Испарительное охлаждение воздушных фурм доменных печей

На рис. 136 представлены различные схемы охлаждения фурм. При охлаждении технической водой наличие в воде солей временной жесткости и технических примесей приводит к отложению накипи на стенке, а также резкому ухудшению теплоотвода, что быстро выводит из строя фурмы.

Увеличение скорости при охлаждении технической водой также не исключает образования накипи, отрицательно влияющей на стойкость фурм. Применение же химически очищенной воды в том большом количестве, которое потребляют фурменные приборы (до 1000 м3/ч на доменную печь), практически нереально при существующей системе прямоточного водоснабжения.

Представляет интерес система охлаждения воздушных фурм и клапанов воздухонагревателей, примененная на доменной печи N° 3 завода в Нагоя (Япония). Фурмы охлаждаются химически очищенной водой, циркулирующей в замкнутом контуре с применением вакуума для увеличения недогрева воды. В специальном резервуаре с химически очищенной водой поддерживается разрежение с таким расчетом, чтобы температура кипения и, следовательно, температура воды в емкости не превышала 45° С.

Из вакуумной емкости вода с помощью насоса нагнетается в резервуар, расположенный на высоте 23 м, откуда подается на фурмы и шиберы. Нагретую после прохождения охлаждаемых элементов воду попутно пропускают через специальные холодильники подлещадного охлаждения и возвращают снова в вакуумную емкость. В емкости поддерживают давление порядка 0,05 ат, что соответствует температуре вскипания воды 40—45° С, поэтому нагретая вода, поступая в емкость, мгновенно вскипает, а выделяющийся пар (температурой 40—45° С) конденсируется морской водой, подаваемой в специальный конденсатор скрубберного типа, который сообщается с вакуумной емкостью.

За счет конденсации пара в емкости автоматически поддерживается разрежение, а накапливающиеся газообразные составляющие, находящиеся в циркулирующей воде, отсасываются специальным водоструйным эжектором. Унесенная морской водой сконденсировавшаяся химически очищенная вода пополняется из специального источника водоснабжения.

Однако такой способ охлаждения вряд ли экономически целесообразен, так как, кроме большого количества морской воды (в тех же количествах, как если бы они пропускались непосредственно через фурмы), теряется безвозвратно и отводимое тепло, и химически очищенная вода в виде уносимого конденсата.

Несколько больший недогрев до кипения при охлаждении холодной химически очищенной водой по сравнению с испарительным охлаждением, по-видимому, не имеет особого значения, так как само по себе увеличение недогрева без соответствующего изменения конструкции фурмы и повышения скорости воды, не гарантирует надежной работы фурмы при попадании на нее жидкого чугуна.

Задачу качественного охлаждения на протяжении всего периода работы фурм решает испарительное охлаждение, позволяющее, кроме того, упростить эксплуатацию, сократить расход воды на охлаждение и утилизировать тепло, отводимое с охлаждающей водой.

Промышленные испытания испарительного охлаждения воздушных фурм проводили эпизодически, начиная с 1946 г. на Донецком и Енакиевском металлургических заводах, а также на ММК.

Фурмы испытывали на естественной и принудительной циркуляции. Несмотря на несовершенные конструкции испытываемых фурм, которые не позволяли увеличивать до требуемых значений скорость охлаждающей воды, испытания подтвердили возможность перевода па испарительное охлаждение всех элементов фурменного прибора.

Принципиальная схема установки испарительного охлаждения воздушных фурм типовой доменной печи объемом 1386 M3 представлена на рис. 137.

Система состоит из барабана-сепаратора, являющегося резервуаром химически очищенной воды, циркуляционных насосов и коммуникационных трубопроводов, объединяющих в замкнутый циркуляционный контур фурмы, насосы и барабан-сепаратор.

Система работает следующим образом. Вода из барабана-сепаратора поступает через насос высокого давления производительностью 350 м3/ч в кольцевой распределительный коллектор переменного сечения, откуда равномерно распределяется по фурмам. При расходе воды в количестве 20—23 м3/ч на фурму давление воды на выходе из фурмы составит 6,35 ат. После прохождения через фурмы вода поступает в аналогичный кольцевой отводящий коллектор, и затем по подъемному тракту в барабан-сепаратор.

При средней тепловой нагрузке на фурму 150000 ккал/ч и расходе воды 20 м3/ч нагрев ее на выходе из фурмы составит всего 7—8° С, а недогрев до кипения 50° С (температура кипения воды при давлении 6,35 ат равна 160°С), т. е. фактически в полости охлаждения фурмы происходит только нагрев воды.

При этом вскипание и образование пароводяной смеси происходит практически в барабане-сепараторе.

Выход пара с установки составляет 4,5 г/ч, расход дополнительной химически очищенной воды 5 т/ч.

В системе предусмотрена возможность перевода на охлаждение технической водой всех фурм, для чего существует резерв технической воды в количестве 150—200 м3/ч, а также перевод каждой фурмы в отдельности, что достигается применением трехходовой арматуры на подводящем и отводящем трактах фурм.

Барабан-сепаратор расположен в галерее сепараторов печи и клапанов воздухонагревателей, насосы могут быть размещены под рабочей площадкой.

Контрольно-измерительная аппаратура, включающая замеры циркуляционных расходов, давления воды, выхода пара, датчики обнаружения прогара фурм, дистанционное управление работой насосов и т. д., находится в помещении КИП доменной печи.

Установка испарительного охлаждения воздушных фурм может быть запроектирована для работы в режиме без парообразования (по типу японской схемы), но без излишних потерь химически очищенной воды и воды, необходимой для конденсации образовавшегося пара. Для этой цели в циркуляционный контур подсоединяют специальный теплообменник, которому передается тепло, отведенное циркулирующей водой от элементов воздушных фурм.

В режиме работы с теплообменником барабан-сепаратор будет служить резервной емкостью с водой, так как температура циркулирующей воды будет задаваться условиями теплообменника, т. е. температурой используемого охладителя.

Отвод тепла фурм в теплообменнике может быть осуществлен пропусканием и испарением обычной технической воды с последующим удалением накипи либо с помощью ультразвука, либо механической обработкой.

В этом случае расход воды для конденсации пара составит всего 4—6 м3/ч, а конденсированная химически очищенная вода, оставаясь в циркуляционном контуре, исключает необходимость подпитки. Иначе говоря, образуется замкнутая система, практически не зависящая от источников водоснабжения.

Экономический эффект от применения испарительного охлаждения для воздушных фурм складывается из повышения их стойкости и улучшения энергетических показателей, исключения водопотребления и использования пара.