СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
OPERATION PROCEDURE OF WATER COOLING SYSTEM OF BLAST FURNACE

Заявляемое изобретение относится к металлургии железа и может быть использовано при охлаждении доменных печей.
2
Известен способ эксплуатации устройства водяного охлаждения доменной печи, включающий подачу охлаждающей воды по подводящему магистральному трубопроводу в нижнюю, а потом в верхнюю зону охлаждения с охлаждаемыми элементами по подводящим коллекторам нижней и верхней зоны охлаждения, подачу нагретой воды по отводящим трубопроводам верхней зоны охлаждения и отводящему магистральному трубопроводу в сборный резервуар. Нагретая в охлаждаемых элементах вода сливается в открытые воронки и по трубопроводам отводится в сборный резервуар нагретой воды, из которого насосами подается в поверхностные теплообменники. Охлажденная вода насосами подается назад в печь в нижнюю зону охлаждения. Воду в сборном резервуаре очищают путем ее пропускания через встроенный в трубопровод фильтр, а шлам отводят. Потери воды в системе восполняются с помощью устройств для пополнения воды (Авт. св. СССР №603663, МПК С21В 7/10, 1978).
У заявляемого способа эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи и аналога совпадают следующие существенные признаки. Оба способа включают подачу охлаждающей воды по подводящему магистральному трубопроводу в нижнюю, а потом в верхнюю зону охлаждения с охлаждаемыми элементами по подводящим коллекторам нижней и верхней зоны охлаждения, подачу нагретой воды по отводящим трубопроводам верхней зоны охлаждения в отводящий магистральный трубопровод и последующее охлаждение отводимой воды.
Получению ожидаемого технического результата при использовании аналога препятствуют следующиие причины. Подача охлаждающей воды в единую вертикальную секцию охлаждения, слив воды в воронки, подача нагретой отводимой воды в сборный резервуар, а из него в поверхностные теплообменники, очистка воды из сборного резервуара путем ее пропускания через встроенный в трубопровод фильтр усложняют конструкцию системы охлаждения. Кроме того, при эксплуатации такой системы водяного охлаждения доменной печи не обеспечивается поддержка оптимального давления охлаждающей воды в охлаждаемых элементах доменной печи, а также на входе циркуляционных насосов.
3
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является выбранный в качестве прототипа способ эксплуатации устройства для охлаждения доменной печи, который включает подачу охлаждающей воды циркуляционными насосами по подводящему магистральному трубопроводу в единую вертикальную секцию с кольцевыми трубопроводами для нижней и верхней зоны охлаждения с охлаждаемыми элементами через подводящие коллекторы нижней и верхней зоны охлаждения, подачу нагретой воды через отводящие трубопроводы верхней зоны охлаждения в отводящий магистральный трубопровод. Нагретую воду от каждой зоны охлаждения подают в воронки, соединенные с гидроколоннами. Гидроколонны соединены трубопроводами между собой и с циркуляционными насосами. Насос, соединенный с гидроколонной нижней зоны, установлен в трубопровод подачи воды на вход верхней зоны. Насос, соединенный с гидроколонной верхней зоны, установлен в трубопровод, который присоединен к заводской сети оборотного водоснабжения, где отводящая вода охлаждается. Уровень воды в гидроколоннах контролируют поплавками реле, связанными с задвижками насосов. Уровень воды в гидроколоннах устанавливают на 0,5-1 м выше высоты отводящих трубопроводов соответствующих зон охлаждения (А.с. СССР №1014897, МПК С21В 7/10, 1983).
В заявляемом способе эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи и прототипе совпадают следующие существенные признаки. Оба способа включают подачу охлаждающей воды циркуляционными насосами по подводящему магистральному трубопроводу в нижнюю, а потом в верхнюю зону охлаждения с охлаждаемыми элементами через подводящие коллекторы нижней и верхней зоны охлаждения, подачу нагретой воды по отводящим трубопроводам верхней зоны охлаждения в отводящий магистральный трубопровод и охлаждение отводимой воды.
Достижению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. Подача охлаждающей воды в единую вертикальную секцию охлаждения, слив воды в воронки, подача нагретой воды в высокие гидроколонны нижней и верхней зоны охлаждения, подача нагретой отводимой воды для охлаждения в заводскую сеть оборотного водоснабжения усложняет конструкцию системы охлаждения доменной печи. Кроме того, при эксплуатации такой системы охлаждения доменной печи не обеспечивается поддержка оптимального давления охлаждающей воды в охлаждаемых элементах доменной печи, а также на входе циркуляционных насосов. Подача охлаждающей воды в открытый незамкнутый контур не позволяет использовать для охлаждения охлаждаемых элементов доменной печи химочищенную воду, что обуславливает образование при охлаждении технической водой низкотеплопроводных отложений на охлаждаемых элементах и снижает эффективность охлаждения.
В основу заявляемого изобретения поставлена техническая задача создать такой способ эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи, в котором усовершенствование путем введения новой совокупности действий и использование нового оборудования для выполнения этих действий позволит обеспечить при использовании изобретения достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности охлаждения доменной печи и упрощении конструкции системы ее водяного охлаждения.
Заявляемый способ эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи характеризуется следующими существенными признаками, достаточными для достижения ожидаемого технического результата. Способ включает подачу охлаждающей воды циркуляционными насосами по подводящему магистральному трубопроводу в нижнюю, а потом в верхнюю зону охлаждения с охлаждаемыми элементами через подводящие коллекторы нижней и верхней зоны охлаждения, подачу нагретой воды по отводящим трубопроводам верхней зоны охлаждения в отводящий магистральный трубопровод и охлаждение отводимой воды. В процессе охлаждения доменной печи охлаждающую воду подают одновременно, по меньшей мере, в две вертикальных секции охлаждения. В каждой вертикальной секции охлаждения воду, нагретую в нижней зоне охлаждения, подают в сборный коллектор нижней зоны охлаждения, а воду, нагретую в верхней зоне охлаждения, подают в сборный коллектор верхней зоны охлаждения. Затем из сборного коллектора нижней зоны охлаждения нагретую воду подают по напорному трубопроводу в подводящий коллектор верхней зоны охлаждения, а из сборного коллектора верхней зоны охлаждения нагретую отводимую воду подают в отводящий магистральный трубопровод, охлаждают в теплообменнике и снова подают через циркуляционные насосы в подводящий магистральный трубопровод. При этом с использованием расширительного бака, соединенного с отводящим магистральным трубопроводом, формируют столб воды, верхний уровень которого располагают выше уровня отводимой воды в сборном коллекторе верхней зоны охлаждения. В расширительном баке газом создают повышенное давление, при котором давление воды в охлаждаемых элементах верхней зоны охлаждения превышает давление газа внутри доменной печи на уровне расположения подводящего коллектора верхней зоны охлаждения. В процессе охлаждения доменной печи контролируют уровень воды в расширительном баке относительно заданного уровня и при снижении этого уровня подают воду от внешнего источника воды во всасывающие коллекторы циркуляционных насосов до восстановления заданного уровня воды в расширительном баке.
В отдельных случаях использования заявляемый способ эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи характеризуется тем, что:
- охлаждающую воду подают одновременно, по меньшей мере, в четыре вертикальные секции охлаждения;
- величину давления газа в расширительном баке определяют по формуле:
б
п
б
к
Р=Р-0,01×(Н-Н)+К,
где:
б
Р - давление газа в расширительном баке, МПа;
п
Р - давление газа внутри доменной печи на уровне расположения подводящего коллектора верхней зоны охлаждения, МПа;
к
Н - геометрическая высота расположения сборного коллектора верхней зоны охлаждения, м;
б
Н - геометрическая высота расположения уровня воды в расширительном баке, м;
К - нормированная величина давления, равная 0,05-0,1 МПа;
- контролируют расход воды при ее подаче от внешнего источника во всасывающие коллекторы циркуляционных насосов до восстановления заданного уровня воды в расширительном баке и, если этот расход превышает нормативную величину, диагностируют нарушение герметичности охлаждаемых элементов;
- при охлаждении нагретой отводимой воды расход охлаждающей воды в теплообменнике устанавливают равным расходу воды в отводящем магистральном трубопроводе;
- в качестве охлаждающей воды используют химически очищенную воду.
При использовании заявляемого изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности охлаждения доменной печи и упрощении конструкции системы водяного охлаждения.
Между существенными признаками заявляемого способа эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь. Подача охлаждающей воды из подводящего магистрального трубопровода одновременно, по меньшей мере, в две вертикальные секции охлаждения, в каждой из которых воду, нагретую в нижней зоне охлаждения, подают в сборный коллектор нижней зоны охлаждения, а воду, нагретую в верхней зоне охлаждения, подают в сборный коллектор верхней зоны охлаждения, из сборного коллектора нижней зоны охлаждения нагретую воду подают по напорному трубопроводу в подводящий коллектор верхней зоны охлаждения, а из сборного коллектора верхней зоны охлаждения нагретую отводимую воду подают в отводящий магистральный трубопровод, последующее охлаждение отводимой воды в теплообменнике и подача охлаждающей воды циркуляционными насосами снова в подводящий магистральный трубопровод позволяет создать, по меньшей мере, два замкнутых контура для охлаждающей воды простой конструкции, которые совместно охватывают доменную печь по высоте с двух противоположных сторон. Формирование с использованием расширительного бака, соединенного с отводящим магистральным трубопроводом, столба воды, верхний уровень которого расположен выше уровня отводимой воды в сборном коллекторе верхней зоны охлаждения, и создание газом в расширительном баке повышенного давления, при котором давление воды в охлаждаемых элементах верхней зоны охлаждения превышает давление газа внутри доменной печи на уровне расположения подводящего коллектора верхней зоны охлаждения, контролирование в процессе охлаждения доменной печи уровня воды в расширительном баке и в случае снижения этого уровня осуществление подачи воды из внешнего источника воды во всасывающие коллекторы циркуляционных насосов до восстановления заданного уровня воды в расширительном баке позволяет обеспечить оптимальное давление в каждом замкнутом контуре системы охлаждения доменной печи, а также на входе циркуляционных насосов позволяет поддерживать это давление на заданном уровне в процессе охлаждения доменной печи и предотвращает попадание горячих газов из доменной печи в прогоревшие охлаждаемые элементы. Подача воды под давлением на вход циркуляционных насосов позволяет им, увеличивая свой напор, целиком использовать давление воды. Подача охлаждающей воды одновременно, по меньшей мере, в две вертикальных секции охлаждения и обеспечение в процессе охлаждения доменной печи оптимального давления в каждом замкнутом контуре охлаждения и на входе циркуляционных насосов без использования системы сливных воронок с гидроколоннами и соединенных с ними насосов упрощает конструкцию системы охлаждения доменной печи.
Подача охлаждающей воды одновременно в четыре вертикальные секции охлаждения является оптимальным решением благодаря тому, что за счет упрощения конструкции каждой отдельной секции упрощается в целом конструкция всей системы водяного охлаждения, в которой отдельные секции совместно охватывают доменную печь по высоте с четырех противоположных сторон, а отводящая вода каждой секции эффективно охлаждается в общем для всех секций теплообменнике системы охлаждения.
Определение величины давления газа в расширительном баке по предложенной формуле обеспечивает создание оптимального давления охлаждающей воды в охлаждаемых элементах доменной печи конкретной конструкции.
Контролирование расхода воды при ее подаче от внешнего источника во всасывающие коллекторы циркуляционных насосов при восстановлении заданного уровня воды в расширительном баке позволяет диагностировать нарушение герметичности охлаждающих элементов, если этот расход превысит нормативную величину.
Охлаждение нагретой отводимой воды при расходе охлаждающей воды в теплообменнике, равном расходу воды в отводящем магистральном трубопроводе, обеспечивает эффективное охлаждение отводимой воды всей системы водяного охлаждения доменной печи.
Создание замкнутых контуров для охлаждающей воды позволяет использовать для охлаждения доменной печи химически очищенную воду, что повышает эффективность охлаждения за счет предотвращения образования низкотеплопроводных отложений на стенках охлаждаемых элементов доменной печи.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема системы водяного охлаждения доменной печи.
На представленной принципиальной схеме системы водяного охлаждения доменной печи позициями обозначены такие элементы:
1 - нижняя зона охлаждения;
2 - верхняя зона охлаждения;
3 - подводящие трубопроводы;
4 - подводящие трубопроводы;
5 - подводящий магистральный трубопровод;
6 - подводящий коллектор;
7 - стояки;
8 - подводящий коллектор;
9 - стояки;
10 - отводящие трубопроводы;
11 - сборный коллектор;
12 - напорный трубопровод;
13 - отводящие трубопроводы;
14 - сборный коллектор;
15 - отводящий магистральный трубопровод;
16 - теплообменник;
17 - циркуляционный насос;
18 - расширительный бак;
19 - насос;
20 - клапан;
21 - источник воды;
22 - датчик уровня воды;
23 - источник газа;
24 - клапан;
25 - датчик давления газа.
В конкретном примере выполнения система водяного охлаждения доменной печи содержит четыре отдельные вертикальные секции охлаждения, которые совместно охватывают доменную печь по высоте с четырех противоположных сторон. Каждая вертикальная секция системы охлаждения содержит нижнюю зону охлаждения 1 и верхнюю зону охлаждения 2 с охлаждаемыми элементами, которые соответственно присоединены к подводящим трубопроводам 3 и 4. Охлаждающая вода подводится в систему по общему для всех четырех секций подводящему магистральному трубопроводу 5. Охлаждаемые элементы нижней зоны охлаждения 1 присоединены подводящими трубопроводами 3 к подводящему коллектору 6. Подводящий магистральный трубопровод 5 соединен с подводящими коллекторами любой из четырех вертикальных секций с помощью стояков 7. Подводящий коллектор 6 данной вертикальной секции охлаждения соединен с подводящим магистральным трубопроводом 5 через стояк 7. Охлаждаемые элементы верхней зоны охлаждения 2 присоединены подводящими трубопроводами 4 к подводящему коллектору 8. Для отвода нагретой воды из четырех вертикальных секций охлаждения в отводящий магистральный трубопровод установлены стояки 9. Для отвода нагретой воды от охлаждаемых элементов нижней зоны охлаждения 1 установлены отводящие трубопроводы 10, соединенные со сборным коллектором 11. Сборный коллектор 11 напорным трубопроводом 12 соединен с подводящим коллектором 8 верхней зоны охлаждения 2. Для отвода нагретой воды от охлаждаемых элементов верхней зоны охлаждения 2 установлены отводящие трубопроводы 13, соединенные со сборным коллектором 14. Сборный коллектор 14 через стояк 9 соединен с отводящим магистральным трубопроводом 15, на котором установлен теплообменник 16 для охлаждения отводимой воды, которая возвращается в подводящий магистральный трубопровод. Отводящий магистральный трубопровод 15 соединен через циркуляционный насос 17 с подводящим магистральным трубопроводом 5 для образования замкнутого контура охлаждения в каждой вертикальной секции. Система охлаждения оборудована расширительным баком 18, расположенным выше сборных коллекторов 14 верхней зоны охлаждения 2 и соединенным с отводящим магистральным трубопроводом 15. Кроме того, система водяного охлаждения доменной печи оборудована устройством для ввода воды в систему охлаждения, которое содержит параллельно установленные насос 19 и клапан 20, соединенные с источником воды 21 и всасывающими коллекторами циркуляционных насосов 17, а также с помощью электроавтоматики связаны с датчиком уровня воды 22 в расширительном баке 18. Система охлаждения также оборудована устройством для создания повышенного давления газа в расширительном баке 18. Для создания повышенного давления газа используется азот. Источник газа 23 соединен с клапаном 24, который с помощью электроавтоматики связан с датчиком давления газа 25 в расширительном баке 18 и соединен с расширительным баком 18 для подключения его к источнику газа 23.
Непосредственно эксплуатацию системы водяного охлаждения доменной печи осуществляли следующим образом. Сначала систему охлаждения при открытом воздушном клапане на расширительном баке 18 заполняли химически очищенной водой от источника воды 21 через клапан 20 устройства для ввода воды. После достижения заданного уровня воды в расширительном баке 18 по сигналу датчика уровня воды 22 закрывали клапан 20. При этом с использованием расширительного бака 18, соединенного с отводящим магистральным трубопроводом 15, формировали столб воды, верхний уровень которого располагали выше уровня отводимой воды в сборном коллекторе 14 верхней зоны охлаждения. В расширительном баке 18 после его продувки азотом создавали необходимое избыточное давление азота (подавая его от источника газа 23 через клапан 24), при котором давление воды в охлаждаемых элементах верхней зоны охлаждения 2 превышало давление газа внутри доменной печи на уровне расположения подводящего коллектора 8 верхней зоны охлаждения. Величину давления газа в расширительном баке определяли по формуле:
б
п
б
к
Р=Р-0,01(Н-Н)+К,
где:
б
Р - давление газа в расширительном баке, МПа;
п
Р - давление газа внутри доменной печи на уровне расположения подводящего коллектора верхней зоны охлаждения, МПа;
к
Н - геометрическая высота расположения сборного коллектора верхней зоны охлаждения, м;
б
Н - геометрическая высота расположения уровня воды в расширительном баке, м;
К - нормированная величина давления, равная 0,05-0,1 МПа.
п
б
к
б
В конкретном примере осуществления способа параметры были такими: Р=0,3 МПа; Н=45,5 м; Н=25,5 м; К=0,1 МПа. Оптимальное давление газа (Р) в расширительном баке 18, определенное по вышеприведенной формуле, составило 0,2 МПа.
После достижения оптимального давления охлаждающей воды в охлаждаемых элементах доменной печи и на входе циркуляционных насосов включали циркуляционные насосы 17. Подача воды под давлением на вход циркуляционных насосов 17 позволяла им, прибавляя свой напор, полностью использовать давление воды. Охлаждающую воду от общего для всех четырех вертикальных секций охлаждения подводящего магистрального трубопровода 5 через стояки 7 по подводящим коллекторам 6 и подводящим трубопроводам 3 подавали в охлаждаемые элементы нижней зоны охлаждения 1. После прохождения нижней зоны охлаждения 1 нагретую на 3°С воду по отводящим трубопроводам 10 подавали в сборные коллекторы 11. Далее от сборного коллектора 11 соответствующей вертикальной секции охлаждающую воду по напорному трубопроводу 12, подводящему коллектору 8 и подводящим трубопроводам 4 подавали в охлаждаемые элементы верхней зоны охлаждения 2. После прохождения верхней зоны охлаждения 2 нагретую на 7°С воду по отводящим трубопроводам 13 направляли в сборные коллекторы 14, из которых через стояки 9 ее направляли в отводящий магистральный трубопровод 15, на котором установлен теплообменник 16. При охлаждении нагретой отводимой воды расход охлаждающей воды в теплообменнике 16 устанавливали равным расходу воды в отводящем магистральном трубопроводе 15. Охлажденную в теплообменнике 16 воду через циркуляционные насосы 17 снова подавали в подводящий магистральный трубопровод 5 на новый цикл охлаждения доменной печи. Использование для охлаждения охлаждаемых элементов доменной печи химически очищенной воды за счет предотвращения образования низкотеплопроводных отложений на стенках охлаждаемых элементов доменной печи обеспечивало повышение эффективности охлаждения.
В ситуациях, когда в процессе эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи уровень воды в расширительном баке 18 снижался до первого рабочего уровня, по команде датчика уровня воды 22 открывали клапан 20 и систему пополняли водой из источника воды 21 до восстановления заданного уровня. В ситуациях, когда уровень воды в расширительном баке 18 снижался до второго рабочего уровня, по команде датчика уровня воды 22 включали насос 19 и систему пополняли водой из источника воды 21 до восстановления заданного уровня. Подпитку системы водой осуществляли во всасывающий коллектор циркуляционного насоса 17, а не в расширительный бак 18, что позволило упростить конструкцию системы, а также ее эксплуатацию. Необходимое избыточное давление азота в расширительном баке 18 поддерживали, подавая азот от источника газа 23 в расширительный бак 18 через клапан 24 по команде датчика давления газа 25. При подаче воды от внешнего источника воды 21 во всасывающие коллекторы циркуляционных насосов для восстановления заданного уровня воды в расширительном баке 18 контролировали расход воды, а если этот расход превышал нормативную величину, в системе водяного охлаждения доменной печи диагностировали нарушение герметичности охлаждаемых элементов.
Использование заявляемого способа эксплуатации системы водяного охлаждения доменной печи позволило при упрощении конструкции системы повысить эффективность охлаждения доменной печи.