Материалы международной научной конференции "Металл 2003". – 2003. 

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ РЕКУПЕРАТОРОВ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ

КОЛОДЦЕВ ОЦП ДЛЯ СНИЖЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА И ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЯ МЕТАЛЛА

 Гинкул С.И., Лебедев А.Н., Василенко Ю.Е., Лебедев К.А. (Донецк, ДонНТУ)

В статье рассматриваются вопросы снижения расхода топлива и потерь металла при производстве проката в обжимных цехах путем совершенствования конструкций нагревательных уствройств.

 In clause questions of decrease in the charge of fuel and losses of metal are considered by manufacture of hire in blooming shops by perfection of designs of heating devices.

 Народное хозяйство Украины потребляет на производство значительно больше энергии по сравнению с соответствующими отраслями зарубежных стран. Отсутствие значительных промышленных топливно-энергетических ресурсов в пределах республики приводит к необходимости покупать их по мировым ценам за рубежом. В современных условиях значительное влияние должно уделяться экономии топливно-энергетических ресурсов.

 Энергоемокй отраслью является металлургическая промышленность, где технологические процессы осуществляются при высоких температурах. Использование физического тепла на различных стадиях передела является одной из основных задач энергосберегающей технологии.

 Значительная часть выплавляемой на металлургических заводах стали разливается в изложницы. Полученные слитки перед дальнейшей обработкой поступают в нагревательные колодцы. Определение необходимиого количества топлива на нагрев слитков в зависимости от его свойств и условий сжигания позволяет проанализировать мероприятия и найти способы обеспечивающие экономию топлива.

 Расход топлива [1]

,

где

  k₁– эмпирический коэффициент, учитывающий химический недожог топлива и другие потери;

  Q₁ – количество тепла, усвоенное металлом за время Δτ, Дж;

  Q₂ – количество тепла, аккумулированное кладкой за время Δτ, Дж;

  Δτ – шаг по времени, с;

  Q^p_н – теплота сгорания топлива, Дж/м³;

  t_в, t_Т, t_д – температура подогрева воздуха и топлива, температура дымовых газов, ^оС;

   с_в, с_Т, с_д – теплоемкость воздуха, топлива и дымовых газов соответсвенно, Дж/(м³ К);

  L₀ – теоретически необходимое количество воздуха, м³/м³ газа;

  α – коэффициент расхода воздуха;

  V_Д – выход продуктов сгорания, м³/м³ газа;

         Общий расход топлива в ячейке за время нагрева определяется условием

.

Тепловая работа рекуперативных нагревательных колодцев  отоплением с центра подины (ОЦП) во многом зависит от стойкости трубчатого керамического рекуператора.

Основным недостатком керамических рекуператоров является их негазоплотность. Воздух в рекуператор поступает под давлением, в результате чего между воздушной и дымовыми сторонами возникает значительный перепад давлений. Это приводит к утечке воздуха на дымовую сторону. Утечка воздуха составляет 40…50% от подаваемого воздуха в рекуператор [2]. Величина утечки воздуха является неизвестной. Кроме того неконтролируемая утечка воздуха на дымовую сторону может привести к тому, что топливо будет не полностью сгорать в ячейке, а его дожигание может происходить в рекуператоре и боровах.

В связи с этим приходится снижать и подачу топлива в ячейку, что приводит к снижению тепловой мощности и удлинению времени нагрева.

Были вьполнены исследования по нагреву 12 слитков холодного посада массой 8,2 т природно-доменной смесью Q^p_н=8820 кДж/м³ и температурой подогрева воздуха в рекуператоре 800°С при различной тепловой мощности ячейки нагревательного колодца. Стоимость 1000 м³ такой смеси принята равной 85,8 грн. Результаты моделирования при­ведены в таблице 1.   

                  Таблица 1

Результаты моделирования нагрева слитков холодного посада при переменной тепловой мощности

Как видно из таблицы 1 тепловая мощность ячейки уменьшилась на 10 и 20%. Время нагрева увеличилось на 25 и 55 мин по сравнению с исходным вариантом. Производительность ячейки колодца уменьшилась на 5,5 и 10,3% соответственно.

На рисунке 1 приведена динамика нагрева слитков холодного посада при различном расходе топлива В=3000, 2700, 2400 м³/ч.

Как видно из рисунка 1 уменьшение тепловой мощности приводит к увеличению времени нагрева и металл при температуре поверхности свыше 1000 °С находится большее время, что способствует образованию большего слоя окалины.

В таблице 2 приведены результаты моделирования нагрева слитков горячего посада.

Таблица 2 

Результаты моделирования нагрева слитков горячего посада при температуре нагрева воздуха t_в=800^OС

При времени доставки слитков из сталеплавильных цехов в отделение нагревательных колодцев 3 часа температура посада составляет t_пос= 675 °С, при времени доставки 4 часа –  температура посада = 603 °С и времени доставки 5 часов – температура посада =553 °С

Как и для холодного посада уменьшение расхода топлива приводит к увеличению времени нагрева, снижению производительности. Однако увеличение длительности нагрева приводит к увеличению окалинообразования. В этом случае необходимо выработать такой критерий, который учитывал бы и стоимость топлива, идущего на нагрев и стоимость металла, потерянного с окалиной.

Рис. 1. Динамика нагрева слитков холодного посада при различной тепловой мощности

Для компенсации утечек воздуха на дымовую сторону непосредственно к горелке подводится холодный сжатый воздух. Несмотря на то, что подача холодного воздуха снижает температуру подогрева воздуха, требуемое количество воздуха остаётся неконтролируемым. В ячейку может подаваться избыток воздуха, что будет приводить к увеличению окалинообразования, а при недостатке воздуха топливо будет догорать за пределами рабочей камеры.

Подача 10% холодного воздуха приводит к тому, что средняя температура воздуха вместо 800 °С будет раняться 722 °С, а при 20% сжатого воздуха средняя температура воздуха будет равняться 644 °С. Результаты моделирования процессов нагрева приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты моделирования нагрева слитков холодного посада при различной температуре подогрева воздуха

Как следует из таблицы 3 при расходе топлива В=3000 м³/ч подача к горелке 10 и 20% сжатого воздуха от общего количества увеличивает суммарный расход газа на нагрев, стоимость нагрева 1 т метала звеличилась с 15,25 грн до 16,57 грн при средней температу­ре подаваемого воздуха t_в=644 °С и производительность ячейки снизилась с 13,2 до 12,6 т/ч.

Таким образом, для обеспечения работы нагревательных колодцев отоплением из центра подины с неизменяющимися показателями в процессе эксплуатации необходимо обеспечить подачу воздуха не под давлением, а обеспечить на воздушной стороне разряжение. Величина разряжения должна быть примерно равной разряжению на дымовой стороне.

Таким образом, в рекуперативных нагревательных колодцах отоплением из центра подины при подаче воздуха в керамический теплообменник с помощью вентилятора происходит неконтролируемая утечка воздуха на дымовую сторону. В связи с этим трудно обеспечить подачу к горелке количества воздуха, требуемого для сжигания топлива.

Подача холодного сжатого воздуха снижает температуру подогрева воздуха и тем самьм увеличивается расход топлива. Кроме того может возникнуть такая ситуация: расход топлива уменьшили настолько, что воздуха будет подаваться значительно больше, чем требуется для горения. Это приведет к большему окалинообразованию.

Для снижения в колодцах данного типа утечек воздуха на дымовую сторону необходимо обеспечить на воздушной стороне разряжение. Для этой цели предлагается установить в верхней части рекуператоров эжектор. Установка эжектора обеспечивает стабильную работу рекуператоров на протяжении всего межремонтного периода.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Энергосберегающая технология нагрева слитков / Казанцев Е.И., Котяревский Е.М.., Заварова И.С. – М.: Металлургия, 1992. –176 с.

2.   Кривандин В.А.., Марков Б.Л. Металлургические печи. М.: Металлургия, 1977. – 464 с.

3.   Кривандин В.А.., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной металлур­гии. – М.: Металлургия, 1989.  – 462 с.

Автобиография  |  Автореферат  |  Библиотека  |  Ссылки  |  Поисковик ДонНТУ  |  Сайт магистров  

   © ДонНТУ, Лебедев Константин