Схемы водяного охлаждения доменных печей

С целью сокращения расходов воды и протяженности коммуникаций холодильники малонапряженных зон печи последовательно соединяют в группы из нескольких холодильников одного ряда.

Все элементы фурменных приборов, холодильники тепловых высоконапряженных зон печи и детали шиберов воздухонагревателей, как правило, снабжены индивидуальным охлаждением.

Пример соединения холодильников, принятого в типовом проекте доменной печи объемом 2700 м3, выполненном Сантехпроектом, приведен ниже:
Вода на охлаждение подается по двум водоводам.

Различают две схемы водяного охлаждения (водоснабжения) доменных печей: однозонную и двухзонную. При однозонной схеме воду на все охлаждаемые элементы подают при помощи одной группы насосов с одинаковым напором (

80 м вод. ст.). При двухзонной схеме печь разделена на две зоны — верхнюю (80 м вод. ст.) и нижнюю (50 м вод. ст.). Воду в каждую зону подают при помощи отдельных групп насосов.

К нижней зоне относятся заплечики, горн, лещадь, фурменная зона, исключая фурмы, которые подключены к верхней зоне, так как напор воды у воздушных фурм должен быть не ниже 50 м вод. ст., т. е. он всегда выше давления в печи, составляющего на этой отметке

Если он ниже давления в печи, фурма при прогаре сгорает до фланца, фурменный прибор расклинивается и выталкивается из печи давлением газа, что влечет за собой опасные последствия.

Если печь работает с повышенным давлением под колошником, разность отметок сглаживается и двухзонная схема становится неэкономичной, что отрицательно сказывается на производительности.

В настоящее время новые печи проектируют, как правило, с однозонной схемой водоснабжения, что удобно в эксплуатации и более экономично.
На рис. 48 и 49 приведены схемы водоснабжения доменной печи объемом 2700 м2, выполненные по проекту института «Сантехпроект». Распределение воды осуществляется по двум кольцевым трубопроводам, уложенным по периметру доменной печи и по разомкнутому кольцу, которое проходит по всему периметру поддоменника.

Воду к распределительным кольцам подают при одиозонном водоснабжении по двум водоводам, при двухзонном — по четырем.

Охлаждение горна и лещади осуществляется из четырех, стоящих отдельно пунктов управления, которые расположены на рабочей площадке, находящейся около поддоменника.

Воду к коллекторам подают от распределительного разомкнутого кольца с напором 75 м вод. ст. при однозонном водоснабжении и 55 м вод. ст. при двухзонном.
Вода, пройдя через холодильник или группу холодильников, сливается в приемные резервуары, расположенные на рабочей площадке под коллекторами. Число резервуаров при этом равно числу коллекторов.

От кольцевого распределительного трубопровода, уложенного по периметру доменной печи, воду подают к четырем коллекторам, установленным у колонн горна. Под коллекторами расположены приемные резервуары, куда сбрасывают воду, прошедшую через холодильные устройства.

При однозонном и двухзонном водоснабжении воду к коллекторам подают с напором 75,0 м вод. ст. (на уровне головки рельсов).

При одиозонном водоснабжении заплечики питаются от распределительного кольца, которое снабжает водой фурменную зону и фурменные приборы, при двухзонном водоснабжении — от распределительного кольца, снабжающего водой холодильники шахты.

В обоих случаях воду подают к четырем коллекторам и от них по трубкам диаметром 32 мм подводят к холодильникам. Сливную воду от холодильников заплечиков собирают в воронки и направляют в сливное кольцо, расположенное по периметру доменной печи под рабочей площадкой.

Распар и шахта имеют свое распределительное кольцо, в которое врезаны четыре стояка, являющиеся коллекторами, снабжающими водой холодильники и устройства для отбора проб газа.

Параллельно напорным устанавливают четыре сливных (отводящих воду) стояка, которые собирают из нескольких самостоятельных участков труб. Каждый из них сверху имеет приемные воронки.

Сливные стояки рассчитывают так, чтобы каждый из них мог обеспечить прием и отвод воды от части холодильников, обслуживаемой с данной кольцевой площадки шахты, и поступающей от вышележащего участка стояка. Охлаждением шахты управляют с кольцевых площадок шахты.

Для наружного охлаждения кожуха по периметру печи укладывают три кольцевые перфорированные трубы диаметром 80 мм. Все кольцевые трубопроводы собирают из четырех отсеков. Для удобства ремонта и очистки отсеки обычно собирают на болтовых фланцевых соединениях.

Для промывки холодильников и перепускных клапанов предусмотрен водопровод высокого давления (100 м вод. ст.). Для очистки воды от механических примесей на подводящем трубопроводе устанавливают фильтр диаметром 100 мм, расположенный в помещении фильтров. Воду распределяют через кольцевую трубу, размещенную по периметру доменной печи.

В кольцевой трубопровод врезают стояки, идущие вниз и вверх вдоль колонн печи. На стояках всех площадок печи устанавливают трехходовые краны. Холодильники промывают при помощи шлангов.

Вся вода от охлаждающих устройств поступает в приемные резервуары, откуда по стоякам отводится в сливное кольцо диаметром 900 мм, уложенное по периметру доменной печи под рабочей площадкой. Отвод воздуха от сборного кольцевого трубопровода осуществляется по воздушным трубам диаметром 100 мм, концентрично установленным внутри сливных стояков, и по специальным трубам, врезанным в местах спусков.

От сливного кольца воду отводят по сливным водоводам диаметром 900 мм.

Расходы воды для различных зон охлаждения печи при одно- и двухзонной схемах, по данным института «Сантехпроект», приведены в табл. 23 и 24.

Для охлаждения клапанов горячего дутья, отсечных и дымовых клапанов, заливки конденсатоотводчиков, промывки дроссельных клапанов и охлаждения радиационных пирометров воду подают к воздухонагревателям. Расход воды для охлаждения клапанов воздухонагревателей приведен в табл. 25.

Пункты управления охлаждением клапанов размещают на рабочей площадке воздухонагревателей. На каждые два воздухонагревателя предусмотрен один пункт управления. Каждый пункт управления состоит из двух коллекторов и одного приемного резервуара. Охлаждающая вода сливается в приемные резервуары и отводится в сливное кольцо, расположенное по периметру доменной печи (рис. 50). Конденсат от газовых горелок отводится по специальному трубопроводу.

Общий расход воды для всей доменной печи объемом 2700 м3 (по данным института «Сантехпроект») приведен в табл. 26.

Схема водоснабжения доменной печи

8. Охлаждение доменной печи

Для того чтобы продлить срок службы огнеупорной кладки и снизить влияние температуры на кожух во избежание его разрушения, а также способствовать образованию гарниссажа, применяется водяное или пароиспарительное охлаждение.

Гарниссажем называется слой шлаков с включением окислов, входящих в состав огнеупорной кладки и частиц углерода горючего или графита. Этот слой образуется на внутренних, интенсивно охлаждаемых стенках распара, заплечиков, горна и защищает кладку от разрушения. Каждому шлаку отвечает определенный состав гарниссажа. При изменении состава шлака или интенсивности охлаждения толщина слоя гарниссажа может уменьшаться или увеличиваться.

При водяном охлаждении на 1 м 3 полезного объема доменной печи расход воды составляет 1,0 — 1,3 м 3 /ч. Расход воды при пароиспарительном охлаждении в несколько раз меньше.

Система охлаждения печи должна работать четко и надежно. Применяют три способа охлаждения доменных печей водой:

1) наружную поливку кожуха печи;

2) установку чугунных плит между кожухом и футеровкой печи (периферийные холодильники) с залитыми в них цельнотянутыми стальными трубами, по которым циркулирует вода;

3) установку холодильников внутри кладки (внутренние холодильники), отлитых из стали с внутренними каналами или из чугуна с залитыми цельнотянутыми трубами для циркуляции воды.

Наружная поливка кожуха водой из кольцевых брызгал применяется как резервное охлаждение в случае прогара холодильников или износа кладки. Второй способ обеспечивает равномерное охлаждение футеровки и более надежную защиту от прогара металлического кожуха печи. Внутренние холодильники (третий способ) охлаждают футеровку шахты на значительную ее толщину. Доменная печь современной конструкции охлаждается холодильниками примерно от середины шахты до последнего ряда кладки лещади.

На большинстве отечественных печей шахту охлаждают при помощи горизонтальных (внутренних) холодильников. В последнее время для охлаждения шахты начали применять плитовые холодильники, снабженные ребрами. Плитовые вертикальные холодильники несменяемые. Горизонтальные могут быть сменяемыми и несменяемыми. В последнем случае их устанавливают в шахматном порядке по 24 штуки в ряду при 12 — 16 рядах. На рис. 20, а показан чугунный коробчатый холодильник с залитыми трубками. Такие холодильники вставляют в металлические ниши (амбразуры), приваренные к броне шахты. После установки холодильников полости амбразуры между трубками забивают огнеупорной массой и закрывают привариваемыми к броне шахты и трубам холодильников планками.

На рис. 20, в изображены также чугунные холодильники с залитыми трубками. Холодильники этого типа укладывают без амбразуры на кладку, а трубки выводят наружу через бронь шахты и обваривают.

На рис. 20, б показаны холодильники типа кронштейн. Фланцы холодильников крепят к броне шахты клиньями или болтами. Эти холодильники являются как бы дополнительной опорой для кладки шахты.

Рис. 20. Конструкция горизонтальных холодильников шахты: а — коробчатые холодильники с залитыми трубками; б — холодильники типа кронштейн; в — холодильники нижнего ряда

Вертикальные холодильники устанавливают для охлаждения нижней части шахты и крепят болтами к кожуху печи. Головки болтов тщательно обвариваются электросваркой.

Охладительные устройства предохраняют кладку от сильного разгара, но не предупреждают его полностью. На рис. 21 показан разгар кладки шихты и распара при разных конструкциях холодильников.

Рис. 21. Разгар кладки шахты и разрушение кладки лещади в конце кампании доменной печи: 1 — кокс, шлак, гарниссаж; 2 — сохранившаяся кладка; 3 — ‘козел’

Ребристые плитовые холодильники отличаются от гладких тем, что в них при изготовлении заливают огнеупорный кирпич (со стороны, обращенной к футеровке печи). Плитовые холодильники изготавливают чугунными литыми с залитыми змеевиками из стальных бесшовных труб.

К охладительным устройствам горна относятся также фурменные приборы и шлаковые летки с комплектом холодильников.

Перспективным является испарительное охлаждение доменных печей (кроме горна и лещади).

Преимущество испарительного охлаждения перед водяным заключается в том, что значительно уменьшается количество необходимой для охлаждения воды, отпадает необходимость в сооружении водоводов большого диаметра, крупных насосных станций, гидротехнических сооружений; одновременно утилизируется тепло в виде пара.

В табл. 9 приведены некоторые сравнительные показатели работы печей одинакового объема при испарительном и водяном охлаждении.

Из приведенных данных видно, что при меньшей потере тепла через кладку и значительно меньшей затрате воды на охлаждение температура кожуха остается одинаковой.

Сущность испарительного охлаждения заключается в том, что при охлаждении кладки используется скрытая теплота парообразования. Испарение воды происходит в холодильниках печи. При водяном охлаждении применяется мало нагретая вода, при испарительном — кипящая. Чтобы избежать образования накипи в системе испарительного охлаждения, применяют химически очищенную воду. Для создания циркуляции воды и пароводяной смеси система оборудована баками-сепараторами, которые соединены с холодильниками двумя трубами. По одной из них (опускной) вода поступает в холодильники из бака-сепаратора, подругой (подъемной) образующаяся в холодильниках пароводяная смесь поступает в баки-сепараторы, из которых пар направляется в паропровод, а вода снова в холодильники.

Баки-сепараторы располагаются наверху печи и представляют собой цилиндры диаметром до 1,5 м и длиной до 6 м. Рассмотренная схема обеспечивает нормальное охлаждение доменной печи без дополнительной подпитки системы водой в течение 2 ч.

Охлаждение фурменной зоны и фурменных приборов выделяется в отдельную систему с принудительной циркуляцией. Общий вид расположения оборудования при испарительном охлаждении показан на рис. 22.

Рис. 22. Общий вид расположения оборудования при испарительном охлаждении: 1 — водовод химически очищенной воды; 2 — баки-сепараторы; 3 — выпускной паропровод; 4 — барботер; 5 — циркуляционный насос; 6 — питательный насос; 7 — водовод технической воды

Холодильники, применяемые при испарительном охлаждении, по своей конструкции отличаются от водяных холодильников тем, что трубка в теле холодильника имеет подвод для воды и отвод для пара (рис. 23).

Трубопроводы подвода и отвода воды располагают так, чтобы на них не смог попасть чугун или шлак в случае перелива ковшей при выпуске.

Все охлаждение доменной печи должно работать бесперебойно. Малейший перерыв в подаче воды к фурмам и шлаковым леткам приводит к немедленному их прогару и аварии.

Рис. 23. Холодильники для испарительного охлаждения

Для надежного обеспечения доменных печей водой укладывают две нитки трубопроводов. На случай аварийного отключения электроэнергии на насосных станциях, где установлены электронасосы, предусмотрен так называемый паровой резерв — насосы, приводимые в действие паровыми турбинами. Переключение с электронасосов на паротурбинные насосы происходит автоматически.

Для очистки воды от механических примесей на главных стояках водопроводов устанавливают двухкамерные фильтры.

От двух главных водопроводных стояков вода распределяется по 2 — 3 кольцевым водопроводам, установленным на различных горизонтах печи. От кольцевых водопроводов вода поступает по стоякам шахты к распределительным колонкам, которые расположены у колонн печи. По такой же схеме вода отводится от охладительных устройств.

Холодильники шахты питаются водой по секциям, а холодильники распара, заплечиков, фурменной зоны и горна соединяют обычно последовательно по две штуки; лещади — по три штуки. Фурмы, амбразуры, кадушки воздушных приборов и шлаковых леток подключают индивидуально. Проводящие трубки к секциям или отдельным холодильникам снабжены трехходовыми вентилями для отключения и промывки труб.

Все соединения холодильников жесткие. Иногда воздушные фурмы и амбразуры подсоединяют шлангами, что сокращает время на подключение во время их смены, но является менее надежным в эксплуатации.

Давление воды в системе охлаждения фурменных и шлаковых приборов должно быть выше давления горячего дутья примерно в два раза. Это особенно необходимо в случае работы печи при высоком давлении газа под колошником. В системе охлаждения шахты на верхней точке (на сливе) давление воды должно быть не менее 0,03 — 0,05 Мн/м 2 (0,3 — 0,5 ат).

Температура отходящей воды не должна превышать предела, за которым выпадают осадки и образуется накипь.

Для надежной работы охладительных устройств необходимо строго соблюдать все правила ухода за ними. Неудовлетворительный уход за охладительными устройствами приводит к серьезным авариям, связанным с длительными простоями печи. Ответственным в смене за выполнение правил эксплуатации охладительных устройств являются мастер доменной печи, старший горновой и водопроводчик.

В помещении КИП (у доменной печи) вывешивают схему соединения охладительных устройств, на которой мастер водопроводных работ постоянно отмечает все изменения, происшедшие в системе охлаждения, в водопроводных линиях, канализации печи и все переключения насосов. Режим охлаждения печи устанавливают в первые дни после ее задувки на основании систематических замеров расхода и температуры охлаждающей воды. Расход воды определяют отдельно для каждой группы охладительных устройств, питаемых одной напорной трубой, и регулируют по заданному перепаду температур. В процессе эксплуатации максимальную температуру отходящей воды устанавливают опытным путем. Перепад температур допускается примерно в следующих пределах, °С:

Торцовые холодильники горна . . . . .	3 — 4
Холодильники фурменной зоны . . . .	5 — 6
Холодильники заплечиков и распара	7 — 8

При увеличении перепада температур выше предельного и при невозможности дальнейшего увеличения расхода воды на ту или иную охладительную группу уменьшают количество холодильников в данной группе, питаемой от одной напорной трубы. Леточные холодильники, фурменные и шлаковые охладительные приборы должны иметь отдельное питание водой. Давление воды, поступающей в охладительные устройства, обязательно контролируется на рабочей площадке указывающим манометром (до и после фильтра), а в помещении КИП — регистрирующим прибором. При общем падении давления воды (по показаниям манометров перед фильтрами и за ними) немедленно принимают все меры к самому срочному его восстановлению до нормального. Температуру напорной воды проверяют не реже двух раз в сутки и записывают в журнале, а температуру отходящей (охлаждающей) воды — не менее одного раза в смену. В случае перегрева немедленно увеличивают приток воды к соответствующим холодильникам и отмечают это в журнале.

При повышении температуры отходящей воды из-за засорения холодильников последние промывают водой под давлением, а в особых случаях, когда промывка безрезультатна, протравливают кислотой. Промывку холодильников водой под давлением регулярно по графику проводит постоянная бригада водопроводчиков. При сильном засорении холодильников их промывают и протравливают кислотой вне графика.

Если температура отходящей воды повышается вследствие разгара лещади и подхода чугуна к холодильникам, печь переводят на более холодный ход и малоподвижные шлаки, не опасаясь похолодания печи и даже расстройств ее хода, так как это менее опасно, чем прорыв горна. В таких случаях печь подготавливают к ремонту, а затем останавливают для проведения капитального или текущего ремонта.

Водопроводчик печи должен непрерывно и тщательно наблюдать за тем, чтобы вода не попадала через сгоревшие охладительные устройства в печь. Попадание воды в печь, особенно на нижних ее горизонтах, влечет за собой похолодание печи и часто приводит к полному расстройству ее хода. Признаками прогара охладительных устройств являются:

а) появление влаги или пара между амбразурой и холодильником или фурмой;

б) появление газа в трубках холодильников или в водопроводной сети (обнаруживается вспышкой при поджигании) ;

в) появление горящего газа в заплечиках, над мараторным кольцом и распаром;

д) похолодание на фурмах;

е) потемнение шихтовых материалов, легко обнаруживаемое у сгоревшей фурмы при сниженном и полном дутье;

ж) толчки в рукаве и неравномерное течение воды из отводящей трубки;

з) увеличение содержания водорода в колошниковом газе.

Для выявления прогара холодильники (группами и каждый в отдельности) опрессовывают под давлением 0,3 — 0,4 Мн/м 2 (3 — 4 ат). Сгоревшие охладительные приборы немедленно отключают от водопроводной сети и во время ближайшей остановки печи меняют. В случае отключения холодильников, расположенных за кожухом, их трубки заливают цементом.

При замене сгоревших холодильников (фурмы, амбразуры, кадушки, шлаковые фурмочки, амбразурки и т. п.) работой руководит мастер печи. Так как остановка печи для замены фурмы или амбразуры должна быть минимальной, между горновыми существует всегда четкое распределение обязанностей при выполнении операций, связанных с заменой того или иного охладительного прибора. Водопроводчик должен заготовить сменяемый охладительный прибор, вовремя уменьшить подачу воды к сгоревшему прибору и отключить его от системы в начале остановки, после чего быстро подать к нему воду. При замене любого охладительного устройства необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

В настоящее время проектные организации разрабатывают проект устройства для механизации замены воздушных фурм.

Причины, вызывающие прогар охладительных устройств, могут быть различными. Все холодильники, кроме фурменного устройства и шлаковых леток, в основном начинают прогорать вследствие износа огнеупорной кладки.

Прогар холодильников шлаковой летки связан, как правило, с похолоданием и расстройством хода печи, в результате чего вместе со шлаком попадает чугун, который и прожигает холодильники.