Устройство и работа регенеративных нагревательных колодцев. Технико-экономические показатели

Регенеративный нагревательный колодец – нагревательный колодец, в котором подогрев газа и воздуха происходит в регенераторах. Схема этого колодца приведена на рисунке 8.3. Рабочее пространство имеет длину 3-6 м, ширину – около 2 м и глубину – 3‑3,5 м. Масса садки около 45-80 тонн. Слитки располагаются по длине колодца вдоль стен. Колодец работает с реверсивным движением факела.

Регенеративные теплообменники представляют из себя камеры, заполненные огнеупорными кирпичами в определённом порядке. Система укладки кирпичей называется насадкой (решёткой). Чаще всего используются насадки Каупера и Сименса (рисунок 7.2).

В насадке Сименса идёт чередование под прямым углом параллельных рядов кирпича. Между кирпичами и под кирпичами остаются проходы для газов. При закупорке одного из вертикальных каналов шлаковыми отложениями нижняя часть насадки продолжает работать. Это достоинство насадки Сименса. Одновременно с этим насадка имеет высокий коэффициент теплоотдачи и склонность к перегреву и оплавлению кирпича при насыщении его окислами железа.

В насадке Каупера (рисунок 7.2) поверхность нагрева представляет собой сплошные вертикальные каналы с более низким коэффициентом теплоотдачи и с меньшей поверхностью теплообмена. Насадка Каупера более надёжна при высоких температурах, т.к. медленнее нагревается и имеет повышенную строительную прочность. Поэтому насадку Каупера используют для верхних рядов, а насадку Сименса – для средних и нижних рядов.

1 ‑ крышка; 2 ‑ механизм перемещения крышки; 3 ‑ газовый регенератор; 4 ‑ воздушный регенератор; 5 ‑ слитки; 6 ‑ шлаковая лётка; 7 ‑ рабочее

пространство (ячейка); 8 ‑ шлаковая чаша; 9 ‑ золотник газового клапана; 10 ‑ газовый клапан; 11 ‑ подвод газа к ячейке

Рисунок 9.3 – Схема регенеративного нагревательного колодца

Принцип работы колодца следующий. Слитки холодного или горячего посада помещаются с помощью клещевого крана вдоль стенок рабочего пространства нагретой ячейки. Через одну из пар регенераторов (например, правую) подаётся воздух и газ, которые несколько перемешиваются в надрегенераторном пространстве и образуют факел в объёме ячейки. Горячие газы (дым) уходят в левую пару регенераторов, подогревая их. После достижения верхними рядами регенеративной насадки предельной температуры (примерно через 15-30 минут) происходит перекидка газового и воздушного клапанов. В результате газ и воздух будут проходить через левые регенераторы и там нагреваться. Дымовые газы будут нагревать правую пару регенераторов. Через те же 15-30 минут снова произойдёт перекидка клапанов и цикл повторится. Время между перекидками клапанов влияет на расход топлива. С одной стороны, при коротких интервалах снижается температура дыма после регенератора и, соответственно, снижается расход топлива. С другой стороны, при коротких интервалах, увеличивается непроизводительный расход топлива, которое заполняет насадку газового регенератора перед перекидкой и вытесняется встречным потоком дыма в дымовую трубу.

После того как садка слитков нагреется до нужной температуры, слитки поштучно извлекают и отправляют на обжимной стан. Время нагрева металла зависит от начальной температуры слитков, размеров их сечения и составляет при холодном посаде обычных слитков 6-7 часов.

Температура нагрева слитков колеблется в зависимости от марки стали в пределах 1200-1350 °С. Максимальная температура дыма на входе в регенератор 1400-1450 °С, на выходе – 500-600 °С. Максимальная температура подогрева воздуха и газа 900-1000 °С.

Для изменения направления дыма, факела (реверс факела) посредством изменения направления потоков газа и воздуха служат перекидные (переводные) устройства: для газа – герметичный клапан золотникового типа (клапан Фортера), показанный на рисунке 8.3, а для воздуха – негерметичный клапан мотылькового типа (клапан «симплекс»). В клапане Фортера герметичность достигается применением водяных затворов. Клапаны подсоединены к регенераторам колодца посредством системы дымоходов. К каждому клапану от регенераторов подходят два дымохода (левый и правый), расположенные под регенераторами в два этажа (рисунок 9.3). Между этими каналами на входе в клапан расположен центральный канал, связанный с дымовой трубой системой дымоходов.

Рассмотрим работу клапанов. Пусть, как показано на схеме рисунка 8.3, в правые регенераторы поступают газ и воздух. Для этого золотник клапана Фортера и мотылек клапана «симплекс» перекрывают центральный и правый каналы в клапанах. По нижним дымоходам из левых регенераторов поступает дым в правый канал, а затем после разворота на 90 ° – в центральный канал. В период перекидки золотник и мотылек меняют свое положение. Теперь газ и воздух поступают в правые каналы клапанов и направляются для нагрева в левые регенераторы. Дым из правых регенераторов по верхним дымоходам поступает в левые каналы клапанов, а затем после разворота в центральный дымоход. Таким образом, в центральные каналы всё время поступает дым из регенераторов.

Дым из центрального канала направляется на дымовую трубу по следующей схеме. Сначала дым от каждой ячейки поступает в сборный дымоход для двух ячеек. Аналогично свой дымоход имеют и две другие ячейки. В общий дымоход перед дымовой трубой поступает дым от 4 ячеек через два сборных дымохода.

В дымоходе для каждой ячейки и в общем дымоходе для 4 ячеек установлены шиберы для регулировки тяги дымовой трубы. На группу из 4 ячеек установлен один вентилятор для подачи воздуха. В каждом воздухопроводе, идущем к клапану «симплекс», установлена поворотная заслонка.

Факел в регенеративном колодце находится достаточно близко к подине и обеспечивает температуру подины около 1370 °С, что является пороговым значением для перевода шлака в жидкое состояние. Шлак состоит из окалины, осколков футеровки и некоторых легкоплавких соединений, остающихся в прибыльной части слитка после его разливки и охлаждения. Через шлаковую летку шлак удаляется с подины непрерывно, а также периодически при специальном нагреве пустого колодца.

Удельный расход условного топлива зависит от среднемассовой температуры слитков в садке. При холодном посаде расход топлива около 55‑65 кг у.т./т, а при горячем (700-800 °С) посаде – от 20 до 40 кг у.т./т стали. С учётом затрат топлива на разогрев кладки после холодного ремонта, на простои, а также в зависимости от доли слитков горячего посада и их начальной температуры расход топлива на различных заводах изменяется от 35 до 45 кг у.т./т стали.