Система воздушного дутья для доменной печи

Система продувки воздухом для доменной печи

Доменная печь (ДП) производит жидкий чугун (жидкий чугун) путем восстановления рудной шихты восстановительными газами. Восстановительные газы образуются в результате реакции кислорода с коксом и углем. Этот кислород входит в состав обогащенного горячего воздуха дутья, который вдувается и распределяется по дну доменной печи через прямые трубы, патрубки и фурмы.Этот комплект соединен с основным дымоходом.Объем воздуха, который обогащается кислородом и выдувается для процесс в доменной печи обеспечивают воздуходувки, которые забирают воздух из атмосферы и сжимают его до необходимого давления, этот сжатый воздух, имеющий температуру около 200 град С после сжатия, обогащается кислородом и вдувается в воздухонагреватели, где температура поднимается до 1200-1250 град С. Затем этот воздух горячего дутья подается в дутьевую трубу по магистрали горячего дутья. 1350 град С и давление дутья до 5 кг/кв. см (изб.). Весь процесс обычно показан на рис. 1.

Рис. 1. Схема типичной системы подачи воздуха

Основные компоненты системы воздушного дутья доменной печи состоят из (i) нагнетателя воздуха, (ii) магистрали холодного дутья, (iii) воздухонагревателя вместе с системой сжигания, (iv) магистрали горячего дутья, (v) суеты труба, (vi) продувочные трубы и фурмы, известные как фурменные штоки, (vii) набор клапанов и (viii) контрольно-измерительные приборы.

Воздуходувка является первым оборудованием в системе продувки воздухом. Он расположен в дутьевой камере и предназначен для подачи холодного воздуха к воздухонагревателям при заданном постоянном расходе и давлении. Следовательно, управление защитой от перенапряжения является очень важным элементом управления воздуходувкой доменной печи. Обычно для доменной печи предусмотрено два количества воздуходувок. Он забирает объем воздуха из атмосферы, сжимает его до необходимого давления и нагнетает в магистраль холодного дутья. Сжатый воздух обычно имеет температуру от 150°C до 250°C, что представляет собой температуру, возникающую в результате теплоты сжатия в воздуходувке. Воздуходувки приводятся в действие либо паровой турбиной, либо электродвигателем. Воздуходувка должна эксплуатироваться для соблюдения условий воздушного потока, которые, в свою очередь, определяются условиями работы доменной печи. Также они должны иметь очень высокий уровень надежности, поскольку производительность доменной печи во многом зависит от производительности воздуходувки.

Для получения дутьевого воздуха большинство доменных печей оборудовано центробежными турбонагнетателями с тремя или четырьмя ступенями. В некоторых очень больших доменных печах два воздуходувки работают параллельно. Однако в очень больших доменных печах осевые воздуходувки могут использоваться более эффективно. Современные доменные печи оснащены либо осевыми, либо осевыми радиальными изотермическими компрессорами, которые предназначены для обработки больших объемов воздушных потоков в относительно небольших корпусах при сохранении отличной эффективности.

Магистраль холодного дутья соединяет воздуходувку и воздухонагреватели. Обычно он не футерован, поскольку температура холодного дутья обычно составляет от 150 до 250 °C. Однако в некоторых печах в целях экономии энергии трубопровод холодного дутья изолирован. На печном конце магистрали холодного дутья расположены клапаны холодного дутья для печей и линия смесителя, оснащенная поворотным затвором. Для поддержания постоянной температуры горячего дутья в доменной печи термопара в магистрали горячего дутья управляет дроссельной заслонкой на линии смесителя и пропорциональна количеству воздуха, подаваемого в воздухонагреватель, и количеству воздуха, проходящего через него.

Когда нагретая печь впервые включается в дутье, температура нагретого воздуха намного выше требуемой температуры горячего дутья, поэтому значительная часть воздуха должна обходить печь. По мере отвода тепла от печи и снижения температуры дроссельная заслонка линии смесителя должна постепенно закрываться и нагнетать больше воздуха через печь. В некоторых автоматических системах смены печи положение регулирующего клапана используется как сигнал, инициирующий замену печи.

Магистраль холодного дутья также оснащена дышащим клапаном, обычно расположенным рядом с доменной печью, который открывается, когда необходимо быстро снизить давление дутья. Это выпускает воздух холодного дутья в атмосферу и поддерживает положительное давление в линии холодного дутья, так что газ из печи не может вернуться к воздуходувке. Из-за быстрого выброса воздуха при открытии нюхательного клапана он обычно снабжен глушителем.

На установках, где воздушное дутье обогащается кислородом, кислород может подаваться при атмосферном давлении на вход турбонагнетателя или под давлением в магистрали холодного дутья. Влага добавляется в трубопровод холодного дутья, когда это требуется для контроля влажности струи.

Воздухонагреватель представляет собой устройство для непрерывной подачи горячего дутья в доменную печь. Перед подачей дутья к фурмам доменной печи его предварительно нагревают, пропуская через регенеративные воздухонагреватели, которые нагреваются в основном за счет сжигания колошникового газа (доменного газа). Таким образом, часть энергии колошникового газа возвращается в доменную печь в виде физического тепла. Эта дополнительная тепловая энергия, возвращаемая в доменную печь в виде тепла, существенно снижает потребность в доменном коксе и облегчает впрыск вспомогательного топлива, такого как пылевидный уголь, в качестве замены дорогого металлургического кокса. Это повышает эффективность процесса. Воздухонагреватели современной доменной печи имеют следующие характеристики.

• Достижение высокоэффективного сжигания — достижение высокоэффективного сжигания даже при работе только с доменным газом.
• Меньшее тепловое излучение от корпуса печи.
• Низкие затраты на строительство.
• Высокий срок службы печи. Ожидаемый срок службы современной печи составляет около 40 лет.
• Полное устранение коррозионного растрескивания под напряжением.
• Низкая концентрация несгоревшего CO над верхней поверхностью ячеистого кирпича.

Большинство доменных печей оборудовано тремя воздухонагревателями, хотя в некоторых доменных печах их четыре. Печи представляют собой высокие цилиндрические стальные конструкции, футерованные изоляцией и почти полностью заполненные шашечными кирпичами, в которых тепло накапливается, а затем передается воздушному дутью. Каждая печь по диаметру примерно равна доменной печи, а высота столба шашек примерно в 1,5 раза больше рабочей высоты доменной печи. На современных доменных печах отношение размера печи к размеру печи еще больше. Воздухонагреватели были отдельно описаны в статье http://www.ispatguru.com/generation-of-hot-air-blast-and-hot-blast-stoves/.

Горячее дутье подается от доменных воздухонагревателей к доменной печи по большому воздуховоду с огнеупорной футеровкой, называемому магистралью горячего дутья. Постоянная высокая температура дутья горячего воздуха имеет решающее значение для эффективной работы доменной печи. Конструкции магистрали горячего дутья вместе с трубой суеты должны учитывать движения системы и остаточные расширения, чтобы обеспечить бесперебойную работу. Перед проектировщиком магистрали горячего дутья доменной печи стоит несколько уникальных задач. Магистраль горячего дутья обычно представляет собой трубу большого диаметра, подверженную ряду компонентов теплового расширения. Система компенсационных швов должна быть спроектирована так, чтобы компенсировать тепловые перемещения в направлениях X, Y и Z соединений ответвления печи, основной трубы и дымохода. Тепловые перемещения возникают из-за изменений температуры кожи, вызванных средой, а также из-за изменений температуры тяг и конструкций из-за изменений условий окружающей среды. Следует также учитывать силы и движения, воздействующие на соединения и конструкции печи, а также напряжения в системе трубопроводов горячего дутья. Наконец, компенсаторы должны работать в течение длительной доменной кампании с минимальными требованиями к техническому обслуживанию.

Существует большое количество клапанов и фитингов, которые необходимы для системы продувки воздухом. Некоторые из основных клапанов приведены ниже.

• Клапан холодного дутья – предназначен для полного отделения воздухонагревателя доменной печи от магистрали холодного дутья. Устанавливается на горизонтальной магистрали холодного дутья возле печи.
• Клапан Snort – устанавливается в магистрали линии холодного дутья. Клапан имеет продувочное устройство. Используется для регулирования количества холодного дутья, подаваемого в печи, без создания противодавления на нагнетатель, так как избыток воздуха выдувается через продувочное устройство, которое механически связано с главным клапаном для пропорционального открытия/закрытия. .
• Кран горячего дутья – Предназначен для отделения воздухонагревателя доменной печи от магистрали горячего дутья, при работе воздухонагревателя в режиме «на обогрев» или при полном отделении от доменной печи. Этот клапан устанавливается в горизонтальной магистрали горячего дутья рядом с печью.
• Клапан атмосферный – Предназначен для выпуска топки доменной печи из дымовой трубы.
• Кран дроссельный газовый – предназначен для регулирования газа, подаваемого на газовую горелку воздухонагревателя, и полного размыкания трубопровода газовой горелки как при нормальной работе, так и при отключении электропитания. Устанавливается на вертикальный участок газопровода.
• Смесительный дроссельный клапан- предназначен для регулировки скорости холодного дутья. Монтируется на вертикальном участке магистрали холодного дутья возле печи.
• Дымоходная задвижка – предназначена для отделения топки доменной печи от дымохода.
• Клапан сепараторный – предназначен для быстрого перекрытия участка воздухопровода смешения в случае прекращения подачи дутья в топку. Устанавливается на горизонтальном участке линии смешения холодного дутья.

Круглая труба большого диаметра, которая окружает доменную печь выше уровня кожуха, называется трубой суеты. Он используется для распределения воздуха горячего дутья из магистрали горячего дутья в печь через ряд сопел, называемых фурмами. Труба суеты изнутри облицована огнеупором, чтобы изолировать и защитить внешнюю стальную оболочку от высокотемпературного воздуха внутри.

Фурмы - это небольшие трубы, которые позволяют горячему воздуху из трубы суеты поступать в доменную печь. Они представляют собой сопла специальной формы, через которые в доменную печь нагнетается дутье горячего воздуха. Они изготовлены из меди и обычно имеют водяное охлаждение, так как на них непосредственно воздействует температура печи. Они расположены вокруг доменной печи, как спицы на ступице велосипедного колеса. Фурменный шток – это узел гусиной шейки, компенсационного сильфона, соединительной трубы, колена, глазка, продувочной трубы, устройства крепления и натяжного устройства. Фурменные штоки, как соединение между фурменной трубой и фурмой, приспосабливаются к относительным перемещениям между системой подачи горячего дутья и доменной печью.

Паяльная трубка, которая соединяет систему горячего дутья с фурмой, вставляется в обработанное сферическое гнездо в основании фурмы. Фурменный охладитель и фурма имеют водяное охлаждение. На современных доменных печах, использующих температуру горячего дутья выше 1150°С, водоводы корпуса фурмы рассчитаны на поддержание скорости воды выше 20 м/с, а водоводы носовой части фурмы рассчитаны на поддержание скорости воды выше 28 м/с для улучшения скорость теплопередачи. В некоторых современных доменных печах носовая часть дутьевой трубы также охлаждается водой, хотя в большинстве старых печей этого не делается. Форсунка для впрыска топлива входит через стенку нагнетательной трубки и обычно выпускает топливо немного от центральной линии и примерно на 50 мм назад от носовой части нагнетательной трубки. Некоторые доменные печи оснащены системами двойного впрыска, которые имеют два отверстия в паяльной трубе для облегчения подачи нескольких фурменных топлив. С увеличением использования пылевидного угля в качестве фурменного топлива размещение впрыскивающей фурмы становится более важным для предотвращения столкновения с внутренней частью фурмы и для лучшего сгорания угля. Паяльная трубка плотно прилегает к фурме за счет натяжения уздечного стержня, соединяющего шток фурмы с кожухом пода. Пружина уздечки на конце стержня уздечки допускает ограниченное движение, когда паяльная трубка расширяется и сжимается при изменении температуры горячего дутья. Сама паяльная трубка представляет собой трубку из легированной стали, облицованную огнеупорным материалом, чтобы металл не перегревался.

Основные детали фурменного штока жестко соединены полированными коническими поверхностями за счет последовательного плотного расположения следующей детали в предыдущей. Таким образом, плотно прилегающие конические поверхности обеспечивают герметичность соединения. Нарушение рабочего цикла нагрева, а также негерметичность одного из стыков фурменного штока приводит к прогоранию элементов конструкции и выходам из строя.

Фурма, фурменный холодильник и дутьевая труба работают в самых тяжелых температурных условиях. Фурменный холодильник размещен в груди футеровки печи. Сопло соединяется с фурмой, которая уже находится на глубине от 250 до 350 мм внутри корпуса доменной печи.

Дутьевые трубы обычно изготавливаются из стали с покрытием из специальной керамической огнеупорной футеровки. Фурмы изготовлены из меди. Ранее фурмы арт-типа изготавливались из штампованных медных листов с толщиной стенки до 8 мм. В настоящее время фурмы обычно изготавливают из центробежно-литой меди, что обеспечивает максимальный срок службы фурмы за счет высокой технологичности, обеспечивающей высочайшую однородность материала и отсутствие микропор. Однако этот способ несколько дороже, чем изготовление фурм методом вакуумного литья. Последний также иногда применяется при производстве фурм и имеет меньшую стоимость переработки, но возможна небольшая неоднородность материала. Так или иначе, литейный способ изготовления фурм почти вытеснил применение сварной конструкции фурм из-за меньшей эксплуатационной производительности, несмотря на меньшую себестоимость, связанную также с литьем полых медных фурменных охладителей. Охладитель фурмы также изготавливается литьем из меди (реже из бронзы). Он монтируется в груди футеровки печи и крепится через фланец с дополнительной приваркой к кожуху пода.

Охлаждение фурмы доменной печи осуществляется водой, подаваемой со скоростью 15 – 25 м3/час непосредственно на внутреннюю поверхность фурмы. Температура нагрева отводимой охлаждающей воды не должна превышать 15 град С. Давление охлаждающей воды, подаваемой на торец фурмы и фурменного охладителя, обычно не превышает 5‒10 кг/см2. Использование меди (с содержанием Cu не менее 99,5%) в качестве материала конструкции позволяет эффективно отводить тепло от корпуса конуса фурмы, работающей в экстремально жарких условиях.

В задней части фурменного штока на центральной линии паяльной трубы и фурмы есть небольшое отверстие, через которое можно вставить стержень для очистки материала из паяльной трубы. Отверстие закрыто крышкой, которую можно открыть при необходимости, но в закрытом состоянии она газонепроницаема. В этом колпаке, называемом фурменным колпаком или калиткой, имеется застекленный глазок, который позволяет оператору осматривать внутреннюю часть печи непосредственно перед фурмой. Верхняя часть штока соединена шарнирным соединением с футерованным огнеупором патрубком гузнека, к которому он прижат проушинами и шпонками, входящими в гнезда подвесных стержней. Каждая гусиная шея, в свою очередь, соединена фланцами и болтами с горловиной, идущей радиально от внутреннего диаметра жерновной трубы. Фурменные ложи рассчитаны на долгий срок службы и простоту в обращении. Схемы типичного расположения фурменного штока показаны на рис. 2.

Рис. 2. Схема типичного расположения фурменного ложа