Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров

При кислородно-конвертерном процессе продувка чугуна проводится через водоохлаждаемую фурму техническим кислородом (98-99,5 %). Конвертерные газы состоят в основном из оксида углерода (СО = 90-95 %) имеют высокую температуру (более 1700 °С) и содержат значительное количество уноса (до 150 г/м³). Выход конвертерных газов цикличный, отличается большой неравномерностью. Продувка конвертера продолжается около 20 мин, длительность межпродувочного периода - до 40 мин. Среднечасовой выход газа для конвертера 300 т составляет 18×10 м³/ч, а максимальный расход 150×10 м³/ч. Выброс СО в таких количествах невозможен, поэтому их дожигание и охлаждение является технологической необходимостью. От конвертеров емкостью не более 150 т металла конвертерные газы направляются в радиационно-конвективный газоотводящий тракт охладителя, в полости которого происходят дожигание окиси углерода и использование тепловой энергии продуктов сгорания [5].

Исследование процесса сжигания конвертерных газов в полости охладителя позволило установить, что за время продувки конвертера кислородом содержание оксида углерода в газах, покидающих конвертер, сначала возрастает, достигает максимума и затем падает.

Котел ОКГ-100-ЗА — однобарабанный, вертикально-водотрубный, с многократной принудительной циркуляцией, имеет П-образную компоновку.

Подъемный газоход (камин) состоит (рис. 2.19) из наклонной 1 и вертикальной 2 части. Между конвертером 3 и камином котла поддерживается разрежение 30-40 Па, обеспечивающее отсос всех газов из конвертера и подсос из атмосферы воздуха, необходимого для их сжигания. В период продувки конвертера пар вырабатывается в охладителе за счет теплоты, выделяющейся от сжигания конвертерных газов, а в межпродувочный период в котле сжигается смесь коксового и доменного газов, т. е. охладитель работает как энергетический котел. В период продувок через нижнее сечение камина подсасывается 50—90 тыс. м³ воздуха. Процесс перемешивания подсосанного воздуха с газами интенсифицируется острым дутьем от специальной воздуходувки. Расход воздуха через сопла острого дутья составляет 14-16 тыс. м³/ч. Струи воздуха пронизывают поток конвертерных газов. Чем равномернее распределены струи по сечению камеры, тем интенсивнее протекает процесс перемешивания газа с воздухом.

Рис. 2.19. Агрегат для сжиганий конвертерных газов и использования теплоты их сгорания:

1, 2 – наклонная и вертикальная части экранированного подъемного газохода; 3 – горловина конвертера; 4 – конвективный испаритель; 5 – экономайзеры; 6 – бункер; 7 – горловина;

8 – трубы Вентури; 9 – дымосос; 10 – труба; 11 – горелка для сжигания доменного газа;

12 – сопла острого дутья

 

В верхней части подъемный газоход соединяется с горизонтальным газоходом 4, который переходит в опускной газоход 5. Нижняя часть опускного газохода представляет собой бункер 6 с горловиной 7, через которую продукты сгорания поступают в двухходовое устройство 8, состоящее из большого числа труб Вентури с индивидуальными форсунками и служащее для мокрой очистки.

Подъемный и горизонтальный газоходы полностью экранированы трубами диаметром 38 мм с шагом 42 мм. В опускном газоходе размещены конвективные испарительные поверхности нагрева и водяной экономайзер. На одной из боковых стен топки установлены две горелки для сжигания коксодоменного газа производительностью 10 тыс. м³/ч каждая. В результате проведенных тепловых испытаний установлено следующее:

· котлы ОКГ-100-ЗА обеспечивают надежное использование тепловой энергии, выделяющейся при сжигании конвертерных газов, поступающих от 100-тонного конвертера;

· максимальный выход конвертерных газовиз горловины конвертера составляет 33—40 тыс. м³/ч;

· максимальная производительность котлов в период кислородной продувки конвертера (расход кислорода около 8 тыс. м³/ч) составляет 180—200 т/ч. Производительность охладителя при работе на коксодоменном газе равна 40-45 т/ч (расход газа 18-20 тыс. м³/ч).

В течение всех плавок обеспечивается полное сгорание, конвертерных газов. Максимальное содержание оксида углерода в горизонтальном (переходном) газоходе обычно не превышает 0,2—0,5 % . Коэффициент полезного действия брутто котлов ОКГ-100-ЗА при сжигании конвертерных газов достигает 87—89 %.

Рис. 2.20. Схема ОКГ-300 с аккумулятором циркуляционного типа и газгольдером [5]:

1 - циркуляционные насосы; 2 – паровой аккумулятор; 3 — газоплотная юбка; 4 — горелки; 5 — подъемный газоход; 6 — барабан-сепаратор; 7 — конвективный испаритель;

8 — экономайзер; 9 — труба Вентури; 10 — газоочистка; 11 — газгольдер:

12 - дымовая труба; 13, 14 — дымососы; 15 - смеситель; 16 — конвертер

 

Для конвертеров большой производительности используются котлы без дожигания конвертерных газов. В период продувки в ОКГ используется физическая теплота и примерно 10 % химической теплоты конвертерного газа при a = 0,1. Такой коэффициент расхода воздуха принимается из-за трудностей полной герметизации газоотводящего тракта. После охлаждения и очистки весь газ направляется в газгольдер 11 (рис. 2.20).

Из общего количества выработанного пара в период продувки часть его передается потребителю, а другая часть аккумулируется в паровом аккумуляторе высокого давления.

В межпродувочный период, когда нет газовыделения, на выработку пара расходуется химическая и физическая теплота газгольдерного газа, кроме того, выделяется пар, аккумулированный в «горячей» воде. Количество аккумулируемой теплоты в аккумуляторе определяется из условия обеспечения стабильной паропроизводительности котла-охладителя в продолжение всего цикла конвертерной плавки стали.

Экраны, образующие поверхности нагрева, выполнены цельносварными, мембранными. Нижняя часть подъемного газохода котла (кессон) расположена над горловиной конвертера. В связи с работой ОКГ-300 по схеме без дожигания оксида углерода зазор между горловиной конвертера и кессоном уплотняют с помощью подвижной уплотнительной муфты («юбки»), что дает возможность поддерживать минимальный коэффициент избытка воздуха (0,05-0,11). Над кессоном установлен стационарный газоход ОКГ, состоящий из подъемной, переходной и опускной частей. Во время кислородной продувки газы из горловины конвертера с температурой 1600-1700 °С поступают в котел, где используется физическая и часть химической (соответствующей возможному присосу воздуха) теплоты для выработки насыщенного пара. Для снижения температуры уходящих продуктов сгорания на выходе из ОКГ до 300—380 °С, допускающей нормальную работу газоочистительной установки, в опускной газоход впрыскивают воду.

Котел оборудован системой автоматического питания на протяжении всей плавки; предусмотрена возможность перевода основных поверхностей нагрева на естественную циркуляцию. Такие охладители конвертерных газов имеют незначительное аэродинамическое сопротивление, высокую герметичность и надежность в эксплуатации и не накладывают ограничений на работу основного металлургического оборудования.

При работе ОКГ в переменных режимах на самих котлах выработка перегретого пара практически невозможна, поэтому для перегрева пара используют центральный пароперегреватель (рис. 2.21).

На фронтовой стене камеры установлена туннельная смесительная горелка доменного газа 1. В задней части камеры потолочные экранные трубы разведены в фестон 3 для прохода газов в газоход конвективной части пароперегревателя.

Пар от КУ поступает в радиационную часть пароперегревателя, затем по перепускным трубам подводится к верхнему пакету его конвективной части. Последняя выполнена по противоточной схеме с горизонтально расположенными змеевиками. Конвективная часть пароперегревателя состоит из двух блоков: первый по ходу пара выполнен из труб диаметром 32´3 мм, второй - из труб диаметром 32´4 мм. Радиационная часть пароперегревателя выполнена из труб диаметром 32´3 мм.

Подогреватель доменного газа трубчатый, горизонтальный, расположен между двумя ступенями воздухоподогревателя. Доменный газ проходит внутри труб и делает два хода. Подогретый доменный газ подается к горелке центрального пароперегревателя. Воздухоподогреватель состоит из одноходового трубчатого куба в нижней части опускного газохода и двухходового куба в верхней части газохода. Трубы воздухоподогревателя расположены вертикально. Внутри труб проходят топочные газы. Подогретый воздух используется для сжигания доменного газа в смесительной горелке топки центрального пароперегревателя. Воздухоподогреватель и подогреватель доменного газа выполнены из труб диаметром 45´3 мм.

Центральный пароперегреватель рассчитан на паропроизводительность 40 т/ч. Давление пара на выходе из пароперегревателя ЦП-6О-С-45 составляет 4,5 МПа, а пароперегревателя ЦП-60-С-19 ~ 1,9 МПа. Температура пара на выходе из пароперегревателей равна соответственно 445 и 380 °С. Температура уходящих газов соответственно составляет 240 и 205 °С.

 

Рис. 2.21. Центральный пароперегреватель:

1 – горелка доменного газа; 2 – радиационный пароперегреватель; 3 – фестон;

4 – конвективный пароперегреватель; 5 – взрывные клапаны; 6, 8 – две ступени воздухоподогревателя; 7 – подогреватель доменного газа

 

Глава 3. ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ