СОВРЕМЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ БЛОКА ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Воздухонагреватели с выносной камерой горения, оборудованные керамическими горелками, системой утилизации тепла дымовых газов, управляете компьютером по заданным моделям и спроектированные конкретно под заданные условия наиболее полно удовлетворяют этим требованиям.

Основной функцией блока, воздухонагревателей является подача горячего дутья требуемых параметров на доменную печь. Таким образом, йсходя из потребности печи, определяются основные исходные данные по работе воздухонагревателей: количество дутья; температура дутья давление дутья.

По этим рабочим" параметрам, однако, невозможно определить стоимостные показатели (по капитальным вложениям и эксплуатационным затратам). Для этого необходимо также рассматривать следующие параметры:

Здесь невозможно обсудить в деталях все эти вопросы, как и многие другие, которые могут иметь особое значение в каждом конкретном случае. При этом дается лишь краткий обзор по этой теме и некоторые рекомендации, которые могут быть полезны для оценки влияния различных факторов.

В конце статьи приведены некоторые заключения по обсужденным вопросам и дано описание основных параметров современной конструкции блока воздухонагревателей.

Эксплуатационные требования

Как указывалось выше, основополагающими параметрами блока воздухонагревателей является количество, температура и давление дутья. В настоящее время обычными значениями этих параметров являются количество дутья до 500000 м*/ч; температура дутья до 1350 °С; давление дутья до 0,5 МПа.

Эти значения непосредственно связаны с объемом и производительностью печи. В данной статье не рассматриваются эти вопросы.

Капитальные затраты

Капитальные затраты в основном зависят от количества, типа и размеров воздухонагревателей, а также от потребности во вспомогательных конструкциях и оборудовании, таких как технологические трубопроводы, клапаны, опорные конструкции и электрооборудование.

Количество, размеры воздухонагревателей и продолжительность дутьевого периода. Количество воздухонагревателей и их размеры прямо зависят от эксплуатационных требований по количеству и температуре дутья, от решения по использованию установок утилизации тепла дымовых газов и принятой продолжительности дутьевого периода. На рис.1 показаны некоторые примеры по количеству воздухонагревателей и продолжительности дутьевого периода. Все данные основываются на определенных предпьложениях и предварительно заданных условиях, которые могут отличаться для каждого конкретного случая. Диаграмма построена, исходя из количества дутья 300000 мУч, температуры дутья 1250 °С, температуры под куполом 1350 °С, температуры холодного дутья 200 °С и времени перекидки клапанов 10 мин.

Даже в настоящее время во время эксплуатации разделительная стенка подвергается опасности каждый раз, когда давление внутри камеры горения выше, чем в кайере насадки, особенно в случаях неполадок с зажиганием (взрывах) и для печей, работающих на повышенном давлении, во время остановки печи с использованием клапана снорт или слишком быстрого сброса давления из воздухонагревателя. Воздухонагреватели с выносной камерой горения не имеют этих недостатков изза отсутствия разделительной стенки и являются более стойкими по отношению к вышеупомянутым явлениям. Опыт показывает, что применение больших куполов воздухонагревателей не вызывает дополнительных трудностей, если «компенсация температурных перемещений между камерой горения и камерой насадки выполнена соответствующим образом.

Все остальные части воздухонагревателей (штуцера, кольцевые стены и насадка) имеют сравнительно одинаковую стойкость в обеих системах.

Применяемые материалы и схема их использования. Все материалы должны быть пригодны для длительной эксплуатации. Конструкция кожуха не только рассчитывается на максимальное давление, но и должна учитывать ожидаемое количество циклов нагружения по давлению (обычно как минимум в течении 15 лет). При этом применяются соответствующие нормы для сосудов, работающих под давлением. При проектной температуре под куполом выше 1300 °С необходима защита кожуха от интеркристаллитной коррозии. В этом случае возможна внешняя изоляция или внутреннее покрытие кожуха в сочетании со специальной технологией изготовления кожуха: внутреннее покрытие обычно является более дешевым. Следует избегать изоляции кожуха с помощью волокнистых изделий или блочной изоляции. Многослойная кладка из изоляционных огнеупорных изделий позволяет осуществлять выбор соответствующих сортов изделий в зависимости от стоимости.

Как уже упомянуто выше, применение динаса более не связано с опасностью его разрушения. Однако при этом должны строго соблюдаться инструкции по нагреву и охлаждению воздухонагревателей.

При применении высокоглиноземистых изделий должно учитываться явление разрушения огнеупоров под воздействием щелочей при температурах в диапазоне 900 — 1000 °С. Изделия из силлиманита более устойчивы, чем муллитовые изделия. Эта проблема за последнее время теряет свое значение, так как улучшается очистка доменного газа и уменьшается количество взятий печи "на тягу" через воздухонагреватели. Насадочные изделия необходимо выбирать с учетом требований по устойчивости к крипу под нагрузкой. Насадка воздухонагревателей должна иметь возможность расширения при нагреве и это расширение должно компенсироваться в самом наса дочном изделии, а не в слое насадки. Необходимо также детальное знание поведения используемых материалов.

Ремонты и аварийная работа. Как уже указывалось выше, срок службы керамических горелок и кладки вокруг штуцеров меньше, чем остальных конструкций воздухонагревателей. Для этих конструкций нормальный срок службы 7 — 10 лет, хотя на отдельных заводах срок службы доходит до 20 лет.

Для дальнейшей замены этих зон при разработке проекта воздухонагревателей должно учитываться следующее.

Охлаждение и разогрев воздухонагревателей с динасом в купольной части занимает от 50 до 60 дней. Охлаждение и разогрев воздухонагревателей с высокоглиноземистыми изделиями в купольной части требует половину от этого времени. Время остановки должно также дополнительно включать продолжительность ремонтных работ.

Воздухонагреватели с выносной камерой горения, диаметром 12 м и динасовой кладкой уже были подвергнуты охлаждению с дальнейшим разогревом без значительного ремонта. Для достижения этого необходим соответствующий теплотехнический расчет конструкций.

Воздухонагреватели с выносной камерой горения могут быть подвергнуты ремонту в соответствующих местах методом горячего ремонта без охлаждения. Это представляет особый интерес для воздухонагревателей с динасовой кладкой. Для воздухонагревателей со встроенной камерой горения проведение горячих ремонтов гораздо более усложнено. В любом случае необходимы хорошие теплотехнические расчеты, а также при проектировании должны быть учтены требования по свободному доступу к ремонтируемым местам.

Как уже указывалось, должен быть предусмотрен свободный доступ при замене клапанов, фурменных приборов и другого оборудования. Должно также обеспечиваться полное отделение воздухонагревателя для возможной работы блока при проведении ремонтных работ.

Для блока из трех воздухонагревателей мощность керамической горелки должна выбираться из расчета нагрева полного количева дутья при работе на двух воздухо# нагревателях. В этом случае производительность керамической горелки должна выбираться с резервом. Керамические горелки для выносных камер горения имеют тепловую мощность до 75 ГДж/ч.

Для проведения ремонта блока воздухонагревателей в конце кампании при проектировании необходимо по возможности оставлять свободное место для строительства четвертого воздухонагревателя. При этом возможен последовательный ремонт воздухонагревателей без остановки доменной печи.

Охрана окружающей среды

За последнее время все больше значение приобретают два вопроса: эффективная тепловая работа воздухонагревателей и охрана окружающей среды. Последнее необходимо рассматривать с точки зрения применяемых материалов и выбросов из дымовой трубы.

Применяемые материалы. Используемые в воздухонагревателях материалы обычно не вызывают затруднений в части экологии и могут свободно демонтироваться при разработке кладки. Исключением являются асбестсодержащие изоляционные материалы, которые использовались в течении продолжительного периода времени. Разборка и отгрузка этих материалов требует значительных технических затрат на транспортировку и денежных затрат по отгрузке. В настоящее время в большинстве стран запрещается использование асбеста в любой форме. Для установок в делом возможны лишь незначительные другие источники загрязнения. Только в зонах, где используется масло (система гидравлики и система утилизации тепла), должны приниматься соответствующие меры предосторожности.

Критерии выбора параметров блока воздухонагревателей

Из сказанного выше можно вынести некоторые общие заключения по выбору параметров современного блока воздухонагревателей для крупных доменных печей: эксплуатационные параметры блока воздухонагревателей должны соответствовать параметрам работы доменной печи; число воздухонагревателей в блоке в основном должно быть равно трем; для получения наилучших показателей продолжительность дутьевого периода должна быть 30 мин; средняя температура отходящих газов должна быть как можно большей с целью уменьшения высоты воздухонагревателей. Позволяется только небольшой резерв по температуре отходящих газов; основываясь на высокой температуре отходящих газов, должна быть определена целесообразность применения установки утилизации тепла и предварительного подогрева; в случае превышения температуры под куполом 1300 °С должна предусматриваться защита от интеркристаллитной коррозии; для мощных воздухонагревателей (более 180000 м3/ч дутья и/или высокое давление дутья) с целью обеспечения необходимой работоспособности и срока службы рекомендуются воздухонагреватели с выносной камерой горения: при повышенных требование к охране окружающей среды рекомендуется применять воздухонагреватели с выносной камерой горения; воздухонагреватели с динасовой футеровкой в верхней части дешевле, чем с высокоглиноземистой кладкой; применение динаса не вызывает трудностей, если проект и эксплуатационные инструкции выполнены правильно; рекомендуется применять керамические горелки изза их лучших эксплуатационных качеств, улучшения процесса горения (защита окружающей среды и экономия топлива) и из за их пониженного воздействия на окружающую кладку; производительность керамических горелок должна обеспечивать возможность работы печи на двух воздухонагревателях в аварийной ситуации. Эффективная работа воздухонагревателей не требуется в режиме аварийной ситуации; применение математических моделей работы воздухонагревателей позволяет уменьшить стоимость топливных затрат и избежать неполадок в работе; капитальные вложения на обеспечение подъезда и свободного пространства вокруг воздухонагревателей окупаются при долговременной эксплуатации; при правильном выборе диаметров трубопроводов потребность в запасных частях может быть минимальной; системе компенсации температурных перемещений воздухопровода горячего дутья должно уделяться особое внимание с целью избежания проблем по обслуживанию, обеспечению простоты ремонта и замене наиболее изнашиваемых частей.

Вышеприведенный перечень показывает, что для достижения длительной эксплуатации воздухонагревателей в большинстве случаев целесообразно строительство воздухонагревателей с выносной камерой горения.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994