7 связан гибкой муфтой с осью 5.
Для
ручного управления предусмотрено
устройство, позволяющее управлять
клапаном при помощи штурвала 13.
Рис. 69. Дымовой клапан
Привод с клапаном связан канатом 14, навитым двумя витками на фрикционный барабан 10. Один конец каната прикреплен к противовесу 15, а второй – к рычагу 6.
При замене водоохлаждаемого седла во время ремонта фланцы, разжимаются винтовыми домкратами.
Клапаны дымовые изготовляют трех типоразмеров: 900, 1100 и 1300 мм.
Клапан дроссельный электрифицированный для газа. Клапан предназначен для автоматического регулирования количества доменного газа, подаваемого в газовую горелку воздухонагревателя. Клапан служит также для аварийного отключения газа в случае непредвиденного прекращения подачи электроэнергии к вентилятору горелки. Клапан устанавливают на вертикальном участке газопровода, идущего к горелке.
На рис.70 представлена схема дроссельного электрифицированного клапана для газа.
Клапан состоит из стального корпуса 1, стального дросселя 2, неподвижно закрепленного на удлиненной части выходного вала редуктора 4.
Регулирование расхода газа осуществляется поворотом вала дросселя, приводимого от электродвигателя 3 через червячный двухступенчатый редуктор 4.
На корпусе редуктора закреплены с одной стороны груз 5, с противоположной – лапа 6, которая при нормальной работе горелки притягивается к электромагниту 7, прикрепленному к корпусу клапана и удерживающему привод в неподвижном состоянии при открытом клапане.
Для хорошей герметизации клапана в закрытом положении внутренняя часть корпуса клапана покрыта слоем листовой резины 8. При обесточивании системы газовой горелки для предотвращения взрывов газа внутри воздухонагревателя происходит немедленное автоматическое перекрытие клапана дросселем и прекращение подачи газа. В данном случае происходит размагничивание электромагнита 7, и лапа 6 под действием контргруза и веса электродвигателя поворачивается вместе с дросселем до момента упора дросселя в резиновую обкладку. В положении «клапан открыт» электромагнит 7 находится под током, лапа 6 притянута к электромагниту 7, редуктор 4 с грузом 5 и электродвигателем 3 удерживаются электромагнитом в определенном положении относительно корпуса клапана. При этом положении вал дросселя 2 при помощи электродвигателя и редуктора устанавливается в том или ином положении, регулируя количество газа, поступающего в газовую горелку.
Для того, чтобы закрыть клапан, электродвигатель включают на закрытие. Вал дросселя, проворачиваясь, уменьшает проходное сечение, и в момент, когда вал не доходит до упора в корпусе клапана на 4-2°, электродвигатель выключается командоаппаратом 10 (через кинематический редуктор 9), электромагнит 7 обесточивается, редуктор с грузом и электродвигателем под действием их веса создают момент, поворачивая вал дросселя до упора последнего в резиновую обкладку корпуса клапана.
Для того чтобы открыть клапан, необходимо сначала включить электродвигатель на закрывание дросселя. Вследствие того, что дроссель уперт в резиновую обкладку корпуса, он остается неподвижным, а редуктор обкатывается по червячному колесу, закрепленному на валу дросселя, и лапа 6 приближается к электромагниту 7. В момент, когда лапа не дошла до электромагнита на 1°, электродвигатель выключается конечным выключателем 11, в электромагнит подается электрический ток, и он притягивает к себе лапу 6, поворачивая при этом также редуктор с электродвигателем, вал дросселя и дроссель на угол 1°. Дроссель при этом открывается на тот же угол. Другой конечный выключатель (на рисунке не показан) дает возможность включать электродвигатель на открывание клапана для автоматического регулирования расхода газа в горелку.
К валу редуктора присоединен сельсин-датчик 12, который синхронно передает на пульт управления данные о положении дросселя в корпусе клапана.
Для визуального наблюдения за положением дросселя на корпусе клапана закреплен циферблат 13, а на валу дросселя – стрелка 14. Привод клапана может быть приведен (в аварийных случаях) в действие вручную от маховичка, который при необходимости надевается на нижний выступающий конец быстроходного вала редуктора 4. При нормальной работе маховичок подвешен на рычаге конечного выключателя (на рисунке не показан). Это устройство в целях безопасности не позволяет электрически включать привод при работе его вручную.
Все узлы трения механизмов клапана оборудованы подшипниками качения. Смазка подшипников вала клапана, подшипников скольжения кинематического редуктора и верхней опоры привода – густая централизованная; подшипников качения нижних опор редуктора и зубчатых зацеплений, зубчатых зацеплений и подшипников качения кинематического редуктора – жидкая картерная.
Клапаны
дроссельные электрифицированные для
газа изготовляют двух
типоразмеров: 1100 и 1300 мм.
Рис.
70. Клапан дроссельный электрифицированный
для газа
Как уже ранее было сказано, на современных металлургических предприятиях получаемый доменный газ подвергается трехступенчатой очистке.
Грубая очистка доменного газа осуществляется в первичном сухом пылеуловителе. Пылеуловитель-аппарат цилиндрической формы с коническим дном и куполом, к центру купола через отсекающий клапан, подводится газ от колошника доменной печи. Газ по вертикальной трубе направляется вниз, затем меняет направление и движется вверх, оставляя при этом все крупные частицы пыли на коническом днище пылеуловителя.
В сухом пылеуловителе осаждается до 50-80% пыли, содержащейся в газе.
После очистки в сухом пылеуловителе остается до 12 г/м3 пыли и газ направляется для дальнейшей очистки в мокрый скруббер. Пылеуловитель оборудован снизу пылевым клапаном и винтовым транспортером для увлажнения и выдачи пыли в железнодорожные вагоны. В-целях увеличения срока службы пылеуловителя его стенки изнутри футерованы огнеупорным кирпичом.
Клапан отсекающий. Клапан предназначен для отделения пылеуловителя от газопровода грязного газа, идущего от колошника доменой печи.
На рис. 71 приведена конструкция отсекающего клапана.
Основными элементами клапана являются: опорное кольцо 1, прикрепленное к корпусу клапана 6; стальное седло 10, закрепленное болтами на опорном кольце, два запирающих конуса 8 и 9, штанга 7 с сальниковым уплотнением 2. Кроме сальникового уплотнения, на штанге установлено лабиринтно-паровое уплотнение 3 с паровым противодутьем 4.
Для проведения ревизии клапана и его ремонта в корпусе клапана предусмотрены люк и съемная крышка 5.
С целью увеличения срока службы клапана стенки последнего футеруют стальными листами. При закрытом клапане в пространство между конусами подается пар под давлением, превышающем давление газа в несколько раз, этим предотвращается прорыв газа через конусы и их износ от пыли.
Подъем клапана (открывание) осуществляется при помощи лебедки и двухблочного полиспаста, закрепленного за штангу клапана. При наматывании каната на барабан лебедки происходит открывание клапана.
Лебедка для управления отсечным клапаном имеет червячный редуктор, одну ступень открытой зубчатой передачи, командоаппарат, колодочный электротормоз и ручной привод.
Рис.71. Клапан отсекающий
Транспортер винтовой. Транспортер предназначен для увлажнения и выдачи колошниковой пыли из пылеуловителя доменной печи, в специальные железнодорожные вагоны.
На рис. 72 представлена конструкция винтового транспортера вместе с листовой задвижкой и пылевым клапаном.
Собственно винтовой транспортер состоит из двух выдающих винтов 1 с правым и левым направлением лопастей. Винты вращаются в корытообразном желобе 2, передвигая при этом увлажненную пыль. Оба винта и желоб помещены в герметичный корпус 3. Каждый винт состоит из отдельных секций, собранных на валу 4, и закрепленных круглой гайкой 5. Концевые секции винта, находящиеся против выгрузочного патрубка, имеют обратное направление лопастей, необходимое для того, чтобы не создавать давление увлажненной пыли на правую крышку корпуса транспортера. Места выхода винтов из корпуса герметизированы сальниковыми уплотнениями 5.
Осевое давление винтов воспринимается упорной стойкой 6, имеющей опорно-упорные подшипники качения и уплотнение 9.
Винты проводятся от электродвигателя 10 через двухступенчатый редуктор 11 и шестеренную клеть 7. Валы электродвигателя, двухступенчатого редуктора и шестеренной клети связаны зубчатыми муфтами 12. В.алы редуктора и шестеренной клети вращаются на подшипниках качения и имеют уплотнения от пыли.
Для увлажнения пыли сверху корпуса на каждый винт установлено по четыре форсунки 13. Все узлы транспортера смонтированы на общей раме 14.
Клапан пылевой. Клапан предназначен для открывания выпускного отверстия пылеуловителя во время выпуска колошниковой пыли в железнодорожные вагоны. Клапан состоит из стального литого корпуса 15 (см. рис. 72), съемной горловины клапана седла 16, тарелки клапана 17, соединенной при помощи шарового соединения с рычагом 18 и оси 19. Рычаг 18 закреплен на оси 19, на концах которой установлены рычаги с грузами 20, Ось 19 герметизирована от прорыва газов и пыли сальниковыми уплотнениями 21.
Управление пылевым клапаном осуществляется при помощи электрической лебедки, связанной с клапаном канатом, один конец которого закреплен в траверсе, соединяющей рычаги грузов и второй конец на барабане лебедки. Лебедка оснащена командоаппаратом для отключения привода в конечных положениях клапана.
Задвижка листовая 23 (см. рис. 72) предназначена для отсечки винтового транспортера при ремонтных работах или же при замене транспортера полным узлом. Задвижка состоит из следующих узлов: разъемного корпуса 22, листовой задвижки 23, стяжных стержней 24 и стяжных клиньев 25. Полутонкая очистка газа осуществляется в скрубберах для мокрой очистки. Скрубберы удаляют до 80-90% пыли из газа, прошедшего сухие пылеуловители. Скруббер представляет собой аппарат цилиндрической формы диаметром 6-7 м и высотой 17-22 м с коническим дном. Внутри скруббера устанавливают 3-4 яруса деревянных насадок (решеток) хордового типа, предназначенных для разделения потока газа на отдельные струи и создания большой поверхности смачивания, на которой осаждается пыль, смываемая затем водой. Насадка орошается водой посредством форсунок, установленных над каждым ярусом насадки.
Насадку (решетку) изготавливают из строганных досок толщиной 10-15 мм и высотой 150 мм, поставленных на ребро. При установке решеток в скруббер ряды досок смещают один относительно другого на 45°.
В скруббер газ подается снизу и, проходя через деревянные насадки, обильно орошается сверху водой из форсунок, при этом газ охлаждается и очищается, а осевшая на насадках колошниковая пыль смывается водой. В результате очистки газа в скруббере в газе остается не более 1,8 г/м3 пыли. Загрязненная вода из скруббера через водяной затвор, находящийся в нижней части аппарата, выдается в желоб и направляется далее в отстойник. Из скруббера газ направляется для последующей тонкой очистки.
Рис. 72 Транспортер винтовой