Конспект лекций по дисциплинеМЧМ

где Q7кл - внутренняя поверхность кладки, С tв – температура окружающей среды, С

δ1, δ2 – толщина огнеупорной кладки и изоляции, м

λ1, λ2 – коэффициент теплопроводности кладки и изоляции, Вт/(м·град)

Вт

α – коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к воздуху м2 × град,

F – площадь поверхности кладки.

8. Потери тепла излучением через открытые окна:

Т – средняя температура в печи, К F – площадь открытого окна, м2

Ф – коэффициент диафрогмирования, определяются по графикам;

ϕ- доля времени (ч), когда окно открыто.

9.Тепло уносимое водой охлаждающей определенные части печи.

Для определения потерь тепла на охлаждения пользуются практическими дан-

ными, обычно эти потери составляют 10 – 15% от всего прихода тепла. 10.Затраты тепла на аккумуляцию его кладкой:

11

tкл - средняя температура кладки, С

Её находят на основании расчета прогрева стен. 11.Не учтенные потери:

Q11 = (0,1-0,15)×(Q5 +Q6 +Q7 +Q8 +Q9 +Q10)

Просуммировав отдельно приходные и расходные статьи теплового баланса следует приравнять:

Qприход = Qрасход

И получить таким образом уравнение с одним неизвестным, которым является расход топлива В, определив величину В, можно окончательно подсчитать все статьи приходной и расходной части теплового баланса. Если анализируют теп-

ловую работу действующей печи, то составляют таблицу теплового баланса, ко-

торая позволяет выяснить какая статья расходной части теплового баланса чрезмерно высока и следовательно обнаружить причину неудовлетворительной работы печи.

Лекция №4 Утилизация тепла в металлургических печах

1. Общие сведения.

Дымовые газы выносят из печи большое количество тепла. Оно тем боль-

ше, чем больше температура газа и чем меньше к. и. т. Целесообразно долю этого тепла вернуть снова в печь. Это позволит повысить к. п. д. печного агре-

гата, снизить расход топлива и повысить температуру горения. Для этого нужно тепло, отобранное в теплообменнике, снова вернуть воздуху (газу), подаваемо-

му в печь для горения. Подобным образом, с передачей тепла воздуху (газу) ра-

ботают регенераторы и рекуператоры.

12

Для нормальной работы необходимо каждый час в рабочее пространство печи подавать определенное количество тепла. В это количество тепла входит не только тепло топлива, но и тепло подогретого воздуха или газа, т. е.

QΣ = Qх.т. + (Qф.в. + Qф.т. )

Видно, что при QΣ =const увеличение Qф позволяет снизить Qх.т., т. е. эко-

номить и тем дольше, чем выше степень утилизации тепла дымовых газов.

R = iв , iд

где iв – энтальпия подогретого воздуха, кВт, (ккал/ч) или кДж/период.

Iд – энтальпия дымовых газов на выходе из рабочего пространства, кВт, (ккал/ч) или кДж/период.

Степень утилизации тепла, выраженная в % может быть также названа к.

п. д. регенератора (рекуператора).

К.П.Д.р = iiв ×100%

д

Зная величину степени утилизации тепла, можно рассчитать экономию топлива:

h = R × iв i'д( )×100% 1- iв i'д × 1- R

где i'д – энтальпия дымовых газов при температуре горения, кДж/м3.

Экономия топлива за счет утилизации тепла дымовых газов дает эконо-

мический эффект и является одним из путей снижения стоимости проведения технологического процесса.

Подогрев воздуха (газа) позволяет увеличить калориметрическую темпе-

ратуру горения, что особенно важно при отоплении печей топливом с низкой теплотой сгорания.

При подогреве воздуха калориметрическую температуру можно найти:

13

Из формулы видно, что увеличение Qф при Qнр = const приводит к увели-

чению Тк. Так как утилизация тепла позволяет значительно экономить топливо,

целесообразно стремиться к максимально возможной, но экономически оправ-

данной степени утилизации. Однако необходимо сразу отметить, что утилиза-

ция не может быть полной, т. е. всегда R<1. Это объясняется тем, что увеличе-

ние поверхности нагрева теплообменника рационально только до определенных пределов, после камеры оно уже приводит к очень незначительному выигрышу в экономии тепла.

2. Регенераторы.

Регенераторы мартеновских печей работают в условиях высоких темпера-

тур и интенсивной шлаковой атаки. Температура дымовых газов на входе в ре-

генератор составляет 1500–1600 0С, насадка нагревается до 1350–1400 0С, после насадки tд=500–700 0С. Температура подогрева газа и воздуха 1100–1250 0С. Ре-

генераторы позволяют возвращать в рабочее пространство более 50% тепла дымовых газов. Все регенераторы мартеновских печей выполняются в соответ-

ствии с принципом Грум-Гржимайло. Он состоит в том, что для обеспечения равномерного распределения газов по сечению насадки регенераторов осты-

вающие газы должны направляться сверху вниз, а нагревающиеся – снизу вверх.

Регенераторы мартеновских печей выполняются однооборотными и двух-

оборотными. Для крупных мартеновских печей более 400–500 т устанавливают двухоборотные регенераторы, так как увеличение высоты насадки более 7 м со-

пряжено со значительными затратами, поскольку регенераторы необходимо располагать ниже уровня земли.

14

В однооборотных регенераторах, насадка верхние 20 рядов обычно вы-

полняют из форстерита (высокоглиноземистый огнеупор), хорошо сопротив-

ляющегося воздействию окислов железа, нижние – из шамота.

Рисунок 1 – Однооборотный регенератор.

В однооборотных регенераторах обычно применяют насадку Сименса с размерами ячейки 150×150 мм и 180×180 мм.

Мартеновские печи с двухоборотными регенераторами имеют, как прави-

ло лучшие технико-экономические показатели по сравнению с печами с одно-

оборотными регенераторами благодаря более высокой температуре подогрева воздуха. Например, применение двухоборотных регенераторов на 900 т марте-

новских печах с подачей О2 только в факел, позволило обеспечить нагрев воз-

духа до t>1300 0С при условии, что температура верха насадки первой по ходу дыма “горячей” камеры превышает 1450 0С, а размер ячеек насадки “холодной” камеры составляет 160×160 мм. Однако, промежуточный канал между камера-

ми и насадка второй камеры увеличивают аэродинамическое сопротивление и габариты регенераторов, затрудняют ремонты, приводят к увеличению подсо-

сов воздуха по тракту печи и требуют использование более мощных котлов-

утилизаторов и газоочистки.

15

шения старения насадок в ходе кампании вследствие заноса плавильной пылью

применяют их промывку водой.

Лекция №5 Воздухонагреватели. Конструкция и тепловая работа

Нагрев дутья в доменном производстве явился одним из важнейших эта-

пов его развития, сыгравшим огромную роль в снижении расхода горючего и повышении производительности доменных печей. Поиски путей повышения температуры дутья привели к созданию регенеративных воздухонагревателей,

показавших значительное преимущество по уровню достигаемого нагрева воз-

духа и быстро вытеснивших из практики все ранее созданные конструкции. Та-

ким образом они стали преимущественным средством для нагрева доменного

дутья до настоящего времени.

Современные доменные печи оснащаются воздухонагревателями, обеспе-

чивают нагрев дутья до 1400 0С. Продукты сгорания проходят по насадке свер-

ху вниз и нагревают ее. Воздух проходит в обратном направлении. Подогрев

3–4, Кстр.=4,0–6,0.

Кожух. Регенеративный воздухонагреватель тина «Каупер» имеет метал-

лическую оболочку с днищем, футерованную огнеупорным шамотным кирпи-

чом, называемую кожухом. Основными требованиями, предъявляемыми к ко-

жуху, являются максимальная плотность в швах и рассчитанная на избыточное давление до 490 кПа строительная прочность, определяемая при контрольной проверке после выкладки стен воздухонагревателя в соответствии со специаль-

ной инструкцией. В связи со значительным увеличением размеров воздухонаг-

ревателей, достигающих по высоте 50—55 м и но наружному диаметру 9–13 м

17

кожухи изготовляют из низколегированных сталей марок 14Г2, 09Г2С, 10Г2С с толщиной листов 25—40 мм для воздухонагревателя и 20 мм для шахты горе-

ния в случае устройства се выносной (диаметром 3–5 м). В зарубежной практи-

ке применяют также котельную сталь; при этом толщина поясов в цилиндриче-

ской части 29—40 мм (Япония), днища 51 мм на периферии и 32 мм в центре.

Кожух делают сварным с применением электрошлакового метода сварки. Лис-

там купола с увеличенной толщиной придается скорлупообразная форма. Низ кожуха закрепляется на фундаменте по всей окружности болтами (расстояние между болтами 200—300 мм). Листы, ослабленные вырезами в местах установ-

ки клапанов и люков, усиливаются накладками.

Для предупреждения интеркристаллитной коррозии кожуха применяется тепловая изоляция его покрытием кислотостойкими керамическими массами или защита фольгой из специальной стали. Для осмотра, чистки и ремонта в кожухе воздухонагревателя имеются лазы в низу камеры горения и в поднаса-

дочном пространстве. В куполе люки делают один по центру (диаметром 700– 750 мм), закрывающийся специальной огнеупорной пробкой со вставленной термопарой, и один небольшой над камерой горения для пропуска троса. На этот трос подвешивается люлька во время ремонтов.

Воздухонагреватель (рис.) состоит из днища 1 с огнеупорной кладкой;

опорных поднасадочных колонн 2; поднасадочной решетки 3, состоящей из ря-

да плит с отверстиями по числу ячеек насадки; насадки 7, разграничительной стенки, отделяющей насадочное пространство от камеры горения 8; камеры го-

рения 9; подкупольного пространства 5 с люками 4; кожуха 10 воздухонагрева-

теля с огнеупорной кладкой 11. Камера горения имеет штуцер газовой горелки

12; поднасадочное пространство оборудовано штуцером шибера холодного ду-

тья 13 и дымовыми клапанами. Для уменьшения внешних тепловых потерь ме-

жду огнеупорной кладкой стен и кожухом помещается трепельный кирпич с за-

сыпкой. Применяют также специальные «маты» из нетеплопроводных материа-

18

лов. Насадка 6 делается обычно прямоугольной с размером отверстий 45×45 мм или из шестигранных блоков с круглыми отверстиями диаметром 36–41 мм.

Очищенный доменный газ (или смесь доменного и коксового газов), под-

веденный к воздухонагревателю, подается в камеру горения газовой горелкой

19

1 – днище; 2 – огнеупорная кладка днища; 3 – колонна; 4 – решетка; 5 –

насадка; 6 – вертикальная стенка; 7 – камера горения; 8 – подкупольное про-

странство; 9 – люки; 10 – кожух; 11 – штуцер газовой горелки; 12 – штуцер кла-

пана холодного дутья; 13 – штуцер дымового клапана; 14 – лазы; 15 – фланцы; 16 – штуцер клапана горячего дутья.

совместно с необходимым для сжигания газа воздухом, подаваемым специаль-

ной воздуходувной станцией. Продукты сгорания газа поднимаются вверх под купол воздухонагревателя, где происходит их полное сгорание и развивается максимальная температура. Далее продукты сгорания идут вниз через каналы насадки. Отдавая насадке свое тепло, они охлаждаются до 150—400 °С и затем отводятся через дымовые клапаны в боров к дымовой трубе. После нагрева на-

садки по достижении максимально допустимой температуры подкупольного пространства подача газа в камеру горения прекращается. Через поднасадочное пространство, насадку и камеру горения в обратном газу направлении подается воздух, который нагревается, проходя через горячую насадку, и затем через клапан горячего дутья направляется по воздухопроводу горячего дутья в до-

менную печь.

После охлаждения насадки воздухонагреватель вновь переводят на режим нагрева. Непрерывность подачи дутья обеспечивается наличием блока из трех-

четырех воздухонагревателей на печь, из которых попеременно два или три ра-

ботают в режиме нагрева, а остальные – на дутье, в зависимости от их числа и принятой схемы работы (одиночной или попарно параллельной). Режимы на-

грева и охлаждения являются основными для работы воздухонагревателя. Кро-

ме этого, он может находится на “тяге” или быть отключенным.

При работе воздухонагревателя на тяге во время кратковременных оста-

новок печей доменный газ, сгорающий частично в фурменных коленах и коль-

цевом воздухопроводе, отводится по воздушному тракту в камеру горения од-

ного из воздухонагревателей для полного сгорания. В проектах современных доменных печей эта операция отпадает, так как газ сжигают, помимо воздухо-

20