» » Вода, охлаждающая конструктивные элементы печей
03.06.2015

Значительное количество тепла печей цветной металлургии отнимается водой, охлаждающей их конструктивные элементы. В шахтных печах эта потеря составляет обычно 12—14%, а колеблется от 10 до 20%: с водой, охлаждающей кессоны шахтной печи сечением 20—25 м2, теряется в час до 5 млн. ккал, что соответствует потере в год свыше 6000 7 условного топлива. В каждой рафинировочной 200-г печи при установке водоохлаждаемых заслонок и шиберов теряется в час до 1 млн. ккал, что равноценно 1,5 тыс. т условного топлива в год. Потеря тепла с водой, охлаждающей конструктивные элементы анодных и вайербарсовых печей Пышминского медеэлектролитного завода, достигает к концу рабочей кампании печей 10—12% расходной части теплового баланса.
Вода в кессонах шахтных печей цветной металлургии, в рамах рабочих окон, шиберах, а также в кессонах, отнимающих тепло от кипящего слоя в обжиговых печах этого типа, нагревается от 10—15 до 30—40°; нагрев неочищенной воды выше указанного предела ведет к выпадению солей и, как следствие, к перегреву водоохлаждаемых конструкций и выходу их из строя. Теплоноситель с таким низким потенциалом можно использовать лишь в ограниченной степени, например, для душевых или парников (при температуре воды 40—50°), а потому обычно большие количества тепла теряются безвозвратно. К тому же велик расход самой воды, что ставит многие заводы в затруднительное положение.
Стремление снизить температуру воды на выходе до величины, при которой она холодна на ощупь, не всегда является оправданным: горячая вода по своим теплотехническим качествам не уступает холодной и достаточно хорошо отводит тепло от охлаждаемой поверхности. Но необходимым условием повышения температуры охлаждающей воды, а следовательно, и лучшего использования ее тепла, является предварительная химическая очистка. К тому же существующие конструкции охлаждающих устройств дают возможность довести температуру воды лишь до 80—90° — иначе возможно образование паровых пробок. Вода, нагретая до таких температур, может найти применение для теплофикационных целей (например, нагрева сетевой воды в водопроводных теплообменниках) и менее эффективно — для выработки электроэнергии Использование горячей воды для отопления заводских поселков ограничивается сезонным характером нагрузки, составляющей, в зависимости от климатических зон, от 3500 до 5500 час. в году.
Использование горячей воды для выработки электроэнергии исследовано Г.М. Россиевским (Энергетический институт Академии наук России). Разработаны две замкнутые схемы: с вынесенным внешним испарителем (рис. 18, а) и с испарительным отводом тепла непосредственно от его источника (рис. 18, б). В обеих схемах получается пар низкого давления, который может быть использован для выработки электроэнергии в специальных турбинах. Вторая схема позволяет обеспечить более высокий термический коэффициент полезного действия (так как t0>t1).
Вода, охлаждающая конструктивные элементы печей

В целом использование горячей воды для получения пара низкого давления и производства электроэнергии является мало эффективным, так как на 1*10в6 ккал утилизированного тепла может быть выработано только 110 квт*ч электроэнергии; это значит, что на 1 квт*ч расходуется 9000 ккал, или энергетический к. п. д. теплоиспользования составляет всего 9,4%.
С наибольшей эффективностью тепло охлаждения металлургических печей можно использовать, осуществляя так называемое испарительное охлаждение, а также применяя для охлаждения конструктивных элементов печей высококипящие теплоносители.
Внедренное на отечественных мартеновских печах испарительное охлаждение, т. е. охлаждение кессонов, головок, оконных рам и прочее с помощью кипящей воды (рис. 19), не только увеличивает в несколько раз срок службы кессонов, но ведет к значительной экономии топлива, так как получаемый пар давлением 0,7—3,0 ати почти полностью используется для нужд завода вне зависимости от времени года; экономится также много воды.
Многолетняя практика московского завода «Серп и молот» свидетельствует, что введение испарительного охлаждения в комплексе с установкой за печью котла-утилизатора увеличивает теплоиспользование в мартеновской печи в три раза — с 20 до 60%.
В цветной металлургии ведутся опыты по применению испарительного охлаждения на печах для обжига в кипящем слое и начаты исследования по замене воды другой охлаждающей средой. Так, Московский институт цветных металлов и золота им. Калинина в 1953 г. проводил на комбинате «Южуралникель» опыты охлаждения двух кессонов шахтной печи высококипящим теплоносителем — дифенильной смесью (73,5% дифенилового эфира и 26,5% дифенила). Смесь эта плавится при 412° кипит при 258°; при 300° давление паров ее равно всего лишь 1,38 ат; при 350—400° начинается термический распад. Следовательно, дифенильная смесь является удобным теплоносителем: она может отнимать тепло у печей, оставаясь в жидком виде (т. е. при атмосферном давлении) или испаряясь с возникновением очень небольших давлений, и позволяет генерировать пар как для технологических, так и для энергетических целей. Опыты дали положительный результат: при теплонапряжении внутренней поверхности кессона около 40*10в3 ккал/м2*час вода в бойлере получала до 80% тепла, отнятого теплоносителем в кессоне.
Вода, охлаждающая конструктивные элементы печей

Высококипящие теплоносители применялись Гинцветметом на опытной печи для обжига в кипящем слое. Отъем тепла из кипящего слоя совершенно необходим для регулирования температуры технологического процесса обжига и повышения тепловой экономичности печи. Установлено, что органические теплоносители (глицерин, вакуумное масло) в данном случае применять неудобно, поскольку процесс идет при высоких температурах (900—950°). а теплопередача от кипящего слоя к охлаждающим элементам очень интенсивна — теплонапряжение равно (120—150)*10в3 ккал/м2*час. В таких условиях трудно избежать термического распада теплоносителя, который в случае применения глицерина происходит уже при температурах ~200°.
Долголетняя практика советских и иностранных крекинг-заводов, работающих по схеме Гудри, а также предприятий анилино-красочной и пластмассовой промышленности доказала прекрасные качества теплоносителя, представляющего расплавленную смесь нитратов и нитритов калия и натрия. Смесь из 40% NaNО2, 53% KNO3 и 7% NaNO3 плавится при 142°; температуру ее можно доводить, не опасаясь разложения, до 550—600°, причем взаимодействие солевой смеси с обычной углеродистой сталью наступает лишь при температурах ~700°. Специальные исследования показали, что коэффициенты теплоотдачи солевой смеси высоки (при турбулентном режиме достигали α = (8—10)*10в3 ккал/м2*час). Стоимость 1 т этого теплоносителя в 15—17 раз ниже стоимости дифенильной смеси. Центроэнергоцветметом и Гинцветметом закончено проектирование для одного из заводов опытной установки, которая будет сооружена на печи для обжига цинковых концентратов в кипящем слое.
Установка предусматривает охлаждение слоя с помощью специальных кессонов, через которые пропускается вышеупомянутый расплав. Так как количество тепла, отбираемого из кипящего слоя, зависит от температуры направляемого в кессоны расплава, предусмотрена возможность ее регулирования. Эта задача решена распределением выходящей из кессона массы расплава на два потока: один пропускается через бойлер-утилизатор и затем поступает в промежуточную емкость, питающую кессоны, а второй направляется непосредственно в промежуточную емкость, минуя бойлер. Очевидно, что чем больше часть потока, проходящего через бойлер-утилизатор, тем выше выработка пара и ниже температура расплава, поступающего в кессоны печи; это увеличивает отъем тепла от слоя и снижает температуру.
Остается отметить, что высококипящие теплоносители имеют еще одну ценную особенность: если нужно утилизировать тепло многих мелких агрегатов, разбросанных по цеху, или из нескольких удаленных одна от другой частей большой печи, то каждый из них может быть снабжен элементом, забирающим тепло; все такие элементы включаются параллельно; теплоноситель с помощью общего циркуляционного насоса прогоняется через них и отдает тепло в парогенераторе — едином для всего цеха.