Расчеты температурных полей воздухонагревателей при постоянном расходе за период дутья показали, что температура горячего дутья на выходе из воздухонагревателей уменьшается на 120 ― 180°С. Дутье же, поступающее в доменную печь, должно иметь постоянную температуру, что вызывает необходимость стабилизации температуры дутья, подаваемого в печь. Обычно температуру горячего дутья, подаваемого в доменную печь, регулируют с помощью смесителя, который состоит из подвода холодного дутья, оборудованного регулирующим дросселем и отсечным шибером. 

 

Рис. 1а. Схема автоматического регулирования  температуры горячего дутья доменной печи

Рис. 1б. Динамика изменения температуры горячего дутья на выходе из ВН1

На рис. 1б показана динамика изменения температуры ГД на выходе из ВН1  по ходу периода дутья. Процессор 3 поддерживает (стабилизирует) температуру ГД на уровне, заданном технологией ведения доменной плавки. Это обычно минимальная температура, получаемая на выходе из ВН в конце периода дутья.

Расходы холодного и нагретого дутья перед подачей в доменную печь должны выбираться так, чтобы соблюдалось два условия: расходы дутья, подаваемого в доменную печь, и количество теплоты дутья после смесителя должны быть постоянными, и они определяются требованиями технологии.

Исходя из этого, можно определить расход дутья через воздухонагреватель и смеситель во времени в каждый из n промежутков, на которые делили продолжительность периода дутья. В [2] отмечено, что температура дутья на выходе из воздухонагревателя является однозначной функцией его расхода, проходящего через насадку. Если температура известна для определенного постоянного расхода дутья, то это соотношение можно использовать для случая, когда расход изменяется во времени.

Применение поэлементного расчета воздухонагревателя позволяет ограничиться знанием расхода и температуры горячего дутья в начале и в конце периода дутья и среднего за период расхода дутья через воздухонагреватель.

Имеется опыт учета изменяющегося во времени расхода дутья путем применения в расчетах средних его значений. Упрощенный вариант определения среднего расхода дутья за период работы воздухонагревателя ранее предлагался в работе Уральского политехнического университета.

Рассматриваемые методики были применены для сравнения результатов расчета с данными экспериментальных исследований, проведенных на ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» [4]. За период дутья его расход на выходе из воздухонагревателя изменился на 7 %. При расчете по усложненной методике (формулы (1)(4)) и по формуле (5) это изменение намного больше. В таблице 1 представлены результаты рассматриваемых расчетов.

Таблица 1

Номер формулы	Расход дутья на выходе из воздухонагревателя, м3/с			Изменение расхода дутья за период, %
(5)	57,84	54,0	61,67	14,2
(1)(4)	58,06	54,45	61,67	13,2

Учет работы смесителя и изменяющегося расхода дутья значительно влияет на картину распределения температурных полей по высоте насадки.

Резервом для повышения эффективности работы доменных воздухонагревателей является правильный выбор смесительного клапана холодного и горячего дутья.

Клапан, устанавливаемый в смесительном воздухопроводе для стабилизации температуры дутья, является поворотным дроссельным регулирующим органом.

 Чем больше диаметр клапана, тем больше щель вокруг дросселя в полностью закрытом состоянии и тем больше холодного дутья просачивается через эту щель, подмешиваясь к горячему дутью, уменьшая его температуру. Так, на доменной печи объемом V=2000 м3 замена  регулирующего органа диаметром 1100 мм на 600 мм приводит к повышению температуры нагрева дутья на 300С, за счет уменьшения упомянутого зазора.

Ввиду значительных потерь давления, сужение диаметра смесительного клапана может сделать  невозможным пропуск нужного количества подмешиваемого холодного дутья. Для различных ситуаций ведения доменной плавки, например, при горячем ходе печи на байпасе смесительного регулирующего клапана Dу 400 также устанавливают, например, клапан Dу 800 для пропуска дополнительного количества холодного дутья. 

При проектировании комплекса доменной печи необходимо не принимать диаметр смесительного клапана, а рассчитывать его в соответствии с объемом печи, расходом и температурой горячего дутья.

Допустим широкий интервал расходных характеристик дросселя по условиям качества регулирования. Однако условия получения максимально возможной температуры горячего дутья требует уменьшения   и диаметра дросселя. При этом дроссель не должен работать в положениях, близких  к полному открытию или закрытию.

Результаты расчета диаметра смесительного клапана для доменных печей  различного объема представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты расчета диаметра смесительного клапана

Объем доменной печи, м3	1033	1545	1719	2000	2700	3000	5000
(м3/час)	120000	186000	210000	240000	270000	300000	450000
Диаметр клапана, мм: фактический расчетный на байпасе	800 400 690	800 500 625	800 530 600	800 570 560	1100 650 890	1100 800 750	1100 900 650

Целесообразно разработать плотные смесительные клапаны, которые позволят ликвидировать пропуски холодного дутья  (и снижение температуры горячего дутья)  в положении полного закрытия клапана.

Учет особенностей работы смесителя способствует увеличению температуры горячего дутья.  Например, для доменных печей объемом 2000 м3  увеличение температуры горячего дутья на 300  позволяет сэкономить 5 кг кокса / 1 т чугуна, что в результате даст экономию 1231000,00 $/год.

На некоторых металлургических предприятиях: «Евраз» Днепропетровский  металлургический завод им. Петровского (ДП2,3), Арселор Миттал  Кривой Рог (ДП9) по нашему предложению используются по два смесительных клапана, из которых на смесительном трубопроводе один дроссель включается в систему автоматического регулирования (стабилизации) температуры горячего дутья, а второй дроссель используется для подачи дополнительного количества холодного дутья с целью охлаждения горячего дутья (при горячем ходе печи), например, на ДПЗ «Евраз» «Днепропетровский Металлургический Завод им. Петровского» диаметр первого составляет 400 мм, а второго — 800 мм.

Заключение

• Рассмотрены причины пропуска холодного дутья через смесительный клапан доменной печи в положении полного закрытия. Приведено выражение для выбора диаметра смесительного клапана.

• Рассчитаны диаметры смесителей для доменных печей объемом 1033—5000 м3.

• Предложено разработать в качестве смесителей надоменнойпечи плотные смесительные клапана, не пропускающие холодное дутьё в положении полного закрытия. Для существующих доменных печей необходимо установить по два клапана, один из которых рассчитан на полный расход дутья, обеспечивающий стабилизацию температуры горячего дутья в диапазоне задаваемых технологией ведения доменной плавки, а второй для дополнительного количества холодного дутья, добавляемого к горячему на случай «горячего» хода печи.

Источник: концерн «Союзэнерго» эксклюзивно для ООО «Валверус-ТПА»

Перепечатка материала запрещена.