Сау нагревом возухонагревателя доменной печи (стр. 2 из 8)
Выплавка чугуна в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащих материалов. Его количество определяется содержанием железа в шихте и требуемой основностью. Чем беднее железом шихта и чем выше требуемая основность шлака, тем больше выход шлака из печи. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3-0,6 т на 1 т чугуна.
Доменный процесс определяется тепловыми, химическими, газодинамическими, механическими явлениями, протекающими в печи. Доменная печь как объект управления очень сложна, очень сложно изучить все параметры доменной печи как объекта управления, поэтом управление доменными процессами осуществляется исходя из многолетнего опыта специалистов доменного производства.
В комплексе управлений технологическими процессами можно выделить следующие подсистемы: шихтовки и шихтоподачи, теплового режима, распределения газового потока, хода доменной печи.
Подсистема управления шихтовки и шихтоподачи решает следующие основные задачи: расчёт шихты для доменной плавки из данных материалов, управление набором, взвешиванием и доставкой материала на колошник, управление загрузкой материалов в доменную печь.
Управление тепловым режимом обеспечивает управление тепловыми процессами в верхней и нижней частях доменной печи.
Управление распределением газового потока включает в себя управление распределением дутья и природного газа по фурмам, а также управление распределением материалов на колошнике.
Управление ходом доменной печи обеспечивает управление одновременного схода столба шихтовых материалов.
Подача и нагрев дутья.
Для нормального протекания доменного процесса и достижения высокой производительности необходимо вдувать ежеминутно 1,6-2,3 м3 (или 1,9-3,2 кг) дутья на 1 м3 полезного объёма печи. Нижний предел относится к работе на дутье, обогащённом кислородом. Так, при работе доменной печи объёмом 3000 м3 ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800 м3, а для доменной печи объёмом 5000 м3 - около 8000 м3. А так как давление газов на колошнике повышается до 250 кПа, то давление дутья, подаваемого в печь, достигает 350-400 кПа.
Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. Наибольшее распространение получили центробежные воздуходувные машины с паротурбинным приводом, так называемые паротурбовоздуходувки производительностью 4000-7000 м3/мин, создающие давление дутья на выходе, равное 400-500 кПа.
В настоящее время в качестве дутья широко применяют воздух, обогащённый кислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха. Производительность больших блоков по кислороду составляет 35 000 м3/ч. В этих блоках процесс состоит из предварительного сжижения воздуха, который затем подвергают ректификации, т. е. разделению, основанному на различии температур сжижения различных составляющих воздуха. При разделении необходимо достигать отрицательных температур до -200 ˚С, так как температура кипения воздуха составляет -192˚С. Такие низкие температуры достигают в результате многократного расширения сжатого воздуха и системы теплообменников, в которых происходит передача холода от одной среды к другой. При испарении жидкого воздуха в первую очередь улетучивается смесь газов, богатых азотом (tкип=-195,8˚С), затем аргоном (tкип=-189,4˚С), вследствие чего остаток постепенно обогащается кислородом (tкип=-183˚С). Полученный на кислородной станции газообразный технический кислород (95-97% О2) либо добавляют во входной патрубок воздуходувной машины или же подают к воздухонагревателям по отдельному кислородопроводу.
Дутьё, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до1050-1300˚С в воздухонагревателях, называемых иногда кауперами в честь Каупера, который в 1857 г. получил патент на регенеративный воздухонагреватель с кирпичной насадкой.
Современный воздухонагреватель имеет наружный диаметр 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглинозёмистого кирпича или динаса, а нижнюю часть - из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Из этого кирпича выложены ячейки размером 45 × 45 мм по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м3
такой насадки около 25 м2. В последнее время предложено применять для насадки шестигранные блоки с круглыми ячейками, имеющими горизонтальные проходы. Это более сложная насадка, но её поверхность составляет около 30 м2 на 1 м3 объёма насадки.
Следует различать газовый и воздушный периоды работы воздухонагревателя. В газовый период осуществляется нагрев насадки продуктами сжигания газа, а в воздушный период нагревается дутьё за счёт охлаждения насадки. В газовый период закрыты клапаны холодного и горячего дутья и открыты горелка и дымовые клапаны.
Газ сжигается в камере горения и догорает под куполом, а продукты сгорания проходят сверху вниз через насадку, нагревают её и с температурой 250-400 ˚С уходят через дымовые клапаны и борова в дымовую трубу. Для подачи газа предусмотрена газовая горелка с вентилятором производительностью по воздуху 80-200 тыс. м3/ч. Сжигают главным образом очищенный колошниковый газ или смесь его с природным или коксовым газом.
В воздушный период закрыты дымовые клапаны и отключена газовая горелка, но открыты клапаны для подачи холодного и отвода горячего дутья. Холодное дутьё поступает в поднасадочное пространство, проходит насадку, где нагревается, и через клапан направляется в воздуховод горячего дутья и затем в печь.
По мере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха, выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменной печи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем это необходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование, требуемое количество холодного воздуха, чтобы поддержать температуру дутья постоянной. Это осуществляется при помощи смесительного воздухопровода и автоматического смесительного клапана.
Газовый период примерно в два раза продолжительнее воздушного. Следовательно, необходимо не менее трёх кауперов - два одновременно нагреваются, а один нагревает воздух. Фактически на печь приходятся четыре каупера, а в некоторых случаях - семь кауперов на две печи.
Для обеспечения нагрева дутья до высокой температуры (1200 ˚С и выше) необходимо, помимо наличия требуемой поверхности нагрева, применять в подкупольной части достаточно огнеупорные материалы. Для этого применяют специальный высокоглинозёмистый кирпич. Или малоразрыхляющийся динас. С целью увеличения поверхности нагрева воздухонагревателей в последнее время стали применять выносные камеры горения.
Для уменьшения или полного прекращения подачи дутья в печь баз остановки воздуходувной машины на каждой печи имеется воздушно-разгрузочный клапан, или клапан снорт. Он установлен на воздухопроводе холодного дутья между воздухонагревателем и воздуходувной машиной, управление им осуществляется с площадки, расположенной у горна доменной печи.
Конструкция и принцип действия воздухонагревателя.Современный воздухонагреватель представляет собой вертикально расположенный куполообразный цилиндр (основные размеры воздухонагревателей определяют путём теплотехнического и гидравлического расчётов, исходя из требуемой температуры нагрева дутья и его количества; кроме того, производят расчёт воздухонагревателя на прочность, руководствуясь заданным давлением дутья). Снаружи воздухонагреватель заключён в стальной кожух, который изнутри выложен огнеупорным кирпичом для предотвращения прогара и деформаций кожуха, а также для уменьшения тепловых потерь в атмосферу.
Внутреннее пространство воздухонагревателя разделено не доходящей до верха вертикальной стеной 7 из огнеупорного кирпича на две части: камеру сгорания 4 и огнеупорную насадку 6 с вертикальными каналами, которая сверху соединяется с камерой сгорания подкупольным пространством 5, а внизу с поднасадочным пространством 8. Поднасадочное пространство в зависимости от режима работы воздухонагревателя может соединяться либо с боровом и дымовой трубой, либо с воздухопроводом холодного дутья.
Воздухонагреватель работает циклично. Цикл работы начинается с нагрева насадки. Для этого в камеру сгорания 4 через отверстие 2 принудительно подают газо-воздушную смесь, которая, соприкасаясь с раскалёнными стенами в нижней части камеры сгорания, воспламеняется
и полностью сгорает в шахте камеры сгорания. Максимальная температура продуктов сгорания достигается в подкупольном пространстве 5, где газы, изменив направление движения на 180о, устремляются сверху вниз через вертикальные каналы огнеупорной насадки 6, передавая ей своё тепло. Из вертикальных каналов насадки газы поступают в поднасадочное пространство 8, охлаждёнными до 200 – 400о С и через отверстие 9 дымовых каналов поступают в дымовой боров и в дымовую трубу.Передача тепла более нагретых газов менее нагретой огнеупорной насадке происходит в основном конвекцией и лишь частично излучением. Поэтому чем выше скорость движения газов, чем больше поверхность их соприкосновения с насадкой и чем больше разность температур газов и насадки, тем интенсивнее протекает передача тепла.
После окончания нагрева насадки воздухонагреватель переводят на нагрев дутья. Для этого специальными клапанами закрывают отверстия 2 и 9, отсоединяя воздухонагреватель от горелки и дымового борова, и через отверстие 1 соединяют поднасадочное пространство с воздухопроводом холодного дутья, а камеру сгорания через отверстие 3 с воздухопроводом горячего дутья. Холодный воздух от воздуходувной машины из поднасадочного пространства устремляется через каналы насадки и движется снизу вверх, отбирая тепло нагретой насадки. Из вертикальных каналов насадки нагретый до высокой температуры воздух выходит в подкупольное пространство, где изменяет направление движения на 180о и через камеру сгорания и отверстие 3 поступает в воздухопровод горячего дутья, который соединён с кольцевым воздухопроводом доменной печи. В первый момент после перевода из режима нагрева в режим дутья энтальпия насадки воздухонагревателя максимальна. Температуры купола и верха насадки тоже максимальны. По мере работы в дутьевом режиме насадка отдаёт тепло воздуху и её температура уменьшается. Когда температура верхних рядов насадки станет равной заданной температуре дутья, следует перевести в режим дутья новый нагретый воздухонагреватель, а остывший перевести в режим нагрева. Перевод воздухонагревателей осуществляется по программе: 1 час в режиме дутья, 2 часа в режиме нагрева. Работу воздухонагревателя в период нагрева насадки принято называть газовым режимом воздухонагревателя, а работу в период нагрева дутья – воздушным режимом воздухонагревателя.