книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники

к. п. д. довольно низок и составляет 50—60%. Они харак­ теризуются большим расходом металла (7—8 т металла на 1 т пара) и малым паросъемом с 1 м2 поверхности на­ грева, равным 12 кг/(м2-ч). Максимальное давление по­ лучаемого пара не превышает 150 н/см2, или 15 ат. Они

\^Д ы н о в ы е га зы

Рис. 72. Схема газотрубного котла-утилизатора:

I — дымогарные трубы; 2 — пароперегреватель

Рис. 73. Схема водотрубного котла-утилизатора

быстро заносятся пылью и, следовательно, непригодны для работы на запыленных дымовых газах.

Максимальное расчетное количество газов, которое может пройти через котел, для КУ-16 составляет 16000, а для КУ-40 40000 м3/ч. Максимальная производитель­ ность равна соответственно 3,0 и 7,0 т/ч пара.

Температура дымовых газов на входе в котел не

должна превышать 600° С. Температура вырабатываемо­ го пара равна 250° С. К преимуществам газотрубных кот­ лов-утилизаторов следует отнести простоту конструкции, компактность, надежность в работе, большую газоплот­ ность, отсутствие специальной обмуровки.

Принципиальная схема газотрубного котла-утилиза­ тора показана на рис. 72. В водотрубном котле-утилиза­ торе (рис. 73) по трубам движется вода, а не дымовые газы. В этих котлах предусмотрена естественная цирку­ ляция воды. Дымовые газы, омывая трубчатку 2, нагре­ вают протекающую по трубам воду, превращая ее в пар. Образовавшийся пар отводится из нижнего конца труб­ чатки и попадает в барабан котла 1. Из барабана пар может быть отведен в пароперегреватель 3 с целью по­ вышения его температуры. Трубчатка котла-утилизатора установлена наклонно к горизонту, благодаря чему вода, поступающая из барабана в верхний конец трубчатки, продвигается вдоль поверхности нагрева.

Водотрубные котлы-утилизаторы обеспечивают выра­ ботку пара 13—14 кг/(м2-ч), расход металла составляет 6—5 т на 1 т вырабатываемого пара. Они вполне удов­ летворительно работают при сильно запыленных газах.

Для печей средней и большой емкости применяют кот­ лы-утилизаторы с многократной принудительной цирку­ ляцией (МПЦ) воды.

Серийно выпускаются следующие типы котлов-утили­ заторов МПЦ: КУ-50 (садка печи 125—185 т); КУ-60-2

ка печи 800—1000 т). Эти котлы предназначены для вы­ работки так называемого энергетического пара, т. е. па­ ра, имеющего давление 180 Н/см2, или 18 ат, и 450 Н/см2, или 45 ат, температура которого соответственно 340 и 370° С. Пар таких параметров может быть использован для привода турбин коксовых эксгаустеров, турбокомп­ рессоров и турбовоздуходувок, турбогенераторов неболь­ шой мощности; для распыления мазута в форсунках и т. д.

Расчетная температура дымовых газов перед котлом составляет 600—650° С, а дымовых газов, выходящих из котла, 210° С. Расчетная производительность котлов составляет 9—28,2 т/ч. Расход металла составляет около 4,5 т на 1 т пара.

Поверхность нагрева в котлах-утилизаторах МПЦ

расположена в двух вертикальных газоходах (за исклю­ чением КУ-50, в котором вся поверхность нагрева нахо­ дится в горизонтальном газоходе).

Принципиальная схема котла-утилизатора с много­ кратной принудительной циркуляцией показана на рис. 74. Вода с помощью циркуляционного насоса 3 поступа­ ет из котельного барабана 2 в испарительные поверхно­ сти 5, расположенные в дымохо­

удаления растворенных в ней солей, которые осаждают­ ся на трубах и загрязняют их поверхность, ухудшая ус­ ловия теплообмена. Кроме того, вода подвергается деаэ­ рации, т. е. удалению растворенных в ней газов, главным образом кислорода и углекислого газа, которые вызыва­ ют коррозию труб котельных установок.

В процессе эксплуатации котлов-утилизаторов по­ верхность нагрева загрязняется осаждающейся на ней пылью, шлаком. Загрязнение труб приводит к уменьше­ нию производительности котла, увеличению его гидрав­ лического сопротивления, повышению температуры ухо­

дящих из котла газов. Чтобы это ликвидировать, при­ меняют следующие способы очистки поверхности на­ грева:

1) обмывку поверхности нагрева водой, подаваемой сверху по специальным обмывочным трубам. Расход во­ ды при этом составляет 10—15 м3 на 1 м2 живого сече­ ния газохода. Обмывку осуществляют через 4—5 суток в течение 2—5 ч при неработающем котле. Недостатком этого способа является сильная коррозия труб;

мощью вертикально опускаемых в газоход труб, снаб­ женных горизонтальными соплами. Обдувку выполняют ежесменно и она периодически чередуется с обмывкой водой;

3) очистку поверхности нагрева металлической дробью диаметром 3—7 мм. Расход дроби составляет 200—300 кг на 1 м2 живого сечения газохода.

В настоящее время разрабатывается очистка поверх­ ности с помощью ультразвука и специальных вибра­ торов.

Котлы-утилизаторы кислородных конвертеров

При кислородно-конвертерном производстве стали, который применяют все шире (в 1975 г. планируется вы­ плавить 30% всей стали этим способом), выделяется большое количество газов, нагретых до 1400—1800° С. Количество газов за плавку составляет, например, для 50-т конвертера 4000 м3; для 100-т 7700 м3; для 250-т 19500 м3. Особенностью работы кислородных конверте­ ров является периодичность их работы. Продолжитель­ ность всей плавки для различных конвертеров различна: для 50-т конвертера 32 мин; для 100-т 40—70 мин и 250-т 65—80 мин.

В состав конвертерных газов, выделяющихся в про­ цессе продувки чугуна кислородом, входит до 75—90% окиси углерода, которую можно дожигать и получать дополнительное количество тепла.

Конвертерные газы сильно запылены. Содержание пыли, основной составляющей которой являются окислы железа, может достигать 100—120 г/м3. Размеры частиц пыли 0,1—3 мкм.

Все указанные особенности предъявляют специфиче-

ские требования к конструкции котлов-утилизаторов для конвертеров.

Для конвертеров наиболее пригоден котел-утилиза­ тор с многократной принудительной циркуляцией. Та­ кие котлы могут работать по двум схемам:

1)с дожиганием окиси углерода;

2)без дожигания окиси углерода.

водяная смесь поступа­ ет в барабан котла 1, где разделяется на пар и воду. Во­

да снова подается в испарительные поверхности, а пар — к потребителю. Расход воды регулируется клапаном 3.

желых условий работы при цикличном режиме конвер­ тера не предусмотрен.

Между нижней частью подъемного газохода-камина и конвертером 7 предусмотрен зазор в 300 мм для обе­ спечения беспрепятственной кантовки конвертера. Вы­ сота камина 27 м; поверхность нагрева общей площадью

для обеспечения надежной работы требуется их охлаж­ дение.

Для снабжения цехов водой на заводах строят спе­ циальные водяные насосные станции, а одним из крите­ риев выбора площадки для вновь строящихся металлур­ гических заводов является наличие близко расположен­ ных больших запасов воды.

Рис. 76. Схема охлаждения холодной технической водой

Охлаждение деталей печей нужно для поддержания температуры их стенок в пределах, не допускающих раз­ рушение и износ материала, или создания температур­ ных условий, необходимых для образования защитной оболочки из шихтового материала (гарниссажа) у сте­ нок детали.

Все системы охлаждения металлургических печей мо­ жно разделить на пять групп:

1)охлаждение холодной технической водой;

2)охлаждение горячей химически очищенной водой;

3)испарительное охлаждение;

4)испарительное охлаждение в комплексе с исполь­ зованием тепла отходящих газов;

5)замкнутое охлаждение с парообразованием вне охлаждаемой детали.

Основным охлаждающим элементом (теплоносите­ лем) в указанных системах является вода или паро-во­ дяная смесь.

Сущность охлаждения холодной технической водой показана на рис. 76. Холодная неочищенная вода посту­ пает в охлаждаемую деталь, отбирает от ее стенок теп­ ло, нагреваясь при этом до 35—50° С. Нагрев воды до более высоких температур недопустим во избежание выпадения из нее солей и осаждения накипи на внут­ ренних стенках детали. Такая система требует больших расходов воды; кроме того, вследствие низкой темпера­ туры уходящей воды исключается возможность исполь­ зования ее тепла.

Сущность метода охлаждения горячей химически очищенной водой показана на рис. 77. Химически очи­ щенная вода начальной температурой 70°С поступает в охлаждаемую деталь и, отбирая тепло от ее стенок, нагревается до 95° С. Преимуществами такой системы

воды (например, для теплофикации жилых и производ­ ственных помещений), отсутствие накипи на стенках ох­ лаждаемых деталей, а также меньший расход охлажда­ ющей воды.

Указанные системы все более вытесняются новым способом охлаждения, предложенным советскими ин­

дуется примерно 294 кДж тепла. Кроме того, на превра­ щение в пар 1 кг воды требуется затратить 2260 кДж тепла. Следовательно, каждый килограмм воды, нагре­ ваясь до температуры кипения и превращаясь затем в пар, отбирает от стенок ~2550 кДж тепла (вместо 42 кДж при водяном охлаждении). Это позволяет сокра­ тить расход воды на охлаждение детали в 60 раз и бо­ лее и окупает расходы, связанные с химической очист­ кой воды.

На рис. 78 показан принцип испарительного охлаж­ дения детали. Различают системы с естественной (рис. 79) и принудительной (рис. 80) циркуляцией воды. Не­

прерывная циркуляция воды в системе с естественной циркуляцией обеспечивается за счет разности удельных весов воды (в опускной трубе) и паро-водяной смеси (в подъемной трубе). Образовавшаяся в охлаждаемой детали паро-водяная смесь по удельному весу легче во-

Рис. 79. Схема испарительного охлаждения с естествен­ ной циркуляцией воды:

/ — барабан-сепаратор; 2 — потребитель пара; 3 — охлаж­ даемая деталь; 4 — источник воды; 5 — насосные станции; 6 — устройство для химической очистки воды1

Рис. 80. Схема испарительного охлаждения с принуди­ тельной циркуляцией воды:

1 — барабан-сепаратор; 2 — циркуляционный насос; 3— по­ требитель пара; 4 ~ охлаждаемая деталь; 5 — источник воды; 6 — насосные станции; 7 — устройства для химиче­ ской очистки воды

ды; она поднимается вверх и попадает в барабан-сепа­ ратор, где разделяется (сепарируется) на воду и пар. Пар направляется к потребителю, а вода — по опускной трубе — снова к детали. Потери воды из системы в виде пара восполняются химически очищенной водой, пода­ ваемой насосами в барабан-сепаратор. Для улучшения естественной циркуляции барабаны-сепараторы необхо­ димо устанавливать как можно выше, во всяком случае, не ниже 8—10 м над уровнем рабочей площадки марте­ новской печи.

Недостатком такой системы является низкое давле­ ние получаемого пара, составляющее 5—20 Н/см2, или 0,5—2,0 ат.

Получение пара более высокого давления невозмож­ но из-за того, что конструкция охлаждаемых деталей в виде полых коробок не выдерживает повышенных дав­ лений.

Систему испарительного охлаждения с естественной циркуляцией охлаждающей воды широко применяют в мартеновских печах.

В системе с принудительной циркуляцией (рис. 80) циркуляция воды в контуре барабан-сепаратор — охлаж­ даемая деталь осуществляется специально установлен­ ным циркуляционным насосом. Переход от коробчатых конструкций охлаждаемых деталей к трубчатым и свер­ леным позволяет применить систему с принудительной циркуляцией и довести давление пара до 300—400 Н/см2, или 30—40 ат.

Остальные способы по существу являются разновид­ ностями испарительной системы охлаждения.

По сравнению с водяным охлаждением система ис­ парительного охлаждения имеет следующие преимуще­ ства:

1) увеличивается в 10—15 раз срок службы охлаж­ даемых деталей;

2)исключаются горячие ремонты печей из-за прога­ ра деталей, так как при использовании химически очи­ щенной воды не образуется накипь;

3)не требуются охладительные устройства (градир­ ни, брызгальные бассейны, пруды);

4)значительно уменьшаются диаметры труб водовод­ ных систем;

5)сокращаются мощности насосных станций вслед­ ствие уменьшения расходов воды;