Деятельность компании

ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ С САМОНЕСУЩИМ КУПОЛОМ
И ВНУТРЕННЕЙ КАМЕРОЙ ГОРЕНИЯ

Производство чугуна в Словакии в г. Кошице началось на трех доменных печах, полезным объемом каждая 1719 м3 в 1965 г., 1967 г., 1969 г. соответственно. Для подогрева дутья печи имели классические воздухонагреватели (ВН) с температурой дутья около 1000°С.

С увеличением полезного объема доменных печей (ДП) возникла необходимость обеспечить подогрев большего объема дутья и увеличить температуру дутья. Для ДП-2, объем которой достиг 2413 м³, установили новые воздухонагреватели с наружной камерой горения и поверхностью нагрева 100 м²/м³ объема. Это позволило достичь температуры дутья 1200 °С. Для ДП-1 (объем 1880 м³) и ДП-3 (объем 2150 м³) был сконструирован новый воздухонагреватель с самонесущим куполом грушевидной формы. При реконструкции была установлена новая насадка из качественных огнеупоров, применены футеровка камеры горения на шпоночном соединении, керамическая горелка с вертикальным направлением движения продуктов горения и футеровка купола, не связанная с наружной облицовкой.

Футеровка купола, опирающаяся на несущее кольцо купола, была создана из высококачественных огнеупорных материалов. Идея самонесущего купола заключалась в том, что его внутренняя часть была облицована качественным огнеупорным материалом, компенсирующим расширение футеровки, а для самой футеровки были применены расширяющиеся материалы. Грушевидная форма купола увеличивает стабильность кожуха и футеровки.

Классический воздухонагреватель имеет ограничение по максимальной температуре купола (до 1250 °С), а также недостаточную поверхность нагрева (33 435 м²).

В ВН нового типа максимально использованы свойства огнеупорного материала: температура купола повышена до 1500 °С, поверхность нагрева увеличена до 42 122 м², монтаж на месте старого ВН не требует ни нового фундамента, ни новых трубопроводов. Основное различие между классическим и ВН нового типа заключается в конструкции самонесущего купола.
Основными частями ВН являются стальной кожух со штуцерами, насадка и огнеупорная футеровка.

Технические параметры ВН приведены ниже:

К стальному кожуху привариваются штуцеры. Цилиндрическая нижняя часть кожуха, где присоединены штуцеры, усилена. В нижней части купола находится несущее кольцо.

Насадка (рис. 1) состоит из стоек и ростверков, которые создают пространство для подвода холодного дутья и отвода дымовых газов, а также опоры для укладки теплоаккумулирующей насадки.

Огнеупорная футеровка по функциям делится на наружную облицовку, теплоаккумулирующую насадку, керамическую горелку, купол; по высоте – на I, II, III и IV зоны (рис. 2).

Рис.1. Поднасадочное устройство

Рис.2. Структура футеровки воздухонагревателя

Наружная облицовка состоит из четырех слоев по всей высоте ВН. Внутреннее кольцо соответствует качествам материалов в отдельных зонах насадки. Футеровка (рис. 3) камеры горения состоит из двух слоев (по всей высоте), образованных балками и соединенных с помощью шпонок.

Теплоаккумулирующая насадка (рис. 4) является главной частью огнеупорной футеровки. Функция насадки заключается в аккумулировании тепла дымовых газов и передаче его в область холодного дутья. Используются два типа блоков (Н105 и Н106) специальной формы с 11 отверстиями-ячейками (средний диаметр ячейки 38 мм). Способ укладки – паркетный, следовательно, ячейки проходят по всей высоте насадки.

Рис.3. Футеровка камеры горения

Рис.4. Теплоаккумулирующая насадка

Керамическая горелка (рис. 5) находится в нижней части камеры горения. Подача газа и воздуха – вдоль вертикальной оси камеры горения. Футеровка горелки состоит из специальных блоков, соединенных шпонками. Состав и форма блоков позволяет осуществлять подачу воздуха в верхнюю часть горелки под углом 45° в поток газа, что приводит к его оптимальному сгоранию.

Футеровка купола (рис. 6), состоящая из пяти слоев, соединяется с кожухом самонесущего купола без зазора, уложена на несущем кольце. Укладка специальных футеровочных блоков соответствует грушевидной форме купола. Все трубопроводы оборудованы специальными клапанами и задвижками. Для доступа к отдельным узлам служат площадки, мостики, стремянки, лестницы. Для ремонтных работ или при замене арматуры используется кран.

Рис.5. Керамическая горелка

Рис.6. Купол воздухонагревателя

В воздухонагревателе измеряются все параметры входящих и выходящих потоков. Самой важной характеристикой является температура в куполе камеры горения и температура дымовых газов. Все измеряемые величины и сигналы о состоянии оборудования обрабатываются в информационной и регулирующей системах управления подогревом и работой воздухонагревателя. Имеется блокировка безопасности эксплуатации.

При разработке конструкции ВН с самонесущим куполом необходимо было предусмотреть утилизацию тепла дымовых газов. С точки зрения минимизации капитальных затрат была принята система со встроенным металлическим роторным теплообменником (рис. 7).

Рис.7. Основные части теплообменника

Технические параметры теплообменника приведены ниже:

Принципы функционирования системы утилизации тепла дымовых газов (рис. 8):

• дымовые газы проходят через сектор дымовых газов;
• дымовые газы отдают часть своего тепла обогревательной насадке;
• дымовые газы отсасываются вентилятором в трубу;
• обогрев насадки осуществляется вращением ротора в этом секторе;
• воздух горения входит в сектор воздуха;
• подогретый воздух отводится от теплообменника к ВН.
   

Рис.8. Схема подачи воздуха горения к отдельным воздухонагревателям

Заключение

1. Известно, что наилучшие результаты доменной плавки достигаются, когда доменная печь имеет воздухонагреватель с общей массой насадки, отвечающей условию: 1 т насадки/ 1 т суточного производства чугуна поэтому для доменной печи достаточно трех воздухонагревателей указанного типа.
2. В случае работы в параллельном режиме требуются четыре ВН. В этом режиме происходит регулирование температуры дутья без добавления холодного воздуха, что позволяет повысить температуру дутья, понизить расход кокса; следовательно, при современных ценах на кокс более выгодным является строить 4 ВН.
3. ВН с самонесущим куполом по высоте насадки имеет футеровку, состоящую из несколько частей. В верхней части используется динас, в нижних частях – материалы высокого качества. Для разных зон материал применяется не только с учетом допустимых температур, но и с учетом нагрузки на насадку и долговременного влияния различных факторов.
4. Керамические горелки с вертикальным направлением движения продуктов горения сконструированы так, чтобы обеспечивать смешивание газа и воздуха в необходимом соотношении, а также исключать догорание газа под куполом и в верхних слоях насадки.
5. Шпоночное соединение футеровки камеры горения и керамической горелки обеспечивает вертикальную прочность этих элементов.