Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров

При кислородно-конвертерном процессе продувка чугуна проводится через водоохлаждаемую фурму техническим кислородом (98−99,5%). Конвертерные газы состоят в основном из оксида углерода (СО = 90−95%) имеют высокую температуру (более 1700 С) и содержат значительное количество уноса (до 150 г/м3). Выход конвертерных газов цикличный, отличается большой неравномерностью. Продувка конвертера продолжается около 20 мин, длительность межпродувочного периода до 40 мин. Среднечасовой выход газа для конвертера 300 т составляет 1810 м3/ч, а максимальный расход 15 010 м3/ч. Выброс СО в таких количествах невозможен, поэтому их дожигание и охлаждение является технологической необходимостью. От конвертеров емкостью не более 150 т металла конвертерные газы направляются в радиационно-конвективный газоотводящий тракт охладителя, в полости которого происходят дожигание окиси углерода и использование тепловой энергии продуктов сгорания[5].

Исследование процесса сжигания конвертерных газов в полости охладителя позволило установить, что за время продувки конвертера кислородом содержание оксида углерода в газах, покидающих конвертер, сначала возрастает, достигает максимума и затем падает.

Котел ОКГ-100-ЗА — однобарабанный, вертикально-водотрубный, с многократной принудительной циркуляцией, имеет П-образную компоновку.

Подъемный газоход (камин) состоит (рис. 13) из наклонной и вертикальной части. Между конвертером3 и камином котла поддерживается разрежение 30−40 Па, обеспечивающее отсос всех газов из конвертераи подсос из атмосферы воздуха, необходимого для их сжигания. В период продувки конвертера пар вырабатывается в охладителе за счет теплоты, выделяющейся отсжигания конвертерных газов, а в межпродувочный период в котле сжигается смесь коксового и доменного газов, т. е. охладитель работает как энергетический котел. В период продувок через нижнее сечение камина подсасывается50—90тыс. м3 воздуха. Процесс перемешивания подсосанного воздуха с газами интенсифицируется острым дутьем от специальной воздуходувки. Расход воздуха через сопла острого дутья составляет 1416 тыс. м3/ч. Струи воздуха пронизывают поток конвертерных газов. Чем равномернее распределены струи по сечению камеры, тем интенсивнее протекает процесс перемешивания газа с воздухом.

1, 2 — наклонная и вертикальная части экранированного подъемного газохода; 3 — горловина конвертера; 4 — конвективный испаритель; 5 — экономайзеры; 6 — бункер; 7 — горловина; 8 — трубы Вентури; 9 — дымосос; 10 — труба; 11 — горелка для сжигания доменного газа; 12 — сопла острого дутья В верхней части подъемный газоход соединяется с горизонтальным газоходом 4, который переходит в опускной газоход 5. Нижняя часть опускного газохода представляет собой бункер 6 с горловиной7, через которую продукты сгорания поступают в двухходовое устройство8, состоящее из большого числа труб Вентури с индивидуальными форсунками и служащее для мокрой очистки.

Подъемный и горизонтальный газоходы полностью экранированы трубами диаметром 38 мм с шагом 42 мм. В опускном газоходе размещены конвективные испарительные поверхности нагрева и водяной экономайзер. На одной из боковых стен топки установлены две горелки для сжигания коксодоменного газа производительностью 10 тыс. м3/ч каждая. В результате проведенных тепловых испытаний установлено следующее:

котлы ОКГ-100-ЗА обеспечивают надежное использование тепловой энергии, выделяющейся при сжигании конвертерных газов, поступающих от 100-тонного конвертера;

максимальный выход конвертерных газовиз горловины конвертера составляет 33—40 тыс. м3/ч;

максимальная производительность котлов в период кислородной продувки конвертера (расход кислорода около 8 тыс. м3/ч) составляет 180—200 т/ч. Производительность охладителя при работе на коксодоменном газе равна 4045 т/ч (расход газа 1820 тыс. м3/ч).

В течение всех плавок обеспечивается полное сгорание, конвертерных газов. Максимальное содержание оксида углерода в горизонтальном (переходном) газоходе обычно не превышает 0,2—0,5%. Коэффициент полезного действия брутто котлов ОКГ-100-ЗА при сжигании конвертерных газов достигает 87—89%.

Рис. 14. Схема ОКГ-300 с аккумуляторомциркуляционного типа и газгольдером [5]:

1 циркуляционные насосы; 2 -паровой аккумулятор; 3 — газоплотная юбка; 4 — горелки; 5 — подъемный газоход; 6 — барабан-сепаратор; 7 — конвективный испаритель; 8 — экономайзер; 9 — труба Вентури; 10 — газоочистка; 11 — газгольдер: 12 дымовая труба; 13, 14 — дымососы; 15 смеситель; 16 — конвертер Для конвертеров большой производительности используются котлы без дожигания конвертерных газов. В период продувки в ОКГ используется физическая теплота и примерно 10% химической теплоты конвертерного газа при = 0,1. Такой коэффициент расхода воздуха принимается из-за трудностей полной герметизации газоотводящего тракта. После охлаждения и очистки весь газ направляется в газгольдер 11(рис. 14).

Из общего количества выработанного пара в период продувкичасть его передается потребителю, а другая часть аккумулируется в паровом аккумуляторе высокого давления.

В межпродувочный период, когда нет газовыделения, на выработку пара расходуется химическая и физическая теплота газгольдерного газа, кроме того, выделяется пар, аккумулированный в «горячей» воде. Количество аккумулируемой теплоты в аккумуляторе определяется из условия обеспечения стабильной паропроизводительности котла-охладителя в продолжение всего цикла конвертерной плавки стали.

Экраны, образующие поверхности нагрева, выполнены цельносварными, мембранными. Нижняя часть подъемного газохода котла (кессон) расположена над горловиной конвертера. В связи с работой ОКГ-300 по схеме без дожигания оксида углерода зазор между горловиной конвертера и кессоном уплотняют с помощью подвижной уплотнительной муфты («юбки»), что дает возможность поддерживать минимальный коэффициент избытка воздуха (0,05−0,11). Над кессоном установлен стационарный газоход ОКГ, состоящий из подъемной, переходной и опускной частей. Во время кислородной продувки газы из горловины конвертера с температурой 1600−1700 °С поступают в котел, где используется физическая и часть химической (соответствующей возможному присосу воздуха) теплоты для выработки насыщенного пара. Для снижения температуры уходящих продуктов сгорания на выходе из ОКГ до 300—380 °С, допускающей нормальную работу газоочистительной установки, в опускной газоход впрыскивают воду.

Котел оборудован системой автоматического питания на протяжении всей плавки; предусмотрена возможность перевода основных поверхностей нагрева на естественную циркуляцию. Такие охладители конвертерных газов имеют незначительное аэродинамическое сопротивление, высокую герметичность и надежность в эксплуатации и не накладывают ограничений на работу основного металлургического оборудования.

При работе ОКГ в переменных режимах на самих котлах выработка перегретого пара практически невозможна, поэтому для перегрева пара используют центральный пароперегреватель (рис. 15).

На фронтовой стене камеры установлена туннельная смесительная горелка доменного газа 1. В задней части камеры потолочные экранные трубы разведены в фестон 3 для прохода газов в газоход конвективной части пароперегревателя.

Пар от КУ поступает в радиационную часть пароперегревателя, затем по перепускным трубам подводится к верхнему пакету его конвективной части. Последняя выполнена по противоточной схеме с горизонтально расположенными змеевиками. Конвективная часть пароперегревателя состоит из двух блоков: первый по ходу пара выполнен из труб диаметром 323 мм, второй из труб диаметром 324 мм. Радиационная часть пароперегревателя выполнена из труб диаметром 323 мм.

Подогреватель доменного газа трубчатый, горизонтальный, расположен между двумя ступенями воздухоподогревателя. Доменный газ проходит внутри труб и делает два хода. Подогретый доменный газ подается к горелке центрального пароперегревателя. Воздухоподогреватель состоит из одноходового трубчатого куба в нижней части опускного газохода и двухходового куба в верхней части газохода. Трубы воздухоподогревателя расположены вертикально. Внутри труб проходят топочные газы. Подогретый воздух используется для сжигания доменного газа в смесительной горелке топки центрального пароперегревателя. Воздухоподогреватель и подогреватель доменного газа выполнены из труб диаметром 453 мм.

Центральный пароперегреватель рассчитан на паропроизводительность 40 т/ч. Давление пара на выходе из пароперегревателя ЦП-6О-С-45 составляет 4,5 МПа, а пароперегревателя ЦП-60-С-19 ~ 1,9 МПа. Температура пара на выходе из пароперегревателей равна соответственно 445 и 380 °C. Температура уходящих газов соответственно составляет 240 и 205 °C.

Рис. 15. Центральный пароперегреватель:

1 — горелка доменного газа; 2 — радиационный пароперегреватель; 3 — фестон; 4 — конвективный пароперегреватель; 5 — взрывные клапаны; 6, 8 — две ступени воздухоподогревателя; 7 — подогреватель доменного газа.