title-icon
Яндекс.Метрика
» » Нагрев дутья

Нагрев дутья

Дутье, поступающее в доменные печи, впервые стали нагревать в 1829 г. Одна из первых установок для нагрева показана на рис. 215.
Как видно из чертежа, чугунные трубы, по которым воздух через две фурмы поступал в доменную печь, в нескольких местах проходили через нагревательные камеры; последние представляли собой обмурованные кирпичом топки, где на колосниковых решетках сжигался уголь. При помощи этого устройства удавалось доводить температуру дутья до 315° С; это оказалось возможным лишь потому, что количество дутья, поступающего в печь в единицу времени, было очень небольшим.

В дальнейшем для нагрева воздух пропускали через систему чугунных труб, заключенных в большую топку, в которой сжигался уголь или доменный газ (рис. 216 и 217).
Увеличивая поверхность нагрева за счет увеличения числа витков чугунных труб, можно было значительно увеличить температуру дутья. Однако недостаточная жароупорность чугуна не позволяла нагревать дутье выше 300—400° С; при превышении этой температуры чугунные трубы коробились и быстро выходили из строя. В связи с этим чугунные воздухонагреватели были заменены воздухонагревателями из огнеупорного кирпича, действующими по принципу регенерации тепла. По этому же принципу работают и современные доменные воздухонагреватели; первоначальная конструкция этих аппаратов показана на рис. 218, где изображен аппарат, нагреваемый посредством сжигания угля. На рис. 219 показан аппарат, нагреваемый посредством сжигания газа.



В аппарате первого типа (рис. 218) продукты сгорания, образующиеся при сжигании угля на колосниковой решетке 1, поднимаются вверх и проходят через высокий слой насадки, состоящей из огнеупорных кирпичей, которые образуют каналы для прохода газов. Соприкасаясь с поверхностью кирпичей, образующих насадку, газы нагревают насадку и, охладившись до той или иной температуры, уходят через дымовой клапан 2 в атмосферу. Через определенный промежуток времени, когда насадка уже должным образом нагрета, сжигание угля прекращается, дымовой клапан 2 закрывается, открывается клапан 3 и через трубу 4 в аппарат впускается холодный воздух. Проходя через насадку, воздух отбирает у нее тепло, нагревается и через открытый клапан 5 уходит в воздухопровод.
Этот аппарат был весьма несовершенным не только по конструктивному оформлению, но и с принципиальной точки зрения, так как горячий, остывающий поток газов направлялся снизу вверх, а холодный, нагревающийся поток воздуха — сверху вниз. Как известно, такое направление газовых потоков неправильно, так как в этом случае нельзя обеспечить более или менее равномерного распределения газового потока по каналам.
Аппарат (рис. 219), нагреваемый газом, лишен этого недостатка и имеет правильное направление газового потока. Доменный газ, предназначенный для сжигания, поступает через клапан 1, воздух для горения газа — через вентиль 2 и трубу 3. В трубе 4 начинается горение газа; продукты сгорания, поднимаясь вверх под куполом, заворачивают, направляются в насадку 5, проходят через нее сверху вниз и удаляются в дымовую трубу по каналам 6. Клапаны для подачи холодного воздуха и отвода горячего на чертеже не показаны.

Аппарат такой конструкции впервые был построен в 1862 г. и в течение первых 10—15 лет эксплуатации был значительно усовершенствован. На рис. 220 показан воздухонагревательный аппарат системы Каупера постройки 1870—1876 гг. Ho трубе 1, в случае открытия соответствующего клапана, доменный газ поступает в камеру горения 2. Воздух, необходимый для сжигания газа, подается через окно 3, которое имеет соответствующий клапан для регулирования количества воздуха и полного прекращения доступа его в случае необходимости. Пламя и продукты горения поднимаются по колодцу 4 в подсводовое пространство 5, где поворачивают и поступают в насадку. Последняя состоит из многих мелких каналов из огнеупорного кирпича, который опирается на чугунную решетку 7, лежащую на кирпичных колонках 8. Пройдя через насадку, продукты сгорания через клапан 9 уходят в дымовую трубу.

После того как аппарат простоит под нагревом достаточно долго для хорошего прогрева насадки, его снимают с газа и переводят на дутье. Для этого прекращается доступ газа в аппарат, закрывается доступ воздуха для горения, закрываются дымовые клапаны. После этого на трубе 10 открывается шибер, холодный воздух поступает под насадку, поднимается вверх и нагревается; в подкупольном пространстве поток воздуха поворачивает, опускается в колодезь 4 и после открытия шибера 6 уходит в воздухопровод горячего дутья и в доменную печь.
Внутренний диаметр только что описанного аппарата 7,9 м, общая высота 13 м при высоте насадки 8,4 м; это дает поверхность нагрева 1100 м3. Такая поверхность нагрева давала возможность поднять температуру воздуха, проходящего через аппарат в количестве 150—180 м3/мин, до 700° С.
Современные доменные воздухонагреватели, устройство которых в принципе ничем не отличается от вышеописанного, способны нагревать дутье в количестве 2000—2500 м3/мин не менее чем до 800° С. Такое значительное увеличение количества дутья, нагреваемого до весьма высоких температур, было достигнуто в результате резкого увеличения поверхности нагрева (в современных воздухонагревателях — до 16000—18000 м2 и более) и столь же резкого увеличения количества газа, сжигаемого в камере горения аппарата за единицу времени (36000 м3/час и более).

На рис. 221 показан разрез современного доменного воздухонагревателя Гипромеза по вертикали и по горизонтали. Как следует из рисунка, диаметр воздухонагревателя увеличился незначительно, по сравнению со старыми аппаратами, но высота его сильно возросла — до 45,5 м всего аппарата и 35м насадки.
Значительное увеличение высоты насадки явилось одной из причин увеличения поверхности нагрева. Другое обстоятельство, способствовавшее увеличению поверхности нагрева, заключалось в уменьшении сечения каналов, что стало возможным вследствие применения для обогрева воздухонагревателей тонкоочищенного колошникового газа. Аппараты, обогревавшиеся доменным газом, плохо очищенным от пыли, не могли иметь ячеек с малым сечением, так как такие ячейки очень скоро забивались бы колошниковой пылью.
В настоящее время применяются насадки с различными формами ячеек. Рассмотрим устройство насадки, наиболее распространенной на наших заводах (рис. 222). Эта насадка имеет различные размеры кирпича и ячеек по высоте.
Нагрев дутья

Насадка верхнего яруса (1), имеющего высоту 5—6 м, сделана из кирпичей размером 280х60 мм; кирпичи образуют квадратные ячейки размером 110х110 мм. Насадка среднего яруса (2) высотой 7,5—8 м делается из кирпичей второго сорта по размерам 300х150х40 мм и 170х150х40 мм. Эти кирпичи образуют ячейки размером 130х45 мм, т. е. они как бы представляют собой ячейки верхнего яруса, поделенные пополам.
Насадка нижнего яруса (3) высотой 9—18 м выкладывается из кирпичей крестообразной формы размером 170х130х150х40 мм. Эти кирпичи дают ячейки размером 45х45 мм, которые представляют собой как бы ячейки первого пояса, поделенные на 4 части.
Таким образом, размеры ячеек уменьшаются по мере опускания сверху вниз. Целесообразность применения такой насадки объясняется прежде всего тем, что газовый поток, опускаясь сверху вниз, охлаждается, уменьшается в объеме, поэтому при сохранении ячеек постоянного размера скорость газового потока понижалась бы. Это нежелательно по следующим причинам. Передача тепла от газового потока стенкам насадки в весьма значительной степени происходит за счет конвекции, а так как коэффициент теплопередачи конвекцией тем выше, чем выше скорость газового потока, всякое уменьшение скорости газового потока будет ухудшать условия теплопередачи.
C другой стороны, в верхней части насадки, где температура газов высока и составляет 1200° С и более, передача тепла лучеиспусканием играет важную роль, поскольку в продуктах горения содержится много углекислоты, относящейся к газам, способным поглощать и излучать тепло. Коэффициент теплопередачи излучением газов зависит от толщины газового потока и при значительном уменьшении этой толщины резко сокращается. Поэтому ячейки слишком малого сечения в верхнем ярусе недопустимы, так как будут способствовать уменьшению количества тепла, передаваемого газами насадке за счет лучеиспускания.

Вышеприведенные размеры кирпичей, применяемых для насадки воздухонагревателей в длину и ширину, определяются размерами ячеек. Что касается толщины кирпичей, то она определяется стремлением обеспечить прогрев кирпича по всей толще и таким образом избежать наличия бесполезной массы кирпича, не участвующей в теплообмене; с другой стороны, нельзя допускать и слишком тонких стенок, так как такой кирпич будет накапливать мало тепла; кроме того, при сильном прогреве он может размягчиться и стать непрочным.
На рис. 223 показана насадка из кирпичей, имеющих гофрированную поверхность. Такая насадка в последних проектах Гипромеза заменила трехярусную насадку, от применения которой часто отказываются ввиду трудностей, связанных с очисткой засорившихся каналов.
Как указывалось, современный доменный воздухонагреватель (рис. 221) работает по тому же принципу, что и рассмотренный выше, постройки 70-х годов XIX в. Во время нагрева воздухонагревателя в камеру горения через отверстие А поступает смесь газа и воздуха и, соприкасаясь с раскаленными стенками, воспламеняется. Под куполом продукты горения заворачивают вниз и проходят через насадку B, покоящуюся на чугунной решетке С, которая, в свою очередь, опирается на чугунные колонны К. Из поднасадочного пространства продукты горения по двум каналам Д уходят в дымовой боров и оттуда — в дымовую трубу.
Холодный воздух поступает в воздухонагреватель через отверстие И, проходит через насадку снизу вверх, заворачивает в камеру горения Б и через канал M уходит в воздухопровод горячего дутья в доменную печь.
Для уменьшения тепловых потерь стенки воздухонагревателя выкладываются из двух кирпичей. Стенки воздухонагревателей выкладываются без перевязки швов между двумя соседними рядами кирпича, как это делается при кладке стен доменной печи. Это вызвано опасением, что внутренний слой кирпича, всегда нагретый до более высокой температуры, чем наружный, будет в большей степени расширяться, что вызовет расстройство швов. Снаружи воздухонагреватель одет в сплошной железный кожух из листов толщиной 12—14 мм (раньше клепаный, а теперь чаще всего сварной). Назначение этого кожуха состоит не только в креплении кирпичных стен воздухонагревателя, но и в том, чтобы обеспечить герметичность аппарата. С этой целью низ воздухонагревателя всегда имеет металлическое днище, герметично соединенное с кожухом (герметичность необходима для того, чтобы максимально снизить потери дутья).
Такое же требование герметичности предъявляется ко всем шиберам и клапанам воздухонагревателя, число которых достаточно велико, так как аппарат работает циклично, время от времени переключаясь с газа на воздух и с воздуха на газ.
Требование герметичности значительно усложняет оборудование воздухонагревателя, к рассмотрению которого и переходим.
Подача газа в современный воздухонагреватель производится принудительно, что необходимо для того, чтобы обеспечить подачу Надлежащего количества газа для достижения нужного нагрева дутья.

Существуют различные конструкции газовых горелок. Мы рассмотрим наиболее часто применяющуюся в наших доменных цехах (рис. 224).
По газопроводу газ поступает в собственно горелку, где смешивается с воздухом, нагнетаемым вентилятором. Этот вентилятор заставляет воздух входить в газовую горелку с большой скоростью. Горелка отделяется от воздухонагревателя клапаном шиберного типа, находящимся в специальном кожухе а. Такой же шибер, только горизонтально расположенный Б, перекрывает газопровод и прекращает доступ газа.
Для того чтобы обеспечить подачу вентилятором нужного количества воздуха и не допустить ни недостатка воздуха, ни большого избытка его, число оборотов мотора вентилятора автоматически регулируется, в зависимости от количества подаваемого газа, которое измеряется посредством специальной шайбы.
Как указывалось выше, продукты горения уходят в дымовой боров по двум каналам. Воздухонагреватель отделяется от дымового борова в период нагрева дутья специальными клапанами, называемыми дымовыми. Эти клапаны бывают либо тарельчатого, либо шиберного типа.
Дымовой клапан тарельчатого типа показан на рис. 225. Собственно клапан представляет собой тарелку 1, которая садится на седалищное кольцо 2, соприкасающиеся поверхности клапана и седалища имеют хорошо пришлифованную шаровую заточку для обеспечения плотного прижатия друг к другу. Седалищное кольцо предохраняется от коробления при нагреве его отходящими продуктами горения (коробление поведет к образованию зазоров между клапаном и кольцом) с помощью охлаждения. Клапан прижимается к седалищу противовесом 3, насаженный на рычаг, посредством которого опускается и поднимается тарелка. Однако основной силой, прижимающей тарелку к седалищу, является давление дутья.

Дымовой клапан шиберного типа показан на рис. 226. Собственно шибер, или заслонка, в противоположность тарельчатому клапану, двигается по вертикали. В закрытом состоянии шибер заходит в направляющие пазы, причем соприкасающиеся поверхности и направляющие пазов должны быть гладко заточены для обеспечения герметичности при прижатии друг к другу; последнее осуществляется за счет давления дутья.
В открытом положении шибер находится в специальном футляре; для увеличения прочности поверхность шибера делается ребристой.
На рис. 227 показан шибер холодного дутья. Устройство его в основном аналогично устройству дымового шибера; разница состоит лишь в том. что в теле шибера есть так называемый перепускной клапан. Шток, служащий для подъема шибера, связан с перепускным клапаном; при подъеме штока поднимается сначала перепускной клапан, а уже потом шибер холодного дутья. Это необходимо для облегчения подъема шибера. Перепускной клапан имеет небольшую площадь, и поэтому прижимающая сила, создаваемая давлением дутья, сравнительно невелика, а сила, прижимающая шибер холодного дутья при разности давлений в 1 атм (в воздухонагревателе давление равно атмосферному, в воздухопроводе холодного дутья — не менее 1 ага), будет весьма значительной. После того как перепускной клапан будет поднят и давление в воздухонагревателе установится такое же, как и в воздухопроводе, подъем шибера нe будет представлять затруднений.

Наиболее ответственной частью оборудования воздухонагревателей является клапан горячего дутья (рис. 228), который не только должен обеспечить полную герметичность (в целях предотвращения потерь дутья), но и успешно противостоять действию высоких температур.
Собственно клапан (или язык) 1 представляет собой пустотелую отливку, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Имеющиеся внутри клапана перегородки дают нужное направление потоку воды.
В закрытом положении клапан помещается между седалищными кольцами 2 и плотно прижимается к ним. Соприкасающиеся поверхности клапана и седалищных колец тщательно обрабатываются и пришабриваются друг к другу. Седалищные кольца также охлаждаются циркулирующей внутри их водой. В открытом положении шибер находится в специальном футляре 3, находящемся за пределами воздухопровода. Шибер поднимается специальной лебедкой.
Шибер горячего дутья, а также и седалищные кольца, систематически подвергающиеся действию струй горячего дутья, через тот или иной промежуток времени неизбежно прогорают. Поэтому конструкция шибера горячего дутья должна обеспечивать удобство и быстроту смены сгоревших деталей.

В первое время после перевода воздухонагревателя на нагрев дутья последнее будет выходить из аппарата со значительно более высокой температурой, чем в конечный период, когда насадка воздухонагревателя в той или иной степени остынет. Если дутье, выходящее из воздухонагревателя, направлять в доменную печь, не принимая никаких мер для устранения неизбежных колебаний температуры, то доменная печь будет получать дутье с постоянно меняющейся температурой, что крайне неблагоприятно повлияет на ее работу. Поэтому принимаются специальные меры к тому, чтобы обеспечить подачу в доменную печь дутья с постоянной температурой. Выравнивание температуры достигается подмешиванием холодного воздуха к горячему. В первый момент, когда дутье выходит из воздухонагревателя с очень высокой температурой, к горячему дутью добавляется много холодного воздуха, затем количество холодного воздуха постепенно убавляется. Количество добавляемого холодного воздуха регулируется автоматически, посредством так называемого смесительного клапана.

Принцип действия смесительного клапана (рис. 229) заключается в следующем. В воздухопроводе, подающем холодный воздух для подмешивания к горячему, устанавливается клапан мотылькового типа, соединяемый с мотором. Пусковое приспособление мотора связано с термопарой,, измеряющей температуру дутья у входа в кольцевой воздухопровод, и с регулятором. Стрелка регулятора устанавливается на делении, отвечающем заданной температуре дутья. Если действительная температура дутья совпадает с заданной, то мотыльковый клапан остается на месте; при понижении температуры ниже заданной регулятор автоматически включает мотор, причем вал мотора вращается в таком направлении, при котором мотыльковый клапан начинает прикрываться и уменьшать доступ воздуха. Когда количество холодного воздуха уменьшится настолько, что температура поднимется до заданной, мотор автоматически выключается. При повышении температуры выше заданной регулятор тока автоматически включает мотор, но вращение вала мотора при этом происходит в обратную сторону, мотыльковый клапан открывается и увеличивает подачу холодного воздуха до тех пор, пока не установится нужная температура.
За смесительным клапаном на воздухопроводе холодного дутья ставится предохранительный обратный клапан, имеющий целью помешать проходу газа из печи в воздухопровод холодного дутья во время остановки печи при незакрытом смесительном клапане.

План расположения воздухонагревателей, воздухопроводов, газопроводов, горелок и клапанов показан на рис. 230. На воздухопроводе холодного дутья расположен клапан «Снорт» (на рис. 230 не показан). Назначение этого клапана состоит в том, чтобы выпускать в атмосферу воздух, нагнетаемый воздуходувной машиной, при кратковременных остановках печи или при работе I печи на тихом ходу, когда воздуходувная машина работает на малых оборотах.
Устройство клапана «Снорт» показано на рис. 231. Клапан состоит из чугунного цилиндрического корпуса 1, в котором на оси 2 вращается мотыльковый клапан 3. При нормальной работе доменной печи мотыльковый клапан устанавливается параллельно стенкам воздухопровода (как показано на рисунке). При кратковременной остановке печи или переводе ее на тихий ход мотыльковый клапан поворачивается вокруг своей оси, становится перпендикулярно стенкам воздухопровода и преграждает путь воздушной струе. Воздух, нагнетаемый продолжающей работать воздуходувкой, находит себе выход через патрубок 4, который имеет сообщающееся с атмосферой отверстие. При нормальной работе печи это отверстие закрыто клапаном, но по мере прикрывания мотылька начинает открываться тем больше, чем сильнее прикрывается мотыльковый клапан. Управление клапаном «Снорт» производится с рабочей площадки у печи, где устанавливается штурвальное колесо, соединенное посредством каната с клапаном «Снорт». Вращением штурвала клапан открывается и закрывается. Клапаны и шиберы поднимаются и опускаются газовщиками обычно вручную. На некоторых наших доменных печах, число которых с каждым годом увеличивается, работы по перекидке клапанов на воздухонагревателях автоматизированы. Шиберы опускаются и поднимаются посредством электропривода; включение соответствующих моторов производится простым нажатием кнопки на специальной панели, оборудованной световой сигнализацией, которая показывает, в каком положении находятся клапаны.
Выгода автоматической перекидки клапанов заключается не только в облегчении труда рабочих, но и в том, что в этом случае исключается возможность нарушения порядка перекидки клапанов вследствие ошибок обслуживающего персонала.


title-icon Подобные новости