Повышение эффективности работы газовых трактов и регенеративной системы подовых сталеплавильных печей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова

(Филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Домашнее задание № 1

по предмету «ЭнергоресурсосбережениЕ»

на тему: «ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГАЗОВЫХ ТРАКТОВ И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ПОДОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ»

Выполнила Студентка гр. МЧМ-08−1д Дурнева О.В.

Проверил:

Меркер Э.Э.

Старый Оскол 2012 г.

Введение

Для решения комплекса задач по интенсификации тепломассообменных процессов и совершенствованию конструкции подовых сталеплавильных печей, кроме разработки и осуществления нового способа и режимов отопления, направленного теплообмена между факелом и ванной, газокислородной продувки, совершенствования конструкции газогорелочных и продувочных устройств необходимо решить некоторые вопросы повышения эффективности работы газовых трактов и регенеративной системы, являющихся лимитирующим звеном при дальнейшей интенсификации процессов в мартеновских и двухванных печах.

газовый мартеновский подовый печь ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГАЗОВЫХ ТРАКТОВ МАРТЕНОВСКИХ И ДВУХВАННЫХ ПЕЧЕЙ Характеристика дымоотводящих трактов.

Опыт работы сталеплавильных агрегатов свидетельствует о том, что существующие дымоотводящие тракты мартеновских и двухванных печей не обеспечивают полного удаления всех дымовых газ-зов, что снижает степень регенерации тепла отходящего дыма в мартеновских печах, способствует значительному перерасходу топлива и кислорода из-за потерь тепла с выбивающимися газами, ускоренному износу кладки плавильного пространства, а также затрудняет работу обслуживающего персонала. Ограниченность пропускной способности дымоходов не позволяет использовать такие эффективные методы интенсификации, как увеличение подачи тепла в ванну и повышение интенсивности продувки газокислородом. Увеличение пропускной способности дымовых трактов сталеплавильных печей позволит повысить производительность и эффективность их работы.

При изучении факторов, ограничивающих пропускную способность печной системы, определение объема дымовых газов в период завалки, прогрева, слива чугуна и плавления проводилось на основе балансового метода по составу сухого дыма, отобранного в отводящей головке.

Для определения полезной пропускной способности дымоотводящего тракта (количество дымовых газов в отводящей головке) использовалась водоохлаждаемая трубка Прандтля двойного динамического напора.

Анализом динамики основных параметров теплового режима характерных плавок, проведенных как с подачей кислорода в факел, так и с продувкой ванны кислородом, установлено, что дымоотводящий тракт не обеспечивает полного удаления дыма из плавильного пространства, и полезная пропускная способность тракта колеблется в пределах 58−70 тыс. м3/ч. В период завалки объем дымовых газов достигает 70−80 тыс. м3/ч, во время слива чугуна и в первую половину плавления — (80−90) тыс. м3/ч.

Следовательно, пропускная способность дымоотводящего тракта составляет не более 80%. Аналогичные данные получены и другими исследователями.

С применением кислорода для интенсификации процесса выплавки стали в мартеновских печах наибольшее количество газов образуется во время слива чугуна и в первую очередь половину плавления, достигая 100 тыс. м3/ч. Температура дымовых газов при этом составляет 1650−1670 °С.

Так как удаление дымовых газов и транспортировка их по тракту проводится отсасывающими тяговыми устройствами, то в направлении движения дымовых газов по тракту разрежение возрастает вследствие потерь напора дымососов на преодоление сопротивлений тракта, что подтверждается проведенными замерами на 640-т печах. Имеющие место разрежения в неплотном тракте приводят к подсосам в него атмосферного воздуха.

Результаты исследования плотности системы мартеновской печи с однооборотными регенераторами свидетельствуют о том, что в регенеративной системе подсосы воздуха больше, чем на остальном более протяженном участке дымового тракта, включающем борова, переводные устройства, котел-утилизатор, со значительно большим разрежением. Аналогичное распределение, подсосов воздуха имеет место и на мартеновских печах с двухоборотными регенераторами.

В однооборотных регенераторах подсосы воздуха через кладку находятся в пределах 0,18−0,55. Минимальные подсосы в регенеративную систему на мартеновских печах с однооборотными регенераторами составляют 0,18, а на печах с двухоборотными регенераторами — 0,37. Таким образом, кладка этого участка тракта, особенно плоских сводов шлаковиков и регенераторов, существенно неплотна, поэтому подсосы воздуха в регенеративную систему с двухоборотными регенераторами с 1,5—2,0 раза выше, чем с однооборотными.

Использование кислорода для продувки ванны сопровождается значительным угаром железа с брызгообразованием, что приводит не только к снижению выхода годной стали и к ускоренному износу кладки, но и к существенному выносу плавильной пыли с дымом. Так, при^{продувке} ванны мартеновской печи кислородом содержание пыли в дымовых газах после плавильного пространства достигает 30−65 г/м3, а на печах, работающих без кислорода, запыленность дымовых газов составляет 1,5—4,0 г/м3.

При продувке ванны кислородом с интенсивностью ~ 4000 нм3/ч в шлаковиках задерживается всего лишь 20−25% пыли, а содержание ее в дымовых газах перед регенераторами составляет 5−7 г/м3, достигая в начальный период продувки 25 г/м3. При продувке ванны кислородом снижение сепарации пыли в шлаковиках объясняется повышением дисперсности и парусности частиц пыли. Фракция пыли менее 10 мк в вертикальном канале без применения кислорода составляет 24%, а при продувке ванны кислородом достигает 66,5% и 80,8% — перед регенераторами.

С увеличением запыленности дымовых газов при применении кислорода значительно возрастает засорение пылью насадок регенераторов. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что при подаче кислорода в факел сопротивление насадок регенераторов в межремонтный период существенно возрастает, что проявляется в увеличении потерь статического напора на этом участке дымоотводящего тракта. Так как пыль преимущественно осаждается на горизонтальных участках насадок, то и уменьшение проходного сечения ячеек наблюдается в основном в горизонтальной плоскости верхнего ряда насадок, чем и объясняется рост сопротивления насадки.

В связи с засорением насадок регенераторов плавильной пылью ухудшаются показатели работы печи в межремонтный период, что приводит к сокращению его продолжительности.

В отличие от мартеновской печи дымоотводящий тракт двухванной печи не имеет регенераторов, что практически. исключает повышение сопротивления дымохода за счет заноса их плавильной пылью. Однако тракт не обеспечивает полного удаления дымовых газов из рабочего пространства вследствие подсосов через неплотности кладки и особенностей режима работы печи.

Обеспечение нормальных условий работы установленной за печью газоочистки (скруббер и электрофильтр) требует снижение температурь! дыма перед электрофильтром до 150—200 °С. Из-за организованной и неорганизованной подачи охладителей в дымоотводящий тракт количество дыма перед скруббером достигает 130— 140 тыс. м3/ч.

Характеристика воздухоподающих трактов.

Участок тракта от воздушного клапана до рабочего пространства мартеновской печи служит для поочередного отвода дыма и подачи воздуха. Нагрев воздуха на всем протяжении этого участка происходит за счет тепла, аккумулированного кладкой при движении дымовых газов. Тракт, включающий регенераторы, сборный боров, головку и шлаковик печи является регенеративной системой. Неплотности, присущие этому участку при отводе дымовых газов, остаются и при подаче воздуха. Проведенные исследования показывают, что в регенеративной системе при движении воздуха имеет место не только выбивание, но и подсос атмосферного воздуха. Это подтверждается характером распределения статических давлений по регенеративной системе, замеренных при различных расходах вентиляторного воздуха.

Так как двухванные сталеплавильные печи не имеют регенераторов, вентиляторный воздух не подается, поэтому режим давлений на тупиковой стороне, которая примыкает к продувочной камере, определяется только геометрическим напором. Под влиянием последнего на участке тупиковой стороны отсечный шибер — вертикальный канал устанавливается разрежение. В связи с тем, что на этом участке имеются существенные неплотности кладки, то при работе печи через тупиковый вертикальный канал в продувочную камеру подсасывается воздух в количества 20—25 тыс. м3/ч.

Фактический расход воздуха, поступающего в рабочее пространство, вследствие подсосов и выбиваний через неплотности кладки регенеративной системы мартеновских печей, существенно отличается от замеренного на шайбе в В двухванных сталеплавильных печах подсосанный через тупиковый тракт воздух поступает в рабочее пространство. Это увеличивает количество дымовых газов в печи, удаление которых не обеспечивается полезной пропускной способностью существующих дымоотводящих трактов. Результаты анализа параметров подающих трактов подовых сталеплавильных печей показали, что ликвидация или существенное уменьшение геометрического напора в опасных участках тракта и улучшение режима статистических давлений в этих местах является одним из перспективных путей улучшения их работы.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГАЗОВЫХ ТРАКТОВ И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ПОДОВЫХ ПЕЧЕЙ Совершенствование регенеративной системы мартеновских печей Технические решения по повышению производительности трактов испытаны на 640-т мартеновских печах комбината «Криворожсталь» .

Существенное значение для производительности печных трактов имеет сопротивление регенеративной системы, увеличивающееся от начала к концу кампании. На печах 1 и 2 по проекту были установлены однооборотные регенераторы с ячейкой насадки 157*157 мм, на печах 3—5 двухоборотные, с ячейкой в горячей камере 200*200 мм и в холодной 157*157 мм.

Замеренные разрежения на уровне верхнего ряда насадок при движении дымовых газов в течение 100 плавок после холодного ремонта и построенные по этим данным поля разрежений (изобары), характеризуются значительной неравномерностью.

Поскольку величина динамического напора оказывается прямо пропорциональной величине разрежения, то по изобарам можно судить о распределении дымовых газов по поверхности насадки, где имеет место значительная неравномерность распределения дымовых газов. На новых насадках максимальное количество продуктов сгорания проходит у торцевой стенки регенератора, а затем по мере заноса ячеек зона наибольшей пропускной способности смещается в сторону шлаковика.

Для обеспечения стабильной работы печей в межремонтный период (150 — 200 плавок) при интенсивной продувке ванны кислородом были разработаны и испытаны восемь типов насадок регенераторов с различными сечениями ячейки и толщиной кирпича.

Насадки однооборотных регенераторов и горячих камер двух оборотных были выполнены с размером ячейки 200*430 мм. Расстояние между опорными колосниками осталось неизменным, поэтому ячейки оказались вытянутыми поперек потока дыма.

Эта конструкция существенно снизила старение насадок. На одной из печей в горячих камерах ячейки были выложены вытянутыми вдоль потока дыма Чтобы определить пределы, до которых возможно увеличение ячеек без ухудшения службы регенераторов в горячих камерах одной из печей ячейки были выложены размером 430*430 мм.

Резкое уменьшение коэффициента заполнения насадки и поверхности нагрева привело к значительному возрастанию теплонапряжения верхних радов насадки, в результате чего огнеупоры 18—25 верхних рядов потрескались через 60—70 плавок от начала кампании разрушились.

С целью выяснения влияния изменения конструкции насадок на показатели работы печей были обработаны данные по 20 кампаниям мартеновских печей и проанализированы результаты теплотехнических измерений.

Из технико-экономических показателей плавок, проведенных с различными типами насадок регенераторов при отсутствии заносов следует, что увеличение размера ячеек при указанных условиях приводит к увеличению расхода топлива и кислорода.

По опробованным типам регенераторов были замерены температуры подогрева вентиляторного воздуха, поступающего в плавильное пространство в периоды завалки на нормально организованных плавках, проводившихся в начале кампании (в интервале 30—50 плавок), т. е при отсутствии влияния заносов плавильной пылью на сопротивление регенераторов и практически постоянных тепловых нагрузках и расходе вентиляторного воздуха.

На рис. 1 полученные данные представлены в виде экспоненциальных кривых, характеризующих изменение температуры подогрева воздуха в зависимости от длительности интервала между перекидками. Полученные закономерности свидетельствуют о том, что для однооборотных регенераторов с увеличением размера ячеек снижается температура нагреваемого воздуха.

По двухоборотным регенераторам с насадками типа II и IV уровень температуры воздуха одинаков вследствие 'равенства поверхности нагрева «холодной» насадки сравниваемых типов. С увеличением размера ячеек «горячих» камер для остальных типов насадок температура вентиляторного воздуха снижается.

Следовательно, с увеличением размера ячеек при нормальном состоянии насадочного кирпича вследствие уменьшения поверхности нагрева регенераторов происходит снижение температуры подогрева вентиляторного воздуха, что способствует перерасходу топлива и кислорода.

Увеличение размера ячеек обеспечивает более ровную работу мартеновской печи в течение межремонтного периода.

Новый способ устранения подсосов Подсосы воздуха через кладку дымоотводящего тракта происходят при наличии неплотностей кладки и разрежения в тракте. Меры, применяемые для ликвидации подсосов путем устранения неплотностей кладки, оказываются либо недостаточными, либо не во всех случаях осуществимыми.

Нами предложен новый метод устранения подсосов путем снижения разрежения в тракте. Это достигается сочетанием нагнетания дымовых газов в начале тракта с их отсосом в конце дымохода, причем нагнетание или отсос регулируются так, чтобы на каком-либо неплотном участке дымохода, например, в регенеративной системе мартеновской печи, установилось нулевое или близкое к нулю давление. Путем подбора соответствующего профиля дымохода или охлаждения дымовых газов водой нулевое давление можно распространить на значительный участок. Поскольку дымовые газы, покидающие плавильное пространство сталеплавильных подовых печей, имеют высокую температуру, то наиболее приемлемым нагнетателем является многосопловой газоструйный инжектор, рабочей средой которого может быть перегретый пар высокого давления, компрессорный воздух, продукты сгорания топлива, сжигаемого в специальных горелках или камере. Вертикальный канал является камерой смешения такого инжектора. Отсос дыма из дымового тракта осуществляется тяговым устройством (дымовой трубой, дымососом и т. д.).

Указанный метод устранения подсосов исследован на холодной модели дымоотводящего тракта 640-т мартеновской печи. При исследовании выполнена проверка методики расчета системы инжектор — неплотный тракт — дымосос, полученной на основе анализа схемы неплотного дымоотводящего тракта, который имеет неплотности в сечениях 5, 6 и 10.

Достоверность предложенной методики подтверждается результатами моделирования, а сущность раскрывается на котором приведены экспериментальные характеристики вентилятора, инжектора и тракта.

Эффективность предложенного способа повышения полезной производительности дымового тракта подтверждено моделированием. Созданное с помощью инжектора нулевое давление над регенератером повышает пропускную способность плотного тракта на 8,5%; при увеличении неплотности тракта эффективность применения инжектора повышается.

Устранение подсосов воздуха над насадкой в количестве П = 0,51 увеличивает полезную пропускную * способность тракта на 54,5%, а при самой низкой производительности тракта из-за значительных подсосов над регенератором, под насадкой и в борове применение инжектора повышает полезную пропускную способность дымового тракта на 73%. Во всех случаях расход рабочей среды не превышает 3,2% по весу от количества дымовых газов, удаляемых из рабочего пространства. Следовательно, чем больше неплотность трактов, тем выше эффективность применения предложенного способа устранения подсосов.

На 640-т мартеновской печи комбината «Криворожсталь» проведено опробирование многосоплового пароструйного инжектора, рассчитанного по разработанной методике. Рабочие сопла с цилиндрическим диаметром в 14,5 мм размещались в пяти водоохлаждаемых фурмах по пять сопел на каждой, т. е. 25 сопел в одном вертикальном канале.

Выполненные измерения состава дымовых газов и избыточных статических давлений в двух точках, в вертикальном канале непосредственно над фурмами и в плоскости боковой стенки регенератора в 1,5 м от перевала на высоте 1,0 м над поверхность" насадки, приведены в табл. 17, из которых следует, что применение инжектора в исследованном диапазоне расходов пара позволило более, чем в 2,5 раза уменьшить подсосы на рассматриваемом участке регенеративной системы. В этом случае разрежение над насадкой снизилось почти в 1,8 раза.

Применение пароструйного инжектора для ликвидации подсосов через кладку шлаковиков двухванной печи при движении дымовых газов обеспечивает нулевое давление в сечении после шлаковика. При этом в шлаковик впрыскивается 2,5 кг/с воды, организованный подсос составляет 9,8 кг/с, подсосы в общем борове — 3,9 кг/с. За счет большего снижения температуры дымовых газов на начальных участках тракта может быть достигнуто дальнейшее повышение полезной пропускной способности дымоотводящего тракта. Поскольку по условиям дожигания оксида углерода, который появляется за шлаковиком в отдельные моменты плавки, температура дыма не должна быть ниже 650—700 °С, проведен расчет варианта работы тракта двухванной печи со снижением температуры дымовых газов в шлаковике за счет пара инжекторов и воды до 700 °C. При этом устраняется организованный подсос, а остаются только естественные подсосы воздуха (3,69 кг/с в общем борове). Более рациональным является впрыскивание воды перед инжектором, что способствует повышению коэффициента инжекции, в этом случае полезная пропускная способность дымового тракта возрастает на 55% (до 30,6 кг/с) по сравнению с существующим вариантом, а расход пара на инжектор составляет 1,5 кг/с или 4,9% от полезной производительности тракта.

На двухванной печи может быть применен пароструйный инжектор для ликвидации подсосов со стороны тупиковой головки. Напор, создаваемый инжектором, должен компенсировать разрежение, которое устанавливается под действием геометрического напора и, как известно, составляет в борове за шлаковиком около 80 Па. При нагревании, пара инжектором в замкнутое пространство при установившемся режиме работы возникает рециркуляция и практически весь пар поступает в рабочее пространство.

С использованием предложенного способа повышения производительности дымоотводящего тракта и методики расчета неплотного канала разработан вариант устранения подсосов через тупиковый тракт двухванной печи путем организации газодинамического перекрытия вертикального канала факелами, организованными горелкой с расходом 400—500*м3/ч природного газа (рис. 62). Внедрение этого варианта на комбинате «Криворожсталь» позволяет снизить подсосы и увеличить подогрев кладки головки тупикового тракта, но существенно улучшает тепловую работу печи и нагрев металлической ванны и дает возможность уменьшить на 10—20 кг на тонну ста-ми расход чугуна в шихте, заменив его ломом.

1. И. И. Кабезов — энергосберегающие методы интенсификации сталеплавильных процессов