Печи цветной металлургии

Снабжение печей воздухом, кислородом и водой

Металлургические печи потребляют весьма значительные количества сжатого воздуха, кислорода и производственной воды. Сжатый воздух и кислород расходуются в печах для окислительных технологических процессов, для сжигания топлива и иногда для охлаждения элементов печей. Производственную воду в основном используют для охлаждения элементов печей (до 95% от общего потребления) и на различные производственные нужды. Наибольшие потребители сжатого воздуха и кислорода — шахтные, отражательные и обжиговые печи и конвертеры. Для этих печей требуется воздуха, м3/мин: шахтных 400—1500; отражательных 400—1000; обжиговых 100—600; конвертеров 200—1000. Потребление кислорода для обогащения воздушного дутья составляет для печей цветной металлургии от 0,5 до 21% от объема их воздухопотребления. Избыточное давление потребляемого печами воздуха обычно находится в пределах 0,02—1,5 ат и иногда достигает 6—10 ат. Потребление воды на охлаждение печей составляет, м3/ч: шахтных 100—1000; отражательных и рафинировочных 50—250; нагревательных 50—400; электрических 50—200. Давление воды в системах охлаждения печей 2—12 ат.

Воздухоснабжение печей

Воздух к печам подается с помощью воздухоподающих машин, которые можно классифицировать, в зависимости от избыточного давления воздуха, на следующие группы:

  1. вентиляторы до 1000 мм вод. ст.;
  2. воздуходувки, 0,1—3 кГ/см2;
  3. компрессоры, свыше 3 кГ/см2.

В зависимости от принципа действия воздухоподающие машины разделяются на поршневые и центробежные. Для снабжения металлургических печей обычно применяют центробежные машины, характеризующиеся большими производительностями по сравнению с поршневыми. В табл. 34 приведены характеристики некоторых центробежных воздухоподающих машин, применяющихся для воздухоснабжения металлургических печей.

Характеристика некоторых центробежных воздухоподающих машин

Воздухоподающие машины металлургических заводов обычно размещают на специальных воздуходувных станциях, где для них обеспечивается рациональный режим эксплуатации и квалифицированное обслуживание. В ряде случаев, особенно для машин низкого давления, (вентиляторы, реже воздуходувки), они располагаются непосредственно около печей, что уменьшает затраты на сооружение воздухопроводов и позволяет устранить потери давления в сети.

Схема воздухоснабжения метал­лургических печей

Воздуходувные станции целесообразно располагать вблизи от металлургических цехов, потребляющих сжатый воздух. Для крупных заводов, имеющих в своем составе несколько металлургических цехов, находящихся в отдалении один от другого, воздуходувные станции правильнее делать цеховыми вместо единой общезаводской станции. Воздух от воздуходувной станции к печам может подаваться по параллельной схеме, при которой все воздуходувные машины работают параллельно и нагнетают воздух в общий воздухопровод (рис. 208, а), а также и по индивидуальной схеме, когда воздуходувка работает через индивидуальный воздухопровод только на определенную печь (рис. 208, б).

Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки. При параллельной схеме общая производительность машин снижается, но зато обеспечивается более гибкая работа системы и требуется меньшая резервная мощность машин. При индивидуальной схеме производительность работающих машин используется более полно, но необходимый резерв мощности машин может достигать 100 %. Кроме того, значительно возрастает длина воздухопроводной сети. Более распространена параллельная схема. Воздух перед поступлением в воздуходувки очищают от пыли на специальных фильтрах. Воздухопроводная система оборудована регулирующими и отсекающими задвижками, располагающимися на станции и около печей, а также отводами для стравливания избыточного воздуха в моменты кратковременных отключений печей от воздухопроводной сети.

Воздухопроводы собирают из стальных труб диаметром от 0,1 до 1,5 м, рассчитанных на соответствующее давление. Для регулирования расхода применяют газовые задвижки. Воздухопроводная сеть обычно располагается над поверхностью земли на специальных колоннах или крепится к колоннам цехов. Иногда воздухопроводы укладывают в каналы, углубленные в землю, но доступные для осмотра и ремонтов. Воздух к печам обычно подводится по кольцевому воздухопроводу, обеспечивающему одинаковое питание всех воздухопотребляющих узлов печи.

Для производства кислорода на металлургических заводах обычно сооружают специальные кислородные станции, вырабатывающие технический кислород, содержащий 95—98% O2. Известны случаи централизованного снабжения кислородом группы металургических заводов от единой крупной центральной кислородной станции по системе дальних кислородопроводов высокого давления. При ограниченном потреблении кислорода возможна его доставка на завод специальными автомашинами, оборудованными цистернами для жидкого кислорода и испарительными устройствами. Сырьем для получения кислорода служит атмосферный воздух, содержащий его в несвязанном виде в количестве 20,93% по объему. Наиболее экономичный из известных в настоящее время способ разделения воздуха — его низкотемпературная ректификация, основанная на использовании разницы в температурах кипения сжиженных газов.

Схема получения кислорода из воздуха состоит из двух основных операций — сжижения воздуха и последующего его разделения на отдельные газовые составляющие. Для сжижения воздух предварительно сжимают до 70—200 ат с последующим расширением, при котором происходит глубокое охлаждение воздуха, вызывающее его сжижение. Полученный сжиженный воздух поступает в ректификационные колонны, где в процессе испарения он разделяется на кислород, азот и другие газовые составляющие. В схеме получения кислорода большое значение имеют теплообменные устройства, в которых охлаждается сжатый воздух, поступающий па разделение, и нагреваются конечные продукты разделения.

Воздух, поступающий на производство кислорода, очищают от пыли и из него удаляют влагу и углекислоту. Получение кислорода требует значительного расхода электроэнергии, который в наиболее крупных и совершенных установках составляет 0,45 квт • ч/м3. Стоимость кислорода, производимого на крупных кислородных станциях, зависит от стоимости электроэнергии и составляет 0,6—1,2 коп. за 1 м3. В настоящее время в СССР выпускают установки для производства кислорода малой, средней и большой производительности. В табл. 35 приведены характеристики некоторых из этих установок.

Характеристика кислородных установок

На основе этих установок Гипрокислород разработал три типовых проекта кислородных станций:

  1. малой — одна установка УКГС-100-1;
  2. средней — три установки КГ-3600;
  3. крупной — три установки БР-1.

Обычное давление кислорода, получаемого на станциях, составляет 500 мм вод. cт., и для подачи кислорода в заводскую сеть и к печам требуется установка кислородных компрессоров соответствующего давления и производительности.

Кислородные станции сооружают на территории металлургических заводов в необходимом отдалении от основных заводских сооружений но требованиям техники безопасности. Иногда для хранения кислорода сооружают газгольдеры, работающие при давлении до 400 мм вод. ст. Кислород к печам подается по кислородопроводам, смонтированным из стальных труб. Применяют подземную и надземную прокладку кислородопроводов. Кислородопроводы обязательно окрашивают снаружи в голубой цвет. Диаметр кислородопроводов находят по скорости 10—20 м/сек. Кислородопроводы оборудуют запорной и регулирующей герметизированной арматурой.

Наиболее безопасная система подачи кислорода в металлургические печи — подача его по самостоятельным кислородопроводам до самой печи, без подмешивания его в воздухоподводящую систему печей, что предотвращает возможность пожаров и взрывов в этой системе. Поэтому на заводе сооружают один или несколько магистральных кислородопроводов, от которых делают отводы к отдельным печам. Кислород в печи рекомендуется подавать также раздельно от воздуха и топлива с тем, чтобы они смешивались в самом топочном объеме печей или только на выходе из горелок и фурм. Поэтому в горелках и форсунках кислород подводится по отдельному изолированному каналу под струю топлива или вокруг нее со смешением их на выходе. В фурмах также рационально подавать кислород по самостоятельной трубке, изолированной от воздушного канала, до самого выхода струи из фурмы. Кислород при неосторожном обращении с ним может явиться причиной пожаров и взрывов. Поэтому если на заводе имеется кислородное хозяйство, необходимо строго соблюдать специальные меры предосторожности и правила техники безопасности. Особо следует избегать соприкосновения кислорода со смазочными маслами, эмульсиями и обжиренными поверхностями. При пуске кислородных систем и кислородопроводов обязательно их обезжиривание промывкой дихлорэтаном и продувкой инертными газами.

Водоснабжение печей

Схема водопро­вода металлургического заво­да с оборотом водыНаиболее распространенная система промышленного водоснабжения печных цехов — схема с оборотом воды (рис. 209). Здесь насосами 1 вода из охлаждающего устройства 2 подается в трубы распределительной сети 3 к производственным агрегатам 4. Нагретая вода поступает в трубы другой сети 5 (на рисунке эта сеть дана пунктиром) и отводится на охлаждающие сооружения 2 (градирни, брызгальные бассейны, охладительные пруды и т. п.). Свежая вода добавляется из источника через водоприемник 6 насосами 7 по водоводам 8. В рассматриваемой схеме водоснабжения имеются Две насосные станции: заборная станция первого подъема 7 и циркуляционная станция 1. Схема с оборотом воды позволяет резко снизить расход свежей воды, забираемой из источника водоснабжения, который составляет обычно не более 10—20% от общего водопотребления системы. Кроме того, оборот воды позволяет снизить необходимые расходы на подготовку воды (очистку, смягчение и т. д.).

Для перемещения и подъема воды с системах заводского водоснабжения применяют поршневые, центробежные и бесприводные (эрлифты) насосы. Наибольшее распространение на металлургических заводах имеют центробежные насосы производительностью от 10 до 3600 м3/ч с напором от 20 до 100 м вод. cт., приводимые в действие электродвигателями мощностью от 10 до 700 квт. Поршневые насосы используют преимущественно для подачи пульп. Насосы помещают в специальных помещениях — насосных станциях, которые по своему назначению подразделяются на станции 1-го подъема (забор из источника водоснабжения), циркуляционные, повысительные и др.

Насосные станции 1-го подъема предназначены для подачи воды из источника водоснабжения к промышленному предприятию и расположены обычно вне территории предприятия на берегу реки или водохранилища. При оборотной схеме водоснабжения насосные станции 1-го подъема подают воду потребителям, расходующим ее в процессе производства безвозвратно, а также для покрытия потерь воды вциркуляционных системах на испарение, унос и продувку. Циркуляционные насосные станции располагают обычно на территории металлургического завода, они обслуживают одну или несколько циркуляционных систем. Повысительные станции также находятся на территории завода или цеха и предназначаются для повышения имеющегося в сети напора для отдельных объектов.

Для бесперебойной работы насосных станций их обязательно оборудуют резервными насосами, позволяющими обеспечивать бесперебойное водоснабжение заводских агрегатов.

Для подачи свежей и оборотной воды и циркуляции ее в оборотных системах водоснабжения на металлургических заводах сооружают водопроводную сеть, которая может быть кольцевой и тупиковой. И та и другая системы водопроводной сети обычно имеют не менее двух дублирующих водоводов. При двух водоводах каждый из них должен обеспечивать подачу в нормальных условиях 50%, а в аварийных — не менее 70% расчетного расхода воды.

Для объектов, требующих высокой степени обеспечения надежности водоснабжения и не допускающих перерывов в подаче воды даже на несколько минут (например, системы охлаждения элементов печей), не рекомендуются кольцевые водопроводные сети. Воду следует подавать по двум параллельным водоводам.

Для водопроводных сетей применяют чугунные, асбоцементные, железобетонные и стальные трубы диаметром от 50 до 1600 мм, рассчитанные на давление 3—50 кГ/см2 и выше. Диаметр труб для сооружения водоводов определяют по количеству воды и скорости ее движения 0,8—1,2 м/сек. Водопроводные сети чаще всего прокладывают прямо в земле или в подземных туннелях и в случае применения стальных труб покрывают снаружи антикоррозийной изоляцией. Цеховую разводящую сеть и подводящие к печам водоводы в значительной своей части делают наружными и крепят на строительных конструкциях цехов и специальных эстакадах и опорах. Водопроводную сеть оборудуют запорной и регулирующей расход арматурой.

Для охлаждения нагретой воды из системы оборотного водоснабжения специально сооружают:

  1. открытые водоемы (пруды, реки, озера);
  2. брызгальные бассейны;
  3. градирни;
  4. смешанные охладители.

Выбор типа охлаждающего сооружения зависит от местных природных и климатических условий и объема оборотной воды.

В зависимости от качества и загрязненности воды в источниках водоснабжения, а также требований к чистоте и жесткости воды, предъявляемых заводскими агрегатами, воду, поступающую в водопроводную сеть металлургического завода, очищают. Повышенные требования к очистке технической воды предъявляют системы охлаждения элементов печей, особенно системы с испарительным охлаждением. Они могут питаться водой, очищенной от механических примесей, с жесткостью, не превышающей 0,10—0,15 мг-экв/л, и с содержанием растворенного кислорода менее 0,1 мг/л. Полностью должна быть удалена из воды, идущей на испарительное охлаждение печей, свободная углекислота. От механических примесей воду очищают отстаиванием с коагуляцией и фильтрацией. Для умягчения воды, стабилизации, обезжелезивания и снижения кислотности применяют известкование ее негашеной известью с последующим отстаиванием и фильтрацией.

Воду, содержащую растворенные карбонаты, подкисляют серной кислотой и обрабатывают специальными реагентами, например дымовыми газами.

Системы водоснабжения промышленных предприятий должны иметь защитные устройства от гидравлических ударов и воздушные трубы для выпуска накапливающегося воздуха.

Все рубрики