Утилизация тепла уходящих газов металлургических печей

Уходящие газы печей – ценнейший теплоноситель, облада­ющий всеми основными признаками, при которых их ис­пользование технически возможно и экономически целесо­образно. Потери тепла с уходящими газами составляют 30–40 %, а в ряде случаев доходят до 60–70 % от всего тепла, выделяемого при сжигании топлива в печах.

Способы использования тепла уходящих газов. Тепло уходящих газов может быть использовано по трем основным схемам: замкнутой, или технологической, разомк­нутой, или энергетической, и комбинированной.

В замкнутой схеме (рис. 7.5, а) за счет тепла уходя­щих газов в регенеративных или рекуперативных теплооб­менниках 2 нагревается дутьевой воздух, иногда сжигаемый газ или шихтовые материалы. При этом часть тепла ухо­дящих газов возвращается в агрегат 1. Таким образом, в замкнутой схеме повышаются технико-экономические пока­затели технологического процесса, в частности снижается расход топлива. Одновременно уменьшается выход вторичных тепловых ресурсов, которые могут быть использованы вне агрегата.

Агломерационные газы из хвостовых камер с температу­рой 250–300 °С и содержанием кислорода 18–19 % могут быть использованы для подачи в спекаемый на агломашине слой шихты в качестве технологического окисли­теля и теплоносителя, в горн в качестве воздуха горения, для подогрева аглошихты в барабанных окомкователях или на аг­ломашине перед зажига­тельным горном. Возврат нагретого воздуха в горн может снизить расход топлива на зажигание примерно на 30 % и твер­дого топлива на 10 %.

При производстве ока­тышей совершенствование схемы обжига за счет по­вышения рециркуляции газовых потоков дает сни­жение удельного расхода топлива на 5–8 %.

В известково-обжиговом производстве значи­тельный эффект достига­ется при использовании тепла отходящих газов вращающихся печей для обжига кускового сырья (известняка, доломита). Указанные печи имеют низкий коэффициент теплоиспользования (0,3–0,4). Поэтому каждая единица тепла, возвращенная в печь с нагретым сырьем, эквива­лентна 2,5–3 единицам тепла, поступающим в печь от сжи­гаемого топлива.

Котлы-утилизаторы. Котлы-утилизаторы предназначены для получения бестоп­ливного пара за счет использования тепла уходящих газов технологических агрегатов. В черной металлургии темпера­тура уходящих газов в разных печах составляет 500–1800 °С. В соответствии с этим различают котлы-утилизато­ры радиационного, радиационно-конвективного и конвек­тивного типов. Котлы первых двух типов применяют в конверторном производстве, где температура газов выше 1000°С, их мощность характеризуется садкой конвертера.

Рис. 7.5. Схема утилизации тепла ухо­дящих газов печей:

а – замкнутая схема; б – разомкнутая схема; в и г – комбинированные схемы; 1 – печь; 2 – воздухоподогреватель; 3 – котел-утилизатор; 4 – турбогенератор; 5– дымосос; 6 – дымовая труба; 7 – топливо; I – топливо; II– уходящие газы; III – холодный воз­дух; IV– горячий воздух; V – питатель­ная вода; VI – перегретый пар

Наибольшее распространение в черной металлургии по­лучили котлы-утилизаторы конвективного типа. Их уста­навливают за мартеновскими, нагревательными, обжиговы­ми и другими печами. Эти котлы предназначены для ис­пользования газов с температурой 600–850 °С. Марки этих котлов состоят из буквенной и цифровой частей, например КУ-80, КУ-100 и др. При этом число в марке обозначает объем уходящих газов печи в тысячах кубических метров в час, предназначенных для утилизации их тепла.

По компоновке поверхностей нагрева и газового тракта различают конвективные газотрубные и водотрубные КУ.

Водотрубные котлы-утилизаторы. Все водотрубные котлы-утилизаторы отличаются тем, что по газоходам котла движутся уходящие газы печей, а ис­парительные трубчатые поверхности, выполненные из змеевиковых пакетов, размещаются в газоходах на пути газов; внутри труб циркулирует пароводяная смесь. К водотруб­ным котлам относятся: КУ-40, КУ-50, КУ-60, КУ-80, КУ-100, КУ-100Б, КУ-125 и КУ-150.

Для установки за технологическими агрегатами котлы выбирают в зависимости от объема уходящих газов, подле­жащих утилизации. Котлы рассчитаны на температуру га­зов на входе 600–850 °С.

Компоновка поверхностей нагрева в конвективных КУ горизонтальная (КУ-50), башенная (КУ-100Б), а у боль­шинства П-образная. На рис. 7.6 представлена схема водотрубного котла-утилизатора.

Рис. 7.6. Продольный разрез (схема) водотрубного котла - утилизатора П-образной компоновки

Котлы однобарабанные. Внутри барабана 1 имеются паросепарационные циклоны. По ходу газов последо­вательно расположены первая секция испарительной по­верхности 2, пароперегреватель 3, вторая 4, третья 5, иногда четвертая 6 секции испарительной поверхности и водяной экономайзер 7, 8. Все поверхности нагрева изготовлены из труб диаметром 32x3 мм. Применение труб малого диаметра вызвано необходимостью при конвектив­ной теплотдаче разместить большую поверхность нагрева в относительно небольших габаритах котла. В свою очередь это приводит к повышенному сопротивлению как по паро­водяному, так и по газовому тракту.

Циркуляция в КУ многократно-принудительная. На опускной трубе устанавливают циркуляционные насосы 9. Тяга обеспечивается дымососом, рассчитанным на сопротивление всей системы печь – котел – газоочистка. Газы в котле-утилизаторе охлаждаются до 200–230°С, при такой температуре обеспе­чиваются нормальные условия работы дымососа.

В конвективных КУ вырабатывается от 12 (КУ-40) до 50,5 (КУ-150) тонн пара в час. Котлы рассчитаны на полу­чение пара с давлением 1,8 и 4,5 МПа и температурой пе­регрева 340–400 °С. Такой пар используется для привода паровых турбин коксовых эксгаустеров, турбокомпрессоров и турбовоздуходувок, турбонасосов и турбогенераторов не­большой мощности.

В котлах КУ-60, КУ-80, КУ-100, КУ-125 и КУ-150 преду­смотрена возможность подключения к ним испарительного охлаждения. В настоящее время за методическими печами устанавливают котлы-утилизаторы в комплексе с системой испарительного охлаждения и котлы-утилизаторы с возду­хонагревателем.

Конвективные котлы-утилизаторы, применяемые в коксо­химическом производстве, типа КСТ-80 и КСТ-25/39 имеют некоторые особенности в конструкции и установке.

При работе на запыленных газах, например из марте­новских, обжиговых печей, технологический унос осаждает­ся на трубчатых поверхностях нагрева, ухудшаются показа­тели работы котла, в связи, с чем необходима периодиче­ская очистка поверхности нагрева.