СИСТЕМА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА
SYSTEM TO COOL CONVERTER GAS

Заявляемый объект относится к металлургии железа и может быть использован в системах для охлаждения конвертерных газов.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранная в качестве прототипа система для охлаждения конвертерного газа, включающая первичный замкнутый контур охлаждения и вторичный незамкнутый контур охлаждения. Первичный замкнутый контур охлаждения содержит водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов, соединенный циркуляционным трубопроводом с циркуляционным насосом и конвективной поверхностью, деаэратор, который снабжен средством для подсоединения к источнику химочищенной воды, соединен линией подпитки через подпиточный насос с циркуляционным насосом и дополнительно соединен с циркуляционным насосом трубопроводом с регулятором давления. Вторичный контур охлаждения содержит барабан-испаритель, в который встроена указанная конвективная поверхность из первичного контура охлаждения, устройство для подачи питательной воды в барабан-испаритель, которое содержит деаэратор со средством для подсоединения к источнику химочищенной воды («Охлаждение и очистка газов кислородных конвертеров», Металлургия, Москва, 1975 г., с.34-35.).
У заявляемой системы для охлаждения конвертерного газа и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Обе системы очистки конвертерных газов включают первичный контур охлаждения, содержащий водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов, соединенный циркуляционным трубопроводом с циркуляционным насосом и конвективной поверхностью, деаэратор, который снабжен средством для подсоединения к источнику химочищенной воды, соединен линией подпитки через подпиточный насос с циркуляционным насосом и дополнительно соединен с циркуляционным насосом трубопроводом с регулятором давления, вторичный контур охлаждения, содержащий барабан-испаритель, в который встроена указанная конвективная поверхность из первичного контура охлаждения, устройство для подачи питательной воды в барабан-испаритель, которое содержит деаэратор со средством для подсоединения к источнику химочищенной воды.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. Подпитка первичного циркуляционного контура охлаждения осуществляется химочищенной водой, в которой содержатся соли временной жесткости, что приводит к образованию накипи на охлаждаемых поверхностях, снижению стойкости поверхностей нагрева и уменьшению рабочего ресурса системы. Химочищенная вода при значительном ее расходе используется как в первичном контуре охлаждения, так и во вторичном контуре охлаждения. Тепло конвертерного газа не используется при подготовке охлаждающей жидкости.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такую систему для охлаждения конвертерного газа, в которой усовершенствования путем введения новых элементов позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении рабочего ресурса системы для охлаждения конвертерного газа за счет уменьшения образования накипи в трубопроводах и на охлаждаемых поверхностях, а также повышении эффективности использования химочищенной воды за счет подпитки циркуляционного первичного контура охлаждения конденсатом пара вторичного контура и использования для питания барабана-испарителя во вторичном циркуляционном контуре избытка конденсата вместо химочищенной воды.
Заявляемая система для охлаждения конвертерного газа, включает два контура охлаждения. Первичный контур охлаждения содержит водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов, который соединен циркуляционным трубопроводом с циркуляционным насосом и конвективной поверхностью, и деаэратор, который снабжен средством для подсоединения к источнику химочищенной воды, соединен линией подпитки через подпиточный насос с циркуляционным насосом и дополнительно соединен с циркуляционным насосом трубопроводом с регулятором давления. Вторичный контур охлаждения содержит барабан-испаритель, в который встроена указанная конвективная поверхность из первичного контура охлаждения, устройство для подачи питательной воды в барабан-испаритель, которое содержит деаэратор со средством для подсоединения к источнику химочищенной воды.
Отличительной особенностью заявляемой системы для охлаждения конвертерного газа является следующее. Во вторичном контуре охлаждения система снабжена соединенными трубопроводами установкой конденсации пара, баком конденсатным и установкой реагентной обработки конденсата. При этом установка конденсации пара соединена паропроводом с барабаном-испарителем, а бак конденсатный через конденсатный насос и запорную арматуру соединен с деаэратором первичного контура охлаждения и снабжен патрубком с вентилем запорным для отбора конденсата.
2
Установка конденсации пара представляет собой водяной теплообменник на технической воде. Бак конденсатный представляет собой емкость для сбора конденсата с патрубком перелива, патрубком с вентилем запорным для дренажа и патрубком с запорным вентилем для отбора конденсата. Установка реагентной обработки конденсата представляет собой стандартный комплект, состоящий из блоков мешалки, солерастворителя, расходного бака и насосов подачи реагента. Для обработки конденсата используется каустическая сода Na(OH). Обработка конденсата каустической содой обеспечивает стабилизацию щелочности конденсата в пределах рН 7÷7,5.
В отдельных случаях изготовления, заявляемый объект характеризуется тем, что бак конденсатный через конденсатный насос и запорную арматуру соединен трубопроводом с деаэратором вторичного контура охлаждения.
При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении рабочего ресурса системы для охлаждения конвертерного газа за счет уменьшения образования накипи в трубопроводах и на охлаждаемых поверхностях, а также в повышении эффективности использования химочищенной воды за счет подпитки циркуляционного первичного контура охлаждения конденсатом пара вторичного контура и использования для питания барабана-испарителя во вторичном циркуляционном контуре избытка конденсата вместо химочищенной воды.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь. Снабжение системы во вторичном контуре охлаждения соединенными трубопроводами установкой конденсации пара, баком конденсатным и установкой реагентной обработки конденсата, соединение бака конденсатного через конденсатный насос и запорную арматуру с деаэратором первичного контура охлаждения, а также с деаэратором вторичного контура охлаждения, и снабжение бака конденсатного патрубком с вентилем запорным для отбора конденсата, обеспечивает подпитку первичного и вторичного контуров охлаждения мягким конденсатом, а не жесткой химочищенной водой, и эффективное использование тепла конвертерного газа при производстве расходуемого конденсата. Пар из барабана-испарителя, образующийся за счет теплопередачи от встроенной конвективной поверхности замкнутого контура, конденсируется в конденсаторах и используется в системе охлаждения первичного контура, обеспечивая подпитку его мягким конденсатом. Соединение бака конденсатного через конденсатный насос и запорную арматуру трубопроводом с деаэратором вторичного контура охлаждения обеспечивает дополнительную подпитку вторичного контура мягким конденсатом, который обработан реагентом, что уменьшает объем использования химочищенной воды. Все это повышает качество питательной воды в первичном контуре и во вторичном контуре, способствует уменьшению образования накипи на охлаждаемых поверхностях охладителя конвертерных газов и на конвективной поверхности в барабане-испарителе. При этом повышается стойкость поверхностей нагрева, повышается рабочий ресурс всей системы и повышается эффективность использования химочищенной воды, а также эффективно используется тепло конвертерного газа при производстве расходуемого конденсата.
В заявляемой системе охлаждения тепло отходящих конвертерных газов используется для получения конденсата, который при охлаждении конвертерного газа используется как в первичном контуре охлаждения, так и во вторичном контуре охлаждения, что обеспечивает значительное снижение потребления химочищенной воды.
Сущность заявляемого объекта поясняется блок-схемой, на которой изображена принципиальная схема заявляемой системы для охлаждения конвертерного газа.
На схеме проставлены следующие обозначения:
1 - водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов;
2 - циркуляционный трубопровод;
3 - циркуляционный насос;
4 - конвективная поверхность;
5 - деаэратор;
6 - линия подпитки;
7 - подпиточный насос;
8 - клапан обратный;
9 - задвижка;
10 - задвижка;
11 - трубопровод;
12 - регулятор давления;
13 - задвижка;
14 - барабан-испаритель;
15 - патрубок для подвода химочищенной воды;
16 - деаэратор;
17 - патрубок с клапаном регулирующим для подвода химочищенной воды;
18 - питательный насос;
19 - клапан обратный;
20 - задвижка;
21 - задвижка;
22 - клапан регулирующий;
23 - установка конденсации пара;
24 - бак конденсатный;
25 - установка реагентной обработки конденсата;
26 - паропровод;
27 - патрубок для подвода охлаждающей жидкости;
28 - патрубок для отвода охлаждающей жидкости;
29 - патрубок с вентилем запорным для отбора конденсата;
30 - патрубок перелива;
31 - конденсатный насос;
32 - клапан обратный;
33 - задвижка;
34 - задвижка;
35 - клапан регулирующий;
36 - манометр;
37 - патрубок с клапаном регулирующим для подвода пара;
38 - патрубок с вентилем запорным для дренажа;
39 - уровнемер;
40 - манометр;
41 - патрубок с клапаном регулирующим для подвода пара;
42 - патрубок с вентилем запорным для дренажа;
43 - уровнемер;
44 - манометр;
45 - патрубок с вентилем запорным для дренажа;
46 - уровнемер;
47 - трубопровод;
48 - задвижка;
49 - патрубок с вентилем запорным для дренажа;
50 - конвертер.
В конкретном примере изготовления заявляемая система для охлаждения конвертерного газа включает первичный контур охлаждения, и вторичный контур охлаждения. Первичный контур охлаждения содержит водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов 1, соединенный циркуляционным трубопроводом 2 с циркуляционным насосом 3 и конвективной поверхностью 4. Первичный контур охлаждения содержит также деаэратор 5, который линией подпитки 6 через подпиточный насос 7, клапан обратный 8 и задвижки 9 и 10 соединен с циркуляционным насосом 3. Кроме того, деаэратор 5 трубопроводом 11 через регулятор давления 12 с задвижкой 13 дополнительно соединен с циркуляционным насосом 3. Вторичный контур охлаждения содержит барабан-испаритель 14, в который встроена указанная конвективная поверхность 4 первичного контура охлаждения. Деаэратор 5 первичного контура охлаждения снабжен патрубком для подвода химочищенной воды 15. Устройство для подачи питательной воды в барабан-испаритель 14 вторичного контура охлаждения содержит деаэратор 16, который снабжен патрубком с клапаном регулирующим для подвода химочищенной воды 17.
Отличительной особенностью заявляемой системы для охлаждения конвертерного газа является следующее. Деаэратор 16 через питательный насос 18, клапан обратный 19, задвижки 20 и 21 и клапан регулирующий 22 соединен с барабаном-испарителем 14. Во вторичном контуре охлаждения система снабжена соединенными трубопроводами установкой конденсации пара 23, баком конденсатным 24 и установкой реагентной обработки конденсата 25. Установка конденсации пара 23 соединена с барабаном-испарителем 14 паропроводом 26. При этом установка конденсации пара 23 снабжена патрубком для подвода охлаждающей жидкости 27 и патрубком для отвода охлаждающей жидкости 28. Бак конденсатный 24 снабжен патрубком с вентилем запорным для отбора конденсата 29 и патрубком перелива 30. Кроме того, бак конденсатный 24 через конденсатный насос 31, клапан обратный 32, задвижки 33 и 34 и клапан регулирующий 35 соединен с деаэратором 5 первичного контура охлаждения. Давление воды в первичном контуре охлаждения измеряется манометром 36. Деаэратор 5 первичного контура охлаждения снабжен патрубком с клапаном регулирующим для подвода пара 37, патрубком с вентилем запорным для дренажа 38, уровнемером 39 и манометром 40. Деаэратор 16 вторичного контура охлаждения снабжен патрубком с клапаном регулирующим для подвода пара 41, патрубком с вентилем запорным для дренажа 42, уровнемером 43 и манометром 44. Барабан-испаритель 14 снабжен патрубком с вентилем запорным для дренажа 45 и уровнемером 46.
В отдельном случае выполнения заявляемой системы для охлаждения конвертерного газа бак конденсатный 24 через конденсатный насос 31, клапан обратный 32, задвижки 33 и 34 и трубопровод 47 с задвижкой 48 соединен с деаэратором 16 вторичного контура охлаждения.
Кроме того, бак конденсатный 24 снабжен патрубком с вентилем для дренажа 49, который соединен с патрубком перелива 30. Водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов 1 установлен над конвертером 50.
В конкретном примере осуществления заявляемая система для охлаждения конвертерного газа работает следующим образом. Деаэратор 5 заполняется химочищенной водой через патрубок для подвода химочищенной воды 15. Необходимый уровень заполнения деаэратора 5 контролируется уровнемером 39 и поддерживается клапаном регулирующим 35. Давление в деаэраторе 5 обеспечивается паром, подаваемым через патрубок с клапаном регулирующим для подвода пара 37 по показаниям манометра 40. Дренаж деаэратора 5 обеспечивается патрубком с вентилем запорным для дренажа 38. Первичный контур охлаждения, включающий водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов 1, циркуляционный трубопровод 2, конвективную поверхность 4, трубопровод 11, через линию подпитки 6, включающую задвижку 10, подпиточный насос 7, клапан обратный 8 и задвижку 9 заполняется химочищенной деаэрированной водой из деаэратора 5. Деаэратор 16 заполняется химочищенной водой через патрубок с клапаном регулирующим для подвода химочищенной воды 17. Дренаж деаэратора 16 обеспечивается патрубком с вентилем запорным для дренажа 42. Необходимый уровень заполнения деаэратора 16 обеспечивает патрубок с клапаном регулирующим для подвода химочищенной воды 17 по показаниям уровнемера 43. Давление в деаэраторе 16 поддерживается с помощью пара, подаваемого через патрубок с клапаном регулирующим для подвода пара 41 по показаниям манометра 44. С помощью питательного насоса 18, в обвязку которого входят задвижка 21, клапан обратный 19 и задвижка 20, барабан-испаритель 14 заполняется химочищенной водой, деаэрированной в деаэраторе 16. Необходимый уровень заполнения барабана-испарителя 14 обеспечивает клапан регулирующий 22 по показаниям уровнемера 46. Дренаж барабана-испарителя 14 обеспечивается патрубком с вентилем запорным для дренажа 45.
С помощью подпиточного насоса 7 в первичном циркуляционном контуре охлаждения поддерживается необходимое давление по показанию манометра 36 на входе циркуляционного насоса 3. Включают циркуляционный насос 3. Запускают конвертер 50, и начинается его продувка. Конвертерные газы, нагретые до 1400-1600°С, поступают в водоохлаждаемый охладитель конвертерных газов 1, нагревая его поверхности нагрева и циркулирующую в них охлаждающую воду. Нагретая охлаждающая вода из поверхностей нагрева охладителя конвертерных газов 1 по циркуляционному трубопроводу 2 поступает в конвективную поверхность 4 барабана-испарителя 14, где происходит теплообмен с водой вторичного контура охлаждения. В результате, в барабане-испарителе 14 происходит вскипание воды с образованием пара, который по паропроводу 26 поступает в установку конденсации пара 23. В этой установке пар конденсируется путем охлаждения в теплообменнике с помощью охлаждающей жидкости, подаваемой через патрубок для подвода охлаждающей жидкости 27 и отводящейся через патрубок для отвода охлаждающей жидкости 28. Полученный конденсат обрабатывается раствором каустической соды, приготовленным в установке реагентной обработки конденсата 25, обеспечивая стабилизацию щелочности конденсата в пределах рН 7-7,5. Затем конденсат поступает в бак конденсатный 24, откуда с помощью конденсатного насоса 31, через клапан регулирующий 35 подается в деаэратор 5. Для нормального функционирования конденсатного насоса 31 предусмотрена его обвязка арматурой: задвижка 34, клапан обратный 32 и задвижка 33. В процессе эксплуатации бака конденсатного 24 используются патрубок перелива 30 и патрубок с вентилем запорным для дренажа 49. Использование конденсата на нужды предприятия осуществляют через патрубок с вентилем запорным для отбора конденсата 29. Давление охлаждающей воды в первичном циркуляционном контуре контролируется манометром 36 и регулируется регулятором давления 12. При превышении заданного давления охлаждающей воды после ее нагрева в первичном циркуляционном контуре, регулятор давления 12 сбрасывает излишек воды через задвижку 13 и трубопровод 11 в деаэратор 5. В промежутках между продувками конвертера 50 охлаждающая вода в первичном циркуляционном контуре охлаждается, и заданное давление в контуре при закрытом регуляторе давления 12 поддерживается подпиточным насосом 7 путем подачи деаэрированной воды из деаэратора 5.
Постепенно, вследствие утечек воды в первичном циркуляционном контуре (протечек в циркуляционном насосе 3 и подпиточном насосе 7, утечек в водоохлаждаемом охладителе конвертерных газов 1), испарения воды в деаэраторе 5, вся химочищенная вода заменится конденсатом. Последующие заполнения системы первичного охлаждающего контура будут осуществляться деаэрированным конденсатом через деаэратор 5 из конденсатного бака 24. При избытке конденсата в режиме подпитки первичного охлаждающего контура осуществляют подвод конденсата в деаэратор 16 вторичного охлаждающего контура через конденсатный насос 31 путем открытия задвижки 48. При этом химочищенная вода в барабане-испарителе 14 постепенно замещается на более мягкий конденсат.
Таким образом, в процессе охлаждения конвертерного газа первичный контур охлаждения и вторичный контур охлаждения работают с использованием в качестве питательной воды более мягкого конденсата. Это способствует уменьшению образования накипи на охлаждаемых поверхностях охладителя конвертерных газов и на конвективной поверхности в барабане-испарителе вторичного контура при экономии химочищенной воды. Благодаря этому повышается стойкость поверхностей нагрева, повышается срок службы водоохлаждаемого охладителя конвертерных газов и повышается рабочий ресурс всей системы. Кроме того, повышается эффективность использования химочищенной воды за счет подпитки циркуляционного первичного контура охлаждения конденсатом пара вторичного контура и использования избытка конденсата вместо химочищенной воды для питания барабана-испарителя во вторичном циркуляционном контуре.