§ 2. Охлаждение конвертерных газов

Перед подачей в систему газоочистки газы необходимо подвергать охлаждению, которое может быть осуществлено различными способами. Наиболее простым способом является впрыск в газы диспергированной воды. Тепло, отнимаемое от газов 1 кг впрыскиваемой и испаряющейся воды температурой Т_в, может быть приближенно определено по формуле

(27.9)

где — конечная температура газа, °С.

Расход воды на впрыскивание

М_В = (I₁ - I₂)/q_впр, (27.10)

где I₁ и I₂ — энтальпия конвертерных газов до охлаждения и после него.

Недостатками способа охлаждения газов впрыскиванием воды являются значительное увеличение объема газов (рис. 27.2) за счет образующихся паров воды и невозможность утилизации тепла газов. Поэтому данный способ применяют только для частичного охлаждения газов.

Рис. 27.2. Изменение объема 1 м³ конвертерного газа, приведенного к нормальным условиям при охлаждении: 1 — объем конвертерного газа при α=0; 2 — то же, продуктов сгорания при α=2; 3— физический объем продуктов сгорания при рабочих условиях при α=2; АВ — изменение рабочего объема продуктов сгорания при поверхностном охлаждении до 1350 °С; АС и BD — то же, при охлаждении впрыскиванием воды; FE и GI — изменение тех же объемов, приведенных к нормальным условиям (соответственно по линиям АС и BD).

Значительно рациональнее охлаждение конвертерных газов в котлах-утилизаторах, позволяющее использовать их тепло и практически почти не изменяющее их объема (отнесенного к нормальным условиям) .

Котлы-охладители конвертерных газов типа ОКГ работают в очень тяжелых условиях, связанных с цикличностью выхода конвертерных газов, их высокой температурой и большой запыленностью. Для таких условий работы наиболее целесообразны котлы с принудительной циркуляцией, осуществляемой с помощью циркуляционных насосов и не зависящей от режима работы котла.

Цикличный характер выхода конвертерных газов обусловливает и цикличный характер выработки пара, которая происходит только во время кислородной продувки, составляющей примерно половину всего периода плавки. В целях нормализации работы котла-охладителя во второй полупериод плавки, когда конвертерные газы в него не поступают, котел подтапливают коксовым или природным газом, поддерживая выработку пара на уровне 15—25 % от максимальной. Для сглаживания колебаний в расходе вырабатываемого пара за котлами-охладителями конвертерных газов устанавливают паровые аккумуляторы, в которые поступает пар, вырабатываемый котлом.

Котел-охладитель целесообразно проектировать в одном блоке с конвертером, так как простои котла и конвертера на чистке и ремонте примерно одинаковы. На каждый блок конвертер — котел надо предусматривать газоочистку.

Котлы-охладители конвертерных газов можно разделить на две группы: радиационно-конвективные и радиационные. В радиационно-конвективных котлах (рис. 27.3) в подъемном газоходе расположены экраны, воспринимающие тепло излучений, в опускном — змеевиковые поверхности, воспринимающие тепло конвекции. И в том, и в другом случае образующаяся пароводяная смесь направляется в барабан котла. В радиационных котлах конвективная часть отсутствует (рис. 27.4). Это объясняется рядом недостатков, свойственных конвективным поверхностям нагрева, основными из которых являются: меньшая эффективность теплопередачи и значительные объемы, требующиеся для их размещения; подверженность засорению пылью; повышенные подсосы воздуха в газоходы; трудность ремонта и другие.

Рис. 27.3. Принципиальная схема радиационно-конвективного котла-охладителя конвертерных газов с полным дожиганием СО: 1 — ввод питательной воды; 2 — водяной экономайзер; 3 — барабан котла; 4 — фильтр; 5 — опускная линия; 6 — циркуляционные насосы; 7 —- раздающие воду коллекторы; 8 — экранные трубы; 9 — испарительные поверхности; 10 — отвод пароводяной смеси в барабан; 11 — отвод пара.

Рис. 27.4. Схемы радиационных котлов-охладителей конвертерных газов: а —котел типа ОКГ-250; б — котел типа ОКГ-250-2; в — котел типа ОКГ-400; 1- откатной кессон; 2 — юбка-колокол,; 3 — стационарный радиационный газоход; 4 — место прохода фурмы; 5— барабан

Технико-экономические расчеты показали, что для большегрузных конвертеров (емкостью 250—350 т) экономически выгодным является применение радиационных котлов, для которых приведенные затраты оказываются значительно меньше, несмотря на повышенную температуру отходящих газов.

Котел состоит из кессона, откатываемого на период перефутеровки, и стационарного газохода, укрепленного неподвижно. На кессоне имеются сменные элементы для прохода фурмы и пропуска сыпучих. Наиболее распространенные на металлургических предприятиях котлы-охладители приведены в табл. 27.1.

В целях упрощения конструкции и сокращения энергозатрат в настоящее время начинают применять радиационные котлы-охладители с комбинированной циркуляцией, в которых наиболее надежно работающие контуры переводят на естественную циркуляцию.

Установка пароперегревателя в котлах-охладителях не предусмотрена, так как в условиях цикличности парообразования работа пароперегревателя особенно осложняется. В случае необходимости перегрев пара осуществляют в отдельно стоящем пароперегревателе, отапливаемом газом.

Таблица 27.1. Основные характеристики котлов-охладителей

Характеристика	ОКГ-100-3	ОКГ-250	ОКГ-250-2	ОКГ-400
Способ отвода газов	ПД	БД	БД	БД
Расход конвертерных газов, тыс. м3/ч	40	168	168	330
Максимальная произво­дительность, т/ч	210	160	320	370
Коэффициент избытка воздуха за котлом	1,3	0,11	0,11	0,11
Температура газов за котлом, оС	300	1000	750	800
Гидравлическое сопротивление, Па	2000	300	200	200
Тип котла	РК	Р	Р	Р
Суммарная поверхность нагрева, м2	2800	400	825	1240
в том числе радиационного газохода, м2	470	400	825	1240
Размеры радиационного газохода, м	3,57×3,57	D = 3,36	3,42×3,42	4,8×4,85
Длина радиационного газохода, м	33	30	55	56
Поверхность нагрева переходного газохода и фестона, м2	130	-	-	111
Конвективная поверхность нагрева в опускном газоходе, м2	2185	-	-	-
Диаметр и длина барабана, м	2×12	2,5×9,25	3×14,4	3×18
Давление в барабане, мПа	4,6	1,9	2,6	4,0
Примечание: ПД – полное дожигание СО; БД – без дожигания СО; РК – радиационно-конвективный; Р - радиационный