11.05.2018

Методика расчета оптимального расхода воды на охлаждение доменных печей


Методика расчета оптимального расхода воды на охлаждение при водяном охлаждении состоит в анализе и подборе указанных выше данных, обеспечивающих постоянный отвод тепла — температуру стенки детали в пределах 400° С.

Тепловые показатели

Тепловые нагрузки и напряжения определяют по данным замеров, приведенным во втором разделе.

Качество охлаждающей воды

Качество воды определяется двумя показателями: содержанием механических примесей и химическим составом. Исключение выпадения механических примесей обеспечивается установкой сетчатых фильтров и созданием самоочищающих скоростей, составляющих более 0,8 м/сек.

Такая скорость может быть получена во всех трубчатых охлаждаемых элементах-холодильниках. Для полых деталей фурменных приборов, где скорость не превышает 0,1 м/сек, необходимо подавать воду без механических примесей.

Выпадение химических примесей в виде накипи определяется двумя факторами: температурой нагрева воды и местным кипением, при котором выпадают все соли жесткости.

Величину допустимой температуры воды, исключающей выпадение временной жесткости (при известном солевом составе), можно определить, пользуясь следующими уравнениями.

Для прямоточной системы — по эмпирической формуле:
где tпр — предельная температура выходящей воды, °C;

Nк — карбонатная жесткость охлаждающей воды, мг*экв/л.

Вычисленные по формуле (28) значения предельных температур для прямоточной системы водоснабжения приведены ниже:
Определение предельной температуры нагрева воды в оборотном цикле осуществляют по формуле
где tпр — предельная температура оборотного цикла, °C;

Nк — предельная карбонатная жесткость, устанавливающаяся в системе, при которой накипь не выпадает, мг*экв/л;

0 — окисляемость оборотной воды, мл/л О2;

Nнек — некарбонатная жесткость оборотной воды, мг*экв/л.

Вычисленные по этой формуле значения предельной температуры нагрева оборотной воды различного состава приведены в табл. 27.
Для определения предельной температуры воды во вновь строящемся оборотном цикле необходимо уметь рассчитывать окисляемость, карбонатную и некарбонатную жидкость оборотной воды по данным о составе ее в источнике водоснабжения и режиме работы оборотной системы.

Некарбонатную жесткость следует вычислять по формуле для определения предельных концентраций, поскольку соли некарбонатной жесткости в оборотной системе водоснабжения практически не выпадают:
где р1, р2, р3 — относительные потери воды, равные соответственно отношению количества воды, идущего на испарение, разбрызгивание и продувку к количеству воды, циркулирующему в системе;

Nнек — некарбонатная жесткость воды в источнике водоснабжения.

Для вычисления концентрации солей карбонатной жесткости в оборотной воде можно пользоваться формулой, аналогичной (30), так как из расчета мы получаем значения температуры воды, при которой они не выпадают.

Запишем эту формулу:
Здесь Nк и Nкі — значения карбонатной жесткости оборотной и добавочной воды (воды источника) соответственно.

Если предположить отсутствие выпадения и разложения органических веществ в оборотном цикле, то для окисляемости можно было бы записать аналогичное выражение
где 0 и 0' — соответственно значения окисляемости оборотной и добавочной воды.

Такая формула не учитывает распад и осаждение органических веществ в оборотном цикле и поэтому дает завышенное значение 0, а следовательно, и tпр.

Если принять, что окисляемость оборотной воды равна окисляемости добавочной, то при этом, с одной стороны, не учитывается накопление органических веществ в оборотном цикле, а с другой — их распад и выпадение в осадок. Так как эти факторы действуют в противоположных направлениях, то можно ожидать, что такой подход позволит уменьшить ошибку по сравнению с формулой (32).

Таким образом, для случая, когда окисляемость оборотной воды неизвестна, принимаем
Значения р1 для летнего периода времени приведены ниже:
Для промежуточных значений перепадов температур на охладителе величину р1 определяют интерполированием.

Значение р2 для охладителей различного типа даны ниже:
Величина продувки р3 зависит от состояния эксплуатации системы.

Пример расчета предельных температур нагрева воды для вновь проектируемых оборотных циклов. Рассчитать величину tпр для оборотного цикла при условии, что температурный перепад охладителя равен 10 град; охладитель — вентиляторная градирня при наличии водоуловителей.

Величина относительной продувки рз=3.

Из данных, приведенных выше, найдем значение р1=1,4 и р2=0,5.

Воспользовавшись формулами (30)-(32), найдем
Затем из уравнения (29) определим предельную температуру нагрева воды в оборотном цикле:
Результаты расчетов предельных температур нагрева циркулирующей воды по предлагаемому методу для охладителей некоторых типов в зависимости от физикохимических свойств добавочной воды приведены в табл. 28.

Различают шесть категорий воды в зависимости от величины предельной температуры ее нагрева, при которой не выпадают соли временной (табл. 29) жесткости.

Для исключения поверхностного кипения воды необходимо, чтобы ее скорость в детали была не менее величины, определяемой из формулы (25).
При тепловых напряжениях до 200 тыс. ккал/(м2*ч) значение vм должно быть не менее 0,6 м/сек.

В холодильниках доменных печей при нормальной работе, где тепловые напряжения не превышают 100 тыс. ккал/(м2*ч) и скорости больше 0,8 м/сек, поверхностное кипение практически исключено.

При нарушении нормальной работы (например, при подходе чугуна к холодильникам горна и лещади), когда резко возрастают тепловые напряжения, поверхностное кипение может протекать настолько интенсивно, что в короткий срок накипь полностью забивает трубки холодильников. В полых деталях фурменных приборов и шиберов, где тепловые напряжения достигают 400 тыс. ккал/(м2*ч) и скорости не превышают 0,1 м/сек, исключить местное кипение полностью невозможно.

Гидравлическая характеристика системы

К гидравлической характеристике системы относится конструкция охлаждаемых деталей, их соединение между собой и расположение по отношению друг к другу

Введем понятие идеальной схемы соединения охлаждаемых деталей. Это такая схема, при которой на каждую из групп последовательно соединенных охлаждаемых деталей поступает количество воды М, равное наибольшему из значений, определяемых из условий предотвращения выпадения накипи и взвесей.

Если при существующих (реальных) схемах коммуникаций подать на печь количество, равное сумме расходов ЕM, то на часть деталей придется расход больший, чем М, а на часть — меньший.

Чтобы при реальных схемах обеспечить на каждую из деталей подачу воды не меньше, чем М, нормами должна быть предусмотрена величина, превышающая SM.

Если обозначить величину нормативного расхода на печь с учетом гидравлики системы через Mс, то можно записать
где в>1 — коэффициент, зависящий от гидравлических характеристик системы и учитывающий отклонение распределения воды между деталями от идеального.

Для определения коэффициента р можно воспользоваться результатами гидравлических расчетов систем водяного охлаждения типовых доменных печей, выполненных Сантехпроектом.

При этом следует иметь в виду, что при проектировании систем водяного охлаждения типовых печей распределение расходов между отдельными деталями осуществляли, исходя из условия, что температурный перепад на них должен составлять 10 град, скорость в трубках — быть не менее 0,8 м/сек и давление в фурмах — больше давления в печи.

Значения коэффициентов в, полученные в зависимости от гидравлических характеристик систем водяного охлаждения типовых доменных печей, окажутся завышенными.

Найдем выражение для коэффициента в.

С этой целью введем обозначение:
где Mг — значение расхода на данный элемент типовой доменной печи, взятое из гидравлического расчета системы водяного охлаждения;

M — минимальный расход воды на деталь, исключающий выпадение накипи и взвесей.

В случае, если К>1, то расход, обеспечивающий отсутствие накипи и шлама, для данной группы охлаждаемых деталей должен быть меньше, чем Mг, если К<1, то больше чем Mг.

Наименьшее из значений коэффициентов К, определенных по всем группам охлаждаемых элементов, обозначим через Кmin.

Выше мы уже говорили, что в качестве нормативного расхода воды на печь следует принять такую величину, при которой расход на каждую из деталей будет не меньше, чем М.

Очевидно, что наименьшим значением расхода, для которого выполняется это условие, будет
Если, не изменяя гидравлических характеристик коммуникаций, принять расход на печь в соответствии с этой зависимостью, то расход на тот элемент, для которого K=Kmin, будет равен М, а на все остальные — больше, чем М.

Разделив левую и правую части выражения (36) на EM, получим

Таким образом, анализ гидравлических характеристик систем охлаждения каждой из печей сводится к вычислению коэффициента р, который показывает, насколько расход при данной системе соединения охлаждаемых деталей должен превысить расход EM при идеальной компоновке, обеспечивающей подачу на каждую деталь минимально необходимого количества воды.

Расчет расхода воды для доменной печи объемом 2000 м3 выполняют следующим образом. Определяют значения коэффициентов К для охлаждаемых деталей и выбирают минимальную его величину Kmin (табл. 30).
Тепловые нагрузки приняты на основании потерь тепла, разработанных ВНИПИЧерметэнергоочистка (см. второй раздел) в результате многочисленных замеров, выполненных на работающих доменных печах. Расчет ведут исходя из предположения, что предельно допустимая температура охлаждающей воды tпp = 45° С, а температура на входе в охлаждаемую деталь 25° С. В табл. 31 приведены определенные таким образом значения Kmin и K* = Mc/EM для типоряда доменных печей при использовании для охлаждения воды различного качества в условиях оборотного водоснабжения. Анализ показал, что эти коэффициенты практически не зависят от объема печи и для всего типоряда их можно принимать одинаковыми.
На основании данных табл. 31 определяли коэффициент для каждой зоны печи.

Выбрав из табл. 30 значения M и из табл. 32 значения в, можно определить расход воды на печь Mc.

В табл. 33 приведены определенные таким образом расходы воды различного качества на доменную печь объемом 2000 м3. Из этой таблицы видно, что для обеспечения стойкой работы охлаждаемых деталей необходимо тем больше воды, чем ниже ее качество.

Поэтому следует обязательно подвергать воду химической обработке, что позволит сократить ее расход и увеличить срок службы доменных печей.





Яндекс.Метрика