Спосіб нагрівання насадки регенеративного теплообмінника

1. Спосіб нагрівання насадки регенеративного теплообмінника, що включає спалювання палива і фільтрацію гарячих газів - продуктів згоряння, через насадку з наступним видаленням їх через газовід, який відрізняється тим, що при фільтрації газів збільшують їх тиск більше ніж на 12 кПа вище за атмосферний, частково закриваючи клапани, які встановлюють у газоводі. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що регенеративним теплообмінником є доменний повітронагрівач, при нагріванні насадки якого як паливо використовують доменний газ, відібраний з газоочистки доменної печі після скрубера високого тиску. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що регенеративним теплообмінником є доменний повітронагрівач, при нагріванні насадки якого для підтримки горіння палива використовують холодне дуття доменної печі. Винахід належить до металургійної теплотехніки і найефективніше може бути використаний при нагріванні дуття доменних печей. Відомий спосіб нагріву дуття у регенеративних повітронагрівачах із загальною камерою згоряння (АС №1235909, СРСР, БІ, 1986, - №21, МКИ4 С21В9/04), що включає підвищення тиску продуктів горіння в камері згоряння. Відомий спосіб не дозволяє вирішити задачу винаходу, оскільки тиск продуктів згоряння підвищують тільки в камері горіння, а в насадці повітронагрівачів тиск залишається близьким до атмосферного. В результаті скорочення тривалості нагріву насадки не відбувається. Відомий також спосіб нагріву насадки доменного повітронагрівача, що включає подачу в пальник для спалювання доменного газу разом з повітрям технічного кисню і фільтрацію газоподібних продуктів горіння через насадку при тиску, близькому до атмосферного (Грес Л.П. Енергозбереження при нагріві доменного дуття /Л.П.Грес Дніпропетровськ: Пороги, 2004. - 212с.). Відомий спосіб дозволяє збільшити температуру горіння, температуру куполу повітронагрівача, температуру дуття і відмовитися від використання дорогого природного газу у якості палива, обмежившись використанням низькокалорійного доменного газу. При цьому відомий спосіб не дозволяє вирішити задачу винаходу, оскільки не сприяє прискоренню нагріву насадки. Найбільш близьким технічним рішенням, прототипом, є традиційний спосіб нагріву насадки регенеративного доменного повітронагрівача, що включає спалювання палива і фільтрацію гарячих газів - продуктів горіння через насадку при тиску, близькому до атмосферного (Доменні повітронагрівачі /Ф.Р.Шкляр, В.М.Малкін, С.П.Каштанова та ін. - М.: Металургія, 1982. - 176с.). Відомий спосіб не дозволяє вирішити завдання винаходу, оскільки газопроникність насадки обмежує кількість газоподібних продуктів горіння, що проходять через неї і є теплоносіями. Таким чином, в одиницю часу через насадку пропускається обмежена кількість тепла, і відповідно обмежена кількість теплової енергії передається насадці, що не дозволяє збільшити швидкість її нагріву. В процесі експлуатації повітронагрівача, часткового руйнування насадки і зниження її газопроникно (19) UA (11) 88584 (13) (21) a200811670 (22) 30.09.2008 (24) 26.10.2009 (46) 26.10.2009, Бюл.№ 20, 2009 р. (72) КОЙФМАН ОЛЕКСІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ТОМАШ ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ, СІМКІН ОЛЕКСАНДР ІСАКОВИЧ, НІКОШ ІЛЛЯ АНАТОЛІЙОВИЧ, ЛІВШИЦ ДМИТРО АРНОЛЬДОВИЧ, ТРЕТЬЯКОВ ОЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ, КОВУРА ОЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ, ЗІНЧЕНКО ЮРІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, ВАСЬКЕВИЧ МИХАЙЛО ЯКОВИЧ (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОМБІНАТ "АЗОВСТАЛЬ", ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU 912760 A1, 15.03.1982 SU 1765178 A1, 30.09.1992 SU 931751 A1, 30.05.1982 JP 55103449 A, 07.08.1980 JP 58157909 A, 20.09.1983 C2 1 3 сті тривалість нагріву збільшується. Насадка не встигає нагріватися до заданих температур, унаслідок чого вимушено знижують температуру повітря, яке нагрівається. Задачею винаходу є інтенсифікація і скорочення тривалості нагріву насадки регенеративного теплообмінника, зокрема доменного повітронагрівача. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі нагріву насадки регенеративного теплообмінника, що включає спалювання палива і фільтрацію гарячих газів, - продуктів згоряння через насадку, відповідно до винаходу, при фільтрації газів збільшують їх тиск вище атмосферного. Поставлене завдання також вирішується тим, що при нагріві насадки доменного повітронагрівача як паливо застосовують доменний газ, відібраний з газоочистки доменної печі після скрубера високого тиску. Крім того, поставлене завдання вирішується тим, що при нагріві насадки доменного повітронагрівача для підтримки горіння палива використовують холодне дуття доменної печі. Винахід пояснюється кресленнями. На Фіг.1 представлені розрахункові залежності часу нагріву насадки і коефіцієнта використання тепла від тиску в регенераторі. На Фіг.2 представлена динаміка зміни температур нижнього горизонту насадки і відхідних газів. На Фіг.3 показаний розподіл температур по висоті насадки в кінці періоду нагріву при різному надмірному тиску в регенераторі. На Фіг.4 представлена схема регенеративного теплообмінника, що працює з підвищеним тиском газу при нагріві насадки. На Фіг.5 показана схема подачі і відведення газів блоку повітронагрівачів доменної печі, що працюють з підвищеним тиском при нагріві насадки. Регенеративні теплообмінники набули широкого використання в металургійній і хімічній промисловості. Регенератори застосовують для нагріву газу і повітря в коксових батареях, в мартенівських печах, у вагранках. Найбільш поширеними теплообмінниками регенеративного типу є доменні повітронагрівачі, призначені для нагріву дуття доменних печей. Основною частиною регенеративного теплообмінника є насадка з вогнетривкої цегли або блоків. Регенеративний теплообмінник є пристроєм періодичної дії, який працює в двох режимах, що чергуються: у режимі нагріву насадки, що акумулює тепло димових газів - теплоносіїв, продуктів згоряння палива, і в режимі нагріву повітря або газу. Нагрів повітря або газу є кінцевою метою роботи регенеративного теплообмінника. У режимі нагріву насадки в камері горіння або робочому просторі печі спалюють паливо. Гарячі димові гази, що утворюються при горінні, просмоктуються через насадку, віддаючи їй тепло, після чого викидаються у димар. У режимі нагріву повітря або газу через заздалегідь нагріту димом насадку пропускають холодне повітря або газ. Повітря або газ відбирає тепло, закумульоване насадкою, і нагрівається, тоді як насадка охолоджується. Після охолоджування насадки регенератор знов переходить в режим її нагріву. Безперерв 88584 4 ність нагріву повітря або газу забезпечують за рахунок використання двох або більше регенераторів. Для підвищення ефективності роботи регенеративного теплообмінника необхідно збільшувати тривалість режиму нагріву повітря або газу і зменшувати тривалість періоду нагріву насадки. Підвищити швидкість і зменшити тривалість нагріву насадки регенеративного теплообмінника гарячими газами можна: - збільшивши питому площу поверхні нагріву насадки; - збільшивши інтенсивність тепловіддачі від газу до насадки; - збільшивши кількість газу-теплоносія і, відповідно, кількість тепла, що вноситься до насадки, в одиницю часу. Збільшення питомої площі поверхні насадки є ефективним і широко використовуваним засобом інтенсифікації теплообміну на стадії проектування і виготовлення теплообмінника. Але після початку експлуатації вплинути на швидкість нагріву насадки за допомогою цього чинника неможливо. Інтенсивність тепловіддачі від газу до насадки зумовлюється різницею їх температур і теплотехнічними властивостями газу і матеріалу насадки. Можливості впливу на інтенсивність теплообміну обмежені. Збільшити кількість газу-теплоносія, що подається в одиницю часу, можна за рахунок підвищення газопроникності насадки. Проте можливості підвищення газопроникності насадки при одночасному збільшенні питомої площі поверхні обмежені. В процесі експлуатації газопроникність насадки знижується. Збільшити масову витрату газу-теплоносія при незмінних швидкості газового потоку і гідравлічному опорі нагрівача дозволяє підвищення тиску газу в насадці. Збільшення витрати теплоносія і збільшення приходу тепла в одиницю часу інтенсифікує теплообмін і забезпечує скорочення тривалості періоду нагріву. Вплив підвищення тиску в робочому просторі теплообмінника на швидкість нагріву насадки встановлювали розрахунковим шляхом. Для розрахунку був вибраний регенератор з наступними параметрами: висота насадки 30м, діаметр - 8,5м. Площа горизонтального перерізу регенератора: 2 2 SP=π·8,5 /4=56,7м . З метою спрощення аналізу було прийнято, що вся насадка виготовлена з одного матеріалу - шамоту. Щільність насадки, включаючи циліндричні канали для проходження газу, 1434,1 кг/м3. Середня уявна теплоємність 624Дж/м3·К. При спалюванні для нагріву насадки доменного газу вологістю 3,2% наступного складу: СО2 18%, CO - 25%, Н2 - 6%, N2 - 51%, - з коефіцієнтом 3 надлишку кисню α=1,1 на 1м газу витрачається 3 0,798м повітря вологістю 1,5%. Вихід продуктів горіння за нормальних умов (н. у.) становить 3 26м /с. Приведена до порожнього перерізу швидкість u0 димових газів в насадці за н. у. складе 26/56,7=0,46м/с, а фактична швидкість в циліндрових каналах насадки uф=u0/ε=0,46/0,376=1,22м/с, 3 3 де ε=0,376м /м - порозність насадки із стандартних шестикутних блоків насадок з циліндричними 5 88584 отворами радіусом 15мм. Ці показники відповідають реальному доменному повітронагрівачу. Були прийняті наступні вихідні дані: температура всієї насадки на початку нагріву t'=20°С; початкова температура потоку газу, що рухається через насадку зверху вниз, Т'=1200°С; нагрівання насадки відбувається до тих пір, поки її температура в нижній частині регенератора не досягне tКОН=300°С. На відміну від прийнятої схеми, в реальному доменному повітронагрівачі при переході до режиму нагріву насадки температура по висоті розподілена нерівномірно: вгорі насадка має температуру 1000-1100°С, а внизу - 100-300°С. Модельований режим більше нагадує сушку і розігрівання доменного повітронагрівача після ремонту. Розрахунки температурних полів при нагріванні нерухомого шару потоком гарячих газів базуються на рішенні задачі Т.Шумана (Телєгін А.С. Термодинаміка і тепло-масоперенос /А.С.Телєгін, B.C. Швидкий, Ю.Г.Ярошенко - М.: Металургія, 1980. - 264с.; Доменне виробництво: Довідкове видання в 2-х томах. - Том 1. Підготовка руд і доменний процес. - М.: Металургія, 1989. - 496с.) dθ = ϑ−θ, dY dϑ = θ−ϑ dZ T − t′ де θ - відносна температура газу, θ = ; T′ − t′ ϑ - відносна температура матеріалу насадки, t − t′ ; ϑ= T ′ − t′ k y Y - безрозмірна висота насадки, Y = v ; u0CГ Z - безрозмірний час, Z = kvτ ; Cкаж ρнас Т - температура газу, °С; t - температура насадки, °С; kv - об'ємний сумарний коефіцієнт тепловіддачі, що враховує конвективний теплообмін між газом і насадкою и передачу тепла теплопровідністю всередині насадки, k v = 1958,68 Вт 3 ; м К у - висота шару, відстань по вертикалі від верхньої межі насадки, м; u0 - швидкість продуктів горіння, приведена до пустого перерізу, м/с; СГ - теплоємність газу, СГ = 1557 Дж 3 ; м ⋅К τ - час, с; Скаж уявна теплоємність матеріалу насадки, Дж/м3·К; ρнас насипна щільність насадки, відношення маси насадки до її повного об'єму, включаючи циліндричні канали, кг/м3. Початкові умови: Y=0, θ=1, Z=0, ϑ=0. Для таких умов рішення задачі Шумана в найбільш зручній для розрахунків формі представляється наступними виразами: 6 ( ) ϑ= Z t − t′ = e− y ∫ e− δI0 2 Y ⋅ δ , T′ − t ′ 0 θ= Y T − t′ = 1 − e− z ∫ e−δI0 2 Z ⋅ δ , T′ − t′ 0 ( ) в яких відносні температури для матеріалів ϑ і для газу θ визначаються безрозмірними числами висоти шару Y і часу Z. I0(х) є функцією Бесселя першого роду нульового порядку від уявного аргументу і має вигляд: I 0 (x ) = (x ∞ ∑ k=0 / 2 )2 k (k ! )2 . Підставимо функцію Бесселя в рішення задачі Шумана (2 Z ∞ 0 k =0 ϑ = e− y ∫ e−δ ∑ θ = 1− e −z Y ∫e 0 −δ Y ⋅δ 2 (k!)2 (2 ∑ ∞ k =0 ) 2k Y ⋅δ 2 (k!)2 dδ, ) . 2k dδ, Після проведення математичних спрощень і інтегрування рішення задачі Шумана буде мати такий вигляд: ⎛ ∞ ⎛ Yi ⎛ i Zk ⎞ ⎞ ⎞ ⎟⎟⎟ ϑ = e− Y ⋅ ⎜ ∑ ⎜ ⋅ ⎜1 − e − z ∑ ⎜ ⎜ i! ⎜ k! ⎟ ⎟ ⎟ ⎜ i =0 k =0 ⎠⎠⎟ ⎝ ⎝ ⎝ ⎠ ⎛ ∞ ⎛ Zi ⎛ i Yk ⎞ ⎞ ⎞ ⎟⎟⎟ θ = 1 − e− Z ⋅ ⎜ ∑ ⎜ ⋅ ⎜1 − e− Y ∑ ⎜ ⎟ k! ⎟ ⎟ ⎟ ⎜ i=0 ⎜ i! ⎜ k =0 ⎠⎠⎠ ⎝ ⎝ ⎝ За вихідними даними розраховують значення безрозмірної висоти Y, що відповідає нижній межі насадки (у=30 м), і відносної температури нижньої межі насадки ϑ в кінці процесу нагрівання. Відносна температура насадки ϑ і її безрозмірна висота Y при атмосферному тискові у повітронагрівачі склали: k y 1958,68 ⋅ 30 = 82,378 ; Y= v = u0CГ 0,46 ⋅ 1557 t − t′ 300 − 20 = = 0,237 . ϑ= T′ − t′ 1200 − 20 За виведеними рівняннями наближеними методами розраховували значення безрозмірного часу Z нагріву насадки і відносної температури газів θ, що залишають насадку у кінці періоду нагрівання. Для розрахунків використано метод половинного ділення (бісекції). При атмосферному тискові у повітронагрівачі значення Z і θ склали: Z=73,931; θ=0,271. Час нагрівання насадки і кінцева температура відхідних газів за звичайних умов склали Z ⋅ CКАЖ ⋅ ρНАС 73,931⋅ 624 ⋅ 1434,1 τкон = = = kv 1958,68 = 33786,95с = 9,39 годин T=θ·(T'-t')+t'=0,271·(1200-20)+20=340°С. Час нагріву 9,4 години значно перевищує період нагріву насадки повітронагрівача у нормальному режимі його роботи. Це природно, оскільки у працюючому каупері в період нагріву насадка нагрівається не від холодного стану, а від 200-300°С внизу і 1000-1100°С вгорі, і, відповідно, тепла для 7 її нагріву необхідно менше. В той же час 9,4 годин набагато менше, ніж період сушки і розігрівання повітронагрівача після ремонту, але в цьому випадку нагрів свідомо ведуть уповільнено із зупинками і навіть періодичними охолоджуваннями, щоб уникнути руйнування і розтріскування насадки. За описаним алгоритмом виконаний розрахунок тривалості нагріву насадки при підвищеному тиску в робочому просторі теплообмінника. При збільшенні тиску в регенераторі можна збільшити витрату і приведену до нормальних умов швидкість продуктів горіння u0, зберігаючи постійною реальну швидкість газів u'0 і гідравлічний опір насадки u0=u'0(100+Р)/100, де Р - надмірний тиск в регенераторі, кПа. Збільшення приведеної до нормальних умов швидкості продуктів горіння u0 зменшує значення безрозмірної висоти насадки Y і скорочує час її нагріву. При надмірному тиску 50кПа час нагріву насадки скорочується до 6,1год., при 100кПа - до 4,5год. (Фіг.1, крива 1). Таким чином, підвищення тиску в регенеративному теплообміннику вище атмосферного дозволяє вирішити завдання винаходу: скоротити тривалість нагріву насадки. Тривалість нагріву скорочується при будь-якому надмірному тиску газу в насадці. Із збільшенням тиску газу ефект прискорення нагріву зростає. Помітним скорочення тривалості нагріву насадки, на 10% (0,94г) і більш, стає при надмірному тиску газу 12кПа і вище. Верхня раціональна межа підвищення тиску в регенеративному теплообміннику визначається технічними можливостями і необхідними витратами для його досягнення і може мінятися в різних випадках. Міняючи час нагріву t і, відповідно, значення Z, при постійних значеннях висоти у і Y, відповідних нижній межі насадки, за описаною методикою визначаємо динаміку зміни температури газів, що відходять, і нижнього горизонту насадки (Фіг.2). При збереженні незмінним часу нагріву tКОН і Z, рівного тривалості періоду нагріву насадки, і зміні відстані від верхньої межі кладки у і Y розраховували остаточний розподіл температури вогнетривких матеріалів по висоті теплообмінника (Фіг.3). Температури верхнього і нижнього горизонту насадки у кінці періоду нагріву становлять 1200 і 300 °С відповідно при різному тискові в регенераторі. Але температури середньої частини насадки зменшуються при підвищенні тиску, що свідчить про зниження кількості закумульованого тепла. Для оцінки ефективності використання теплової енергії газів розраховували коефіцієнт використання тепла (КВТ) Q −Q КВТ = Σ ⋅ 100 % QΣ де QΣ - сумарне тепло, внесене газом за весь період нагріву, Дж: Q Σ = C Г ⋅ u 0 ⋅ S p ⋅ T ′ ⋅ τ кон ; Q - тепло, що відноситься відхідними газами з регенератора за весь період нагріву, Дж: 88584 8 τкон ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ Q = CГ ⋅ u0 ⋅ Sp ⎜ t′ ⋅ τ0 + t(τ)dτ ⎟ ⎜ ⎟ τ0 ⎝ ⎠; ∫ τ0 - тривалість періоду нагріву до моменту початку підвищення температури відхідних газів, с; t(τ) - залежність температури відхідних газів від часу після початку її зростання (Фіг.2). При підвищенні тиску газів коефіцієнт використання тепла знижується (Фіг.1, крива 2). Проте зменшення ступеня використання тепла не велике: при збільшенні надмірного тиску з 0 до 100кПа КВТ знижується з 96,8 до 95,4%. Ефективність теплообміну між насадкою і газом при підвищенні тиску в насадці теплообмінника залишається вельми високою, а швидкість нагріву насадки значно зростає. Прискорений спосіб нагріву насадки з підвищеним тиском газу-теплоносія може бути реалізований в регенеративному теплообміннику наступної конструкції (Фіг.4). Регенератор містить газодувку 1 і повітродувку 2, що подають під підвищеним тиском газоподібне паливо і повітря до пальника 3, встановленого в камері горіння 4; насадку 5 з вогнетривкої цегли або блоків, сполучену перекидним каналом або загальним підкупольним простором 6 з камерою горіння 4; газовідвід для відведення димових газів 7 в димовий лежак 8 і димар 9; повітропровід або газопровід 10 для підведення холодного повітря або газу до насадки 5 теплообмінника; повітропровід або газопровід 11 для відведення нагрітого повітря або газу з теплообмінника; клапани подачі повітря 12 і газоподібного палива 13 на пальник, віддільний клапан газового пальника 14, димовий клапан 15, що відокремлює теплообмінник від димового лежака, клапан холодного повітря або газу 16 і клапан гарячого повітря або газу 17. Газом-теплоносієм в регенеративних теплообмінниках є продукти згоряння палива - димові гази. Після використання їх тепла для нагріву насадки димові гази викидаються в атмосферу через димар. Тому тиск в насадці звичайного регенеративного теплообмінника близький до атмосферного. Для підвищення тиску газу в насадці необхідно подавати газоподібне паливо і повітря на горіння з надмірним тиском, що перевищує тиск в насадці теплообмінника. Крім того, в газопроводі для відведення газу-теплоносія з насадки в димовий лежак разом з димовим клапаном 16 необхідна установка дросельних клапанів 18, що підтримують і регулюють підвищений тиск газів в регенеративному теплообміннику. Регенеративний теплообмінник в режимі нагріву насадки під тиском працює таким чином (Фіг.4). Клапани 12 і 13 подачі повітря і газоподібного палива на пальник 3, віддільний клапан пальника 14 і димовий клапан 15 відкриті. Клапани холодного повітря або газу 16 і гарячого повітря або газу 17 закриті. З групи дросельних клапанів 18, що складається з 3-4 клапанів, відкритий один клапан. Газоподібне паливо 19 і повітря 20 через відкриті клапани 12 і 13 під підвищеним тиском Р1 надходять на пальник 3. В результаті згоряння 9 палива в камері горіння 4 утворюється полум'я 21 і гарячі димові гази 22. Згоряння палива може відбуватися не в камері горіння, а в робочому просторі печі, якщо піч працює під підвищеним тиском. Через перекидний канал або загальний підкупольний простір 6 гарячі димові гази 22 проходять до насадки 5, фільтруються через неї, віддаючи своє тепло. Димові гази, що охолонули, проходять через відкритий димовий клапан 15 в газовідвід димових газів 7 і проходять через групу дросельних клапанів 18. Оскільки всі дросельні клапани, окрім одного, закриті, газовий потік різко звужується. Через опір звуження перерізу газопроводу тиск Р2 перед групою дросельних клапанів 18 зростає. Після групи дросельних клапанів тиск Р3 димових газів падає і стає близьким до атмосферного. Різниця тиску ∆Р=Р2-Р3 тим вище, чим більше відношення площ перерізу газовідводу 7 і відкритого дросельного клапана з групи клапанів 18. Тиск Р1 повітря і газу, що подаються на пальник 3, приблизно на 5-10кПа більше тиску Р2 перед групою дросельних клапанів 18. Тиск газів в насадці РН має проміжне значення між Р1 і Р2: РН≈(Р1+Р2)/2. Змінюючи положення відкритого клапана з групи клапанів 18, можна регулювати тиск газу в регенеративному теплообміннику. Часткове закриття відкритого клапана з групи 18 зменшить переріз для проходу газів, збільшить відношення площ перерізу газовідводу 7 і відкритого дросельного клапана, підвищить тиск газів Р2 перед групою дросельних клапанів і РН в насадці регенеративного теплообмінника. Більш повне відкриття дросельного клапана понизить тиск газів Р2 перед групою клапанів 18 і РН в насадці 5 регенеративного теплообмінника. Відкриття всіх клапанів групи 18 понизить тиск в теплообміннику до значення, близького до атмосферного. З газовідводу 7 димові гази з низьким тиском Р3 надходять до димового лежака 8 і через димар 9 викидаються в атмосферу. У режимі нагріву повітря або газу регенеративний теплообмінник працює в звичайному порядку. Клапани 12-15 закриті. Клапани 16 і 17 відкриті. Холодний газ або повітря (на Фіг.не показаний) надходить до насадки 5 через газопровід 10, проходить крізь насадку, відбирає у неї тепло і нагрівається. Нагріте повітря або газ залишає насадку і регенеративний теплообмінник через газопровід 11. Після охолодження насадки теплообмінник знов переводять в режим нагріву насадки. Для забезпечення нагріву насадки під тиском стіни регенеративного теплообмінника повинні бути зміцнені, щоб витримати надмірний тиск. Прикладом теплообмінників регенеративного типу із зміцненими стінами, що витримують надмірний тиск до 300-500кПа, є доменні повітронагрівачі. Вони призначені для нагріву доменного дуття до 1100-1200°С, повітря, що подається в режимі нагріву, під надмірним тиском 280-320кПа. В той же час в режимі нагріву насадки в доменних повітронагрівачах підтримується тиск близький до атмосферного. Перехід до нагріву насадки доменних повітронагрівачів під тиском не вимагатиме зміцнення їх стін. 88584 10 При нагріві насадки регенеративного теплообмінника подача газоподібного палива і повітря повинна здійснюватися нагнітачами, а пальник повинен бути розрахований на роботу під підвищеним тиском. У доменному цеху для нагріву насадки повітронагрівачів можливе використання підвищеного тиску газоподібного палива і повітря, обумовленого технологією виплавки чавуну. У якості газоподібного палива може бути використаний доменний газ з теплотою згоряння 3,23,6МДж/м3 після напівтонкого очищення в скрубері високого тиску. Його надмірний тиск менший, ніж тиск на колошника доменної печі, приблизно на 10кПа і складає 110-170кПа. Оскільки після напівтонкого очищення в скрубері доменний газ містить 0,1-0,5г/м3 пилу і не є достатньо чистим для спалювання в камері горіння повітронагрівача, необхідне його додаткове очищення в електрофільтрі. Після додаткового очищення напівчистого доменного газу в електрофільтрі його надмірний тиск знизиться орієнтовано на 20-30кПа і складе 90140кПа. Частина повітряного дуття доменних печей може бути використана як окислювач. Надмірний тиск холодного дуття доменних печей з температурою 140-150°С, обумовленою стисненням, складає зазвичай 240-310кПа. Для підтримки горіння тиск дуття необхідно понизити до тиску доменного газу, що подається на пальник, 90-140кПа. Для цього в систему підведення дуття до пальників необхідне включення регулятора тиску повітря. Невисока температура холодного дуття дозволяє понизити його тиск без істотних ускладнень. Звичайне доменне дуття збагачують киснем до 2528%. Підвищений вміст кисню в дутті дає додаткову перевагу при його використанні для підтримки горіння при нагріві насадки доменного повітронагрівача: підвищення температури горіння доменного газу за рахунок скорочення питомого виходу димових газів на 1м3 палива. Це у свою чергу сприяє підвищенню температури купола повітронагрівача і, відповідно, температури дуття без додавання висококалорійного, але дорогого природного газу. Газове господарство доменної печі 1 (Фіг.5) з повітронагрівачами 2, що працюють під підвищеним тиском при нагріві насадки, включає газовідводи колошникового газу доменної печі 3, грубу газоочистку - пиловловлювач 4, напівтонке очищення доменного газу - скрубер 5, дросельну групу 6, що забезпечує підвищення тиску в доменній печі і тонке очищення доменного газу, тракт холодного дуття 7 від повітродувної машини (на мал. не показана) до повітронагрівачів 2, тракт гарячого дуття 8 від повітронагрівачів 2 до доменної печі 1, кільцевий повітропровід 9 з фурмами доменної печі, газопровід напівчистого доменного газу 10 до міжконусного простору доменної печі, газопровід напівчистого доменного газу 11 до повітронагрівачів, додатковий електрофільтр 12 для очищення доменного газу, що подається на повітронагрівачі, повітропровід холодного дуття 13 на пальники повітронагрівачів, регулятор тиску повітря 14, пальники повітронагрівачів 15, газопроводи димового газу 16 повітронагрівачів з групами дросельних 11 клапанів 17, димовий лежак 18 і димар 19. За рахунок прискорення нагріву насадки при підвищенні тиску кількість повітронагрівачів може бути скорочена до трьох замість звичайних чотирьох, а при використанні повітронагрівачів Калугіна до двох. При цьому збережеться можливість підтримувати температуру дуття на високому рівні 1200-1300°С і вище. Один повітронагрівач І працює в режимі нагріву дуття. Два повітронагрівачі II працюють в режимі нагріву насадки. Система газоочистки доменної печі сполучена з газовою мережею 20 металургійного комбінату. Газова система доменної печі 1 корисним об'ємом 2000м3 працює таким чином. Холодне дуття з температурою 140-150°С і вмістом кисню 25% подають під надмірним тиском 290кПа з витратою, приведеною до нормальних умов (н. у.), 6000м3/хв. по тракту холодного дуття 7 від повітродувної машини (на мал. не показана). 3800м3/хв. (н. у.) дуття спрямовують у повітронагрівач І, де його температура підвищується до 1200°С. Гаряче дуття по тракту гарячого дуття 8 направляють до кільцевого повітропроводу 9 і через фурми вдувають у доменну піч 1 під надмірним тиском 280кПа. 2200м3/хв. (н. у.) дуття відводять у повітропровід 13 до пальників 15 двох повітронагрівачів II. При цьому тиск холодного повітря за допомогою регулятора тиску 14 знижують до 120кПа. В результаті горіння палива у доменній печі і протікання хімічних реакцій, необхідних для отримання чавуну, об'єм газів у доменній печі збільшується до 5300м3/хв. (н. у.). Перепад тиску газу в доменній печі складає 120кПа. Доменний газ з надмірним тиском 160кПа, вмістом пилу 50-60г/м3 і температурою 200-300°С відводять з доменної печі 1 по газовідводах 3 до пиловловлювача 4. Після очищення в пиловловлювачі вміст пилу в доменному газі знижується до 1-3г/м3. З пиловловлювача 4 доменний газ направляють у скрубер 5 для мокрого очищення. Вміст пилу в ньому знижується до 0,1-0,5г/м3, а температура зменшується до 5060°С. Надмірний тиск доменного газу після скрубера складає 150кПа. Після скрубера 3100м3/хв. 88584 12 (н. у.) доменного газу відводять по газопроводу 11 до пальників 15 повітронагрівачів 2. Інші 2200м3/хв. (н. у.) доменного газу проходять дросельну групу 6, після якої тиск доменного газу близький до атмосферного, а вміст пилу зменшується до 0,005-0,01г/м3. Очищений доменний газ поступає в газову мережу металургійного комбінату 20 для подальшого використання як низькокалорійне паливо. 3100м3/хв. (н. у.) напівчистого доменного газу з надмірним тиском 150кПа по газопроводу 11 поступає до додаткового електрофільтру 12. Після електрофільтру доменний газ з низьким вмістом пилу 0,01-0,02г/м3 під надмірним тиском 120кПа поступає на пальники 15 повітронагрівачів 2, що працюють в режимі нагріву насадки II. Збагачене киснем дуття і доменний газ, що поступають з однаковим надмірним тиском 120кПа, змішуються в пальниках. Розжарені продукти горіння нагрівають насадку повітронагрівачів і залишають їх по газопроводах димового газу 16. Групи дросельних клапанів 17 підтримують постійний підвищений тиск у повітронагрівачах II 110кПа. Після груп дросельних клапанів 17 тиск димових газів близький до атмосферного. Відпрацьовані димові гази в кількості 4700м3/хв. (н. у.) відводять димовим трактом 18 і викидають у атмосферу через димар 19. Після використання тепла, закумульованого насадкою повітронагрівача І, його переводять в режим нагріву насадки, а перед цим один з повітронагрівачів II переводять в режим нагріву дуття. У режимі нагріву дуття надмірний тиск у повітронагрівачі складає 290кПа, а в режимі нагріву насадки - 110кПа. Таким чином, у повітронагрівачі постійно підтримується підвищений тиск. За рахунок скорочення одного повітронагрівача в блоці витрати на його будівництво скоротяться на 50млн.грн. Додаткові витрати на будівництво електрофільтру і газопроводів складуть орієнтовно 15млн.грн. Таким чином, капітальні витрати при будівництві блоку доменних повітронагрівачів однієї доменної печі, що працюють з підвищеним тиском в режимі нагріву насадки, знизяться на 5015=35млн.грн. 13 88584 14 15 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 88584 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601