Схемы испарительного охлаждения холодильников

Для холодильников любых конструкций (плитовых, комбинированных и кронштейновых) можно успешно применять естественную циркуляцию. Здесь достаточно отметить, что вертикальные участки подъемной части контура установки испарительного охлаждения холодильников подходят для естественной циркуляции.

Специфической особенностью холодильников является крайне неравномерное распределение тепловых нагрузок по окружности печи. На рис. 52 показаны тепловые нагрузки на вертикальные ряды холодильников одной из доменных печей объемом 1033 м3. Из котельной техники и по результатам исследований циркуляции, произведенных в институте «Гипросталь», известно, что при параллельном объединении в один циркуляционный контур элементов с сильно отличающимися тепловыми нагрузками могут произойти нарушения циркуляции, например образование свободного уровня.

Чтобы исключить или по крайней мере свести к минимуму возможные нарушения циркуляции, холодильники группируют в отдельные секции (четыре или шесть) с параллельным объединением холодильников, вошедших в данную секцию. Такое объединение в секции выгодно в эксплуатации, так как при ремонте на охлаждение технической водой нужно переводить не все холодильники печи, а лишь холодильники одной секции.

Известны двух- и однозонная схемы соединения холодильников. При двухзонной схеме каждая секция холодильника состоит из двух групп. Каждую группу холодильников объединяют в самостоятельный циркуляционный контур и подсоединяют независимо к барабану-сепаратору системой опускных и подъемных труб. К первой группе холодильников относятся холодильники лещади, горна, фурменной зоны и заплечиков (нижняя зона), ко второй — холодильники маратора, распара и шахты (верхняя зона). Двухзонные схемы соединения холодильников применяли на первых установках испарительного охлаждения для большей маневренности. При таких схемах для проведения ремонта в системе охлаждения необходимо перевести на охлаждение технической водой примерно 1/12 часть холодильников. Двухзонная схема соединения холодильников приведена на рис. 53. Далее указано, что у данной схемы соединения есть крупные недостатки — самостоятельная циркуляция в холодильниках верхней зоны устанавливается лишь примерно через год после задувки печи, так как низкие тепловые нагрузки на холодильники шахты в течение первого года ее работы недостаточны для нормальной циркуляции. Поэтому для возникновения циркуляции в холодильниках верхней зоны предусмотрена перемычка между коллекторами обеих зон, что способствует циркуляции в верхней зоне. В результате накопления опыта эксплуатации было установлено, что применение двухзонной схемы не выгодно. Ей присущи следующие недостатки: недостаточная надежность циркуляции, сложность коммуникаций и большое число дополнительной запорной арматуры.

В настоящее время установки испарительного охлаждения холодильников доменных печей строят не по двухзонной схеме, а по однозонной. При этой схеме все холодильники печи объединены по вертикали, начиная с первого ряда холодильников лещади и кончая последним рядом холодильников шахты. При однозонной схеме надежная, устойчивая циркуляция устанавливается с первых дней задувки печи.

Несколько разновидностей однозонной схемы рассмотрены ниже:

1. Однозонная схема с коллекторным объединением опускных и подъемных труб. Такая схема изображена на рис. 54 и может быть применена при удаленном расположении барабана-сепаратора от холодильников печи. Данная схема является вполне надежной, достаточно удобной в эксплуатации и может быть рекомендована для практического применения.

2. Однозонная схема с коллекторным объединением опускных труб и индивидуальными подъемными трубами от каждого вертикального ряда холодильников. Эта схема нашла применение при близком размещении барабанов-сепараторов к холодильникам печи, когда протяженность подъемных труб невелика. Эта схема изображена на рис. 55. Ее применение на практике дает хорошие результаты и ее можно рекомендовать для широкого внедрения.

3. Однозонная схема с четырьмя опускными и четырьмя подъемными коллекторами (рис. 56). Если все трубки холодильников пронумеровать от 1 до 4, то все первые номера трубок будут соединены с первой парой (опускным и подъемным) коллекторов, все вторые номера со второй парой коллекторов, третьи номера трубок с третьей парой коллекторов и, наконец, четвертые номера с четвертой парой коллекторов. На каждом из опускных коллекторов установлена запорная арматура, при помощи которой он может быть полностью отключен от барабана-сепаратора.

Смысл данной схемы состоит в том, что для проведения ремонтных работ, определения вышедшей из строя трубы, отключения трубы и др. один из коллекторов и все соединенные с ним трубки можно отключать на длительное время. При этом холодильники будут нормально охлаждаться тремя работающими трубками. Вопрос нагревания холодильника при такой схеме работы рассмотрен далее. Безусловно, приведенная схема значительно сложней двух предыдущих, но она должна быть очень удобной в эксплуатации.

4. Однозонная схема с двумя опускными и двумя подъемными коллекторами (рис. 57). В этой схеме все трубки с четными номерами подсоединены к первой паре коллекторов, а все трубки с нечетными номерами — ко второй паре коллекторов. На каждом из опускных коллекторов установлена запорная арматура, при помощи которой можно отключить коллектор и подключать к нему трубки от барабана-сепаратора. Смысл данной схемы тот же, что и предыдущей. Она удобна при проведении ремонта. Схема эта несколько проще, чем четырехколлекторная, хотя ей присущи те же недостатки.

При выборе наиболее рациональной схемы соединения холодильников следует учитывать общие требования.

В основном все однозонные схемы удовлетворяют этим условиям. Для сравнительной оценки вариантов однозонной схемы рассмотрим два предельных случая:

1) стойкость холодильников шахты и заплечиков недостаточна из-за разрушения их цинком, что и имеет место при работе доменных печей на цинксодержащих рудах. Здесь примерно через год начинают выходить из строя отдельные трубки, а через 2—3 года уже есть полностью отключенные холодильники. В уцелевших холодильниках наблюдаются трещины;

2) стойкость холодильников шахты и заплечиков высокая. Через несколько лет работы появляются лишь единичные отключенные трубки. Такое положение обычно можно наблюдать на доменных печах, работающих на рудах, не содержащих цинка.

Применение четырех- и двухколлекторной схемы кажется более оправданным в случаях, где условия эксплуатации требуют частых переключений и поисков вышедших из строя трубок и холодильников. В начале, когда на печи будут единичные повреждения трубок холодильников, эти схемы будут удобны, так как позволят без спешки отыскать и отключать поврежденный участок. По мере увеличения числа отключенных трубок положение резко изменится, так как длительное отключение одного из коллекторов приведет к перегреву тех холодильников, в которых до этого уже были отключенные трубки. Таким образом, данные схемы через некоторое время окажутся неработоспособными. Если учесть, что им свойственны и другие недостатки — большая уязвимость секции при крупном нарушении (течи) в одном из холодильников или системе подводов опускных труб, то становится очевидным, что данные схемы в таком виде не могут быть рекомендованы для доменных печей, работающих на цинксодержащих рудах.

В тех случаях, когда стойкость холодильников доменных печей достаточно высока, применение двухтрубной и четырехтрубной схем мало оправдано, так как поиски вышедших из строя трубок являются редким явлением. Учитывая свойственные этим схемам недостатки, по мнению авторов, их применять не следует.

Двух- и четырехколлекторные схемы можно значительно улучшить, установив вентили на каждой подводящей трубке к холодильнику и сливы на каждом отводе из холодильника (рис. 58). Такая схема позволяет отключать один из дополнительных коллекторов, когда холодильники в хорошем состоянии, и работать по обычной схеме, когда состояние холодильников ухудшится. В последнем случае все переключения, связанные с поисками и отключением вышедших из строя холодильников, можно проводить при помощи установленной арматуры на подводах воды к холодильникам и сливам. Опасность оставления всей секции без воды при большой течи в одном из холодильников здесь устранена, благодаря возможности отключения вертикального ряда с поврежденным холодильником или отключения одной из вертикальных трубок.

Простые (одноколлекторные) однозонные схемы также можно несколько улучшить (рис. 59). Для этой цели на всех индивидуальных подводах к трубкам холодильников следует поставить запорные вентили, а на отводах предусмотреть сливы. Сливы можно сделать упрощенного типа в виде патрубков, закрытых пробками. Такая модернизированная схема является простой и надежной, она также дает возможность быстро и оперативно определять течи и отключать поврежденный участок. Вся секция с испарительного охлаждения на техническую воду и обратно переключается из галереи барабанов-сепараторов. Переключения, связанные с определением и отключением вышедшей из строя трубки, проводят со специальных площадок печи.

В последнее время предложено много других схем соединения холодильников. Например, рекомендуется объединять в одну группу несколько смежных холодильников и подсоединять их к небольшим барабанам-сепараторам, установленным на кольцевых площадках печи. У каждого из таких барабанов-сепараторов следует предусмотреть самостоятельный подвод питательной воды, отвод пара, систему продувки и резервирования технической водой. По мнению авторов, данная система не является удачной из-за сложности устройства и обслуживания.