Система охолодження металургійного агрегату

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, а саме – до конструкції системи для охолодження металургійного агрегату. Система містить охолоджувану секцію, яка складається з зон охолодження з охолоджуваними елементами, що з'єднані з підвідними та відвідними колекторами, бак, який розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баку, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баку і теплообмінник. При цьому система обладнана спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, а відвідні колектори кожної зони охолодження з'єднані з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баку. Винахід забезпечує підвищенні надійності та ефективності охолодження металургійного агрегату. UA 102226 C2 (12) UA 102226 C2 UA 102226 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід, що заявляється, належить до галузі чорної металургії та може бути використаний для охолодження металургійних агрегатів, наприклад, доменних печей, нагрівальних печей штовхального типу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до об'єкту, що заявляється, є система охолодження доменної печі, що містить секції охолодження, кожна з яких складається з охолоджуваних зон, які з'єднані з підвідними і відвідними колекторами, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами секцій охолодження. Відвідні колектори кожної секції охолодження з'єднані з відвідними трубопроводами. Ця система охолодження доменної печі обладнана збірним колектором нижньої зони охолодження та збірним колектором верхньої зони охолодження. При цьому збірний колектор нижньої зони охолодження з'єднаний відвідним трубопроводом з підвідним колектором верхньої зони охолодження. Збірний колектор верхньої зони охолодження з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом через циркуляційний насос з напірним магістральним трубопроводом. Система також обладнана баком, який розташований вище відвідних колекторів верхньої зони охолодження та з'єднаний зі всмоктувальним магістральним трубопроводом, теплообмінником, який встановлений на всмоктувальному магістральному трубопроводі, пристроєм для поповнення води, з'єднаним електроавтоматикою з датчиком рівня води в баку; пристроєм для створення підвищеного тиску газу в баку (патент UA № 76652 С2, 15.08.2006). У системи охолодження металургійного агрегату, що заявляється, і вибраного найближчого аналогу збігаються такі суттєві ознаки. Обидві системи містять охолоджувану секцію, яка складається з зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними і відвідними колекторами, бак, що розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, який з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, який з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баку, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баку і теплообмінник. Аналіз технічних властивостей найближчого аналогу, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату при використанні прототипу перешкоджають такі причини. Охолодження металургійного агрегату недостатньо надійне та ефективне через те, що температура охолоджуючої води, яка подається в кожну зону охолодження кожної охолоджуваної секції, неоднакова. У кожну наступну зону охолодження даної охолоджуваної секції подається вода вже нагріта в попередній зоні охолодження, через що, при порушенні роботи в одній зоні охолодження, порушується робота всієї системи охолодження металургійного агрегату. При цьому витрата охолодної води в кожній охолоджуваній зоні при послідовному проходженні водою всіх охолоджуваних зон однакова, що ускладнює забезпечення ефективного охолодження зон, які перебувають у різних температурних умовах. В основу об'єкта, що заявляється, поставлено задачу створити таку систему охолодження металургійного агрегату, в якій удосконалення шляхом введення нових елементів і нових зв'язків між елементами дозволять при використанні об'єкта, що заявляється, забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні надійності та ефективності охолодження металургійного агрегату. Система охолодження металургійного агрегату, що заявляється, містить охолоджувану секцію, яка складається з зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними і відвідними колекторами, бак, що розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баку, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баку і теплообмінник. Відмітною рисою системи охолодження металургійного агрегату, що заявляється, є наступне. Система охолодження металургійного агрегату, що заявляється, обладнана спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження. При цьому відвідні колектори кожної зони охолодження з'єднані з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баку. В окремих випадках виконання система охолодження металургійного агрегату характеризується тим, що теплообмінник встановлений на напірному магістральному трубопроводі. 1 UA 102226 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При використанні об'єкта, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні надійності і ефективності охолодження металургійного агрегату. Між сукупністю суттєвих ознак об'єкта, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Обладнання системи охолодження спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, з'єднання відвідних колекторів кожної зони охолодження з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баку, забезпечує паралельну (а не послідовну) подачу охолодженої в теплообміннику води до всіх зон охолодження і вирівнювання тиску та температури охолоджуваної води, яка надійшла в бак через відвідні трубопроводи від всіх охолоджуваних зон, перед новим циклом подачі води з баку в спільний роздавальний колектор. При цьому температура охолоджуваної води, що подається в кожну зону охолодження охолоджуваної секції, буде однакова, і порушення роботи в одній зоні охолодження не буде порушувати роботу всієї системи охолодження металургійного агрегату. Крім того, при паралельному проходженні водою всіх охолоджуваних зон можна задати різну витрату охолодної води в кожній охолоджуваній зоні, що полегшує забезпечення ефективного охолодження зон, які перебувають у різних температурних умовах. Установка теплообмінника на напірному магістральному трубопроводі (а не на відвідному магістральному трубопроводі) забезпечує зниження робочого тиску в баку, що сприяє зменшенню металоємності баку, підвищенню безпеки роботи системи та зменшенню насичення охолодної води газом у баку. Суть об'єкта, що заявляється, пояснюється графічним кресленням системи охолодження на кресленні, де зображена принципова схема системи охолодження такого металургійного агрегату, як доменна піч, з зображенням чотирьох зон охолодження однієї з охолоджуваних секцій доменної печі. На представленій принциповій схемі системи охолодження доменної печі позиціями позначені такі елементи: 1 - нижня зона охолодження; 2 - середня зона охолодження; 3 - верхня зона охолодження; 4 - зона підподового охолодження; 5 - підвідні колектори; 6 - відвідні колектори; 7 - підвідні колектори; 8 - відвідні колектори; 9 - підвідні колектори; 10 - відвідні колектори; 11 - підвідний колектор; 12 - відвідний колектор; 13 - спільний роздавальний колектор; 14 - всмоктувальний магістральний трубопровід; 15 - напірний магістральний трубопровід; 16 - відвідний трубопровід; 17 - відвідний трубопровід; 18 - відвідний трубопровід; 19 - відвідний трубопровід; 20 - бак; 21 - спільний підвідний трубопровід; 22 - циркуляційний насос; 23 - пристрій для поповнення води; 24 - клапан; 25 - датчик рівня води; 26 - пристрій для створення підвищеного тиску газу; 27 - клапан; 28 - теплообмінник; 29 - нормальний рівень води в баку; 30 - запірна арматура (зворотний клапан); 31 - всмоктувальна ділянка спільного роздавального колектора; 32 - напірна ділянка спільного роздавального колектора; 2 UA 102226 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 33 - запірна арматура; 34 - запірна арматура; 35 - підвідний трубопровід; 36 - підвідний трубопровід; 37 - підвідний трубопровід; 38 - підвідний трубопровід; 39 - запірна арматура; 40 - запірна арматура; 41 - запірна арматура; 42 - запірна арматура. У конкретному прикладі виконання система охолодження металургійного агрегату, наприклад, доменної печі, яка обладнана двома аналогічними вертикальними охолоджуваними секціями, містить нижню зону охолодження 1, середню зону охолодження 2, верхню зону охолодження 3 та зону підподового охолодження 4. Охолоджувані елементи нижньої зони охолодження 1 з'єднані з підвідними колекторами 5 та з відвідними колекторами 6. Охолоджувані елементи середньої зони охолодження 2 з'єднані з підвідними колекторами 7 та з відвідними колекторами 8. Охолоджувані елементи верхньої зони охолодження 3 з'єднані з підвідними колекторами 9 та з відвідними колекторами 10. Охолоджувані елементи зони підподового охолодження 4 з'єднані з підвідним колектором 11 та з відвідним колектором 12. Система охолодження містить спільний роздавальний колектор 13 та всмоктувальний магістральний трубопровід 14, при цьому спільний роздавальний колектор 13 з'єднаний з напірним магістральним трубопроводом 15 та з підвідними колекторами 5, 7, 9 та 11 відповідних зон охолодження 1, 2, 3 та 4. Відвідні колектори 6, 8, 10 і 12 зон охолодження 1, 2, 3 і 4 зон охолодження, відповідно, з'єднані з відвідними трубопроводами 16, 17, 18 та 19 зон охолодження. Бак 20 розташований вище відвідних колекторів 10 верхньої зони охолодження 3 та з'єднаний через спільний підвідний трубопровід 21 з циркуляційним насосом 22. Пристрій для поповнення води 23 з'єднано через клапан 24 з баком 20. Клапан 24 електроавтоматикою електрично з'єднаний з датчиком 25 рівня води в баку. Система охолодження містить пристрій 26 для створення підвищеного тиску газу в баку, який з'єднаний з баком 20 через трубопровід з клапаном 27. На напірному магістральному трубопроводі 15 встановлений теплообмінник 28. Виходи відвідних трубопроводів 16, 17, 18 і 19 розташовані в баку 20 вище нормального рівня води 29. Спільний роздавальний колектор 13 розділений запірною арматурою 30 на всмоктувальну ділянку 31 і напірну ділянку 32. При цьому всмоктувальна ділянка 31 спільного роздавального колектора 13 з'єднана зі спільним підвідним трубопроводом 21 та зі всмоктувальним магістральним трубопроводом 14 через запірну арматуру 33. Напірна ділянка 32 спільного роздавального колектора 13 з'єднана через запірну арматуру 34 з напірним магістральним трубопроводом 15 і підвідними трубопроводами 35, 36, 37 та 38 з підвідними колекторами 5, 7, 9 та 11, відповідно, нижньої зони охолодження 1, середньої зони охолодження 2, верхньої зони охолодження 3 та зони підподового охолодження 4. Підвідні колектори, 5, 7, 9 і 11, відповідно, нижньої зони охолодження 1, середньої зони охолодження 2, верхньої зони охолодження 3 і зони підподового охолодження 4 з'єднані з напірною ділянкою 32 спільного роздавального колектора 13 через відповідну запірну арматуру 39, 40, 41 і 42. Охолодження доменної печі з використанням системи охолодження, що заявляється, здійснюється так. Спочатку система охолодження при відкритому повітряному клапані на баку 20 заповнюється за допомогою пристрою для поповнення води 23 через клапан 24 хімічно очищеною водою. Після досягнення заданого рівня води в баку 20 за сигналом датчика рівня води 25 клапан 24 закривається, і в баку 20, після його продувки азотом, створюють необхідний надлишковий тиск азоту, подаючи його від джерела газу 26 через клапан 27. Потім, після досягнення оптимального тиску в баку, в охолоджуваних елементах доменної печі та на вході циркуляційного насосу, включають циркуляційний насос 22. Охолодна вода надходить з баку 20 через спільний підвідний трубопровід 21 у всмоктувальну ділянку 31 спільного роздавального колектора 13, звідки, при відкритій запірній арматурі 30, заповнюється вся система водою. При відкритій запірній арматурі 33 через всмоктувальний магістральний трубопровід 14 охолодна вода всмоктується циркуляційним насосом 22 та подається в теплообмінник 28, де охолоджується. Охолоджена вода надходить по напірному магістральному трубопроводу 15 через відкриту запірну арматуру 34 у напірну ділянку 32 спільного роздавального колектора 13, створюючи необхідний тиск для закриття запірної арматури 30 (зворотного клапана). При цьому напірна ділянка 32 відключається від всмоктувальної ділянки 31 спільного роздавального колектора 13. Далі потік охолодної води 3 UA 102226 C2 5 10 15 розділяється на паралельні потоки за кількістю охолоджуваних зон, при цьому в кожній охолоджуваній зоні забезпечується задана витрата охолодної води. Після проходження кожної з охолоджуваних зон нагріта вода, через відвідні трубопроводи 16, 17, 18 та 19, надходить у бак 20 вище нормального рівня води 29. При цьому вирівнюється тиск води, яка надійшла в бак через відвідні трубопроводи від всіх охолоджуваних зон, та після змішування в баку вирівнюється температура охолоджуваної води. Далі через спільний підвідний трубопровід 21 вода знову надходить у всмоктувальну ділянку 31 спільного роздавального колектора 13, та процес повторюється. Якщо в процесі охолодження доменної печі рівень води в баку 20 знижується, тоді за командою датчика рівня води 25 відкривається клапан 24, і система через пристрій для поповнення води 23 поповнюється хімічно очищеною водою. Необхідний надлишковий тиск азоту в баку 20 регулюється пристроєм для створення підвищеного тиску газу 26, який за командою датчика подає азот від джерела газу 26 у бак 20 через клапан 27. Незалежне охолодження кожної зони доменної печі хімічно очищеною водою з однаковою для кожної зони охолодження початковою температурою води при заданій витраті охолодної води в кожній охолоджуваній зоні підвищує надійність та ефективність охолодження металургійного агрегату. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 1. Система охолодження металургійного агрегату, що містить охолоджувану секцію, яка складається з зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними і відвідними колекторами, бак, який розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баку, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баку та теплообмінник, яка відрізняється тим, що система обладнана спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, а відвідні колектори кожної зони охолодження з'єднані з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баку. 2. Система охолодження за п. 1, яка відрізняється тим, що теплообмінник встановлений на напірному магістральному трубопроводі. 4 UA 102226 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5