устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи

Формула изобретения

Устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи, включающее диафрагму с отверстиями и клапанами, подводящий и отводящий газопроводы, отличающееся тем, что применены осевые клапаны, которые размещены в отводящем газопроводе, и к каждому отверстию в диафрагме на выходе прикреплен встык коаксиальный перфорированный патрубок, диаметр которого равен 1,2, а длина примерно равна 2,5 диаметрам соответствующего клапана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано на доменных печах, работающих при повышенном давлении газа на колошнике.

Известно устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи «дроссельная группа», которое состоит из З-4 параллельно расположенных дроссельных клапанов, диаметры которых определяют в зависимости от объема пропускаемого через устройство газа, т.е. определяют в зависимости от объема доменной печи и технологического процесса. Дроссельные группы снабжены оросительными форсунками для окончательной тонкой очистки газа (при отсутствии газорасширительных турбин - ГУБТ), смыва пыли и, частично, для снижения уровня шума, генерируемого в устройстве [В.И.Старицкий. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. М.: Металлургия, 1973, с.111-113, 138-149].

Недостатком известного устройства дроссельной группы является: применение для регулирования давления газа дроссельных клапанов, направляющих высокоскоростные потоки дросселируемого газа под углом на стенки, вызывающих вибрации устройства и шум до 110 децибел; орошение дроссельной группы водой и насыщение газа парами воды до 100% при адиабатическом расширении приводит к необходимости увеличения расхода энергоресурсов на очистку и охлаждение газа [И.Е. Сперкач. Пути модернизации комплекса сооружений для подготовки к использованию доменного газа, "Сталь". №1. 1998 г.с.7-11] низкая герметичность дросселей в закрытом состоянии приводит к снижению эффективности работы ГУБТ.

Известно другое устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи, которое содержит газоподводящую и газоотводящую камеры, клапаны с седлами, запорными конусами, штоками, приводами запорных конусов, систему орошения, в котором газоподводящая камера установлена внутри газоотводящей камеры и снабжена тремя парами диаметрально противоположно размещенных клапанов, один из которых расположен с внешней, а другой с внутренней стороны газоподводящей камеры, что позволяет разгрузить регулирующие клапаны [Авторское свидетельство СССР №916545, опубл. 30.03.1982 г., бюллетень №12]..

Недостатком данного устройства для регулирования давления газа на колошнике доменной печи является: громоздкость и сложность устройства (газоподводящая камера размещается внутри газоотводящей камеры), низкая технологичность и сложность для изготовления; «диаметрально противоположно размещенные регулирующие клапаны» в газоподводящей камере направляют потоки газа перпендикулярно на близко расположенные стенки отводящей камеры с поворотом их на 90°, что вызывает сильные вибрации конструкций и шум;

Известно устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи, которое состоит из 3-4 орошаемых водой дроссельных клапанов, за каждым из которых для снижения уровня генерируемого шума установлены последовательно несколько дроссельных клапанов, в каждом из них будут иметь место меньший перепад давления и скорость газа, вибрации конструкций и уровень генерируемого шума [Патент 57-17239 (Япония), опубл. 09.04.1982 г.].

Недостатком этого известного устройства для регулирования давления газа на колошнике доменной печи является его сложность и большие габариты, так как устройство состоит из 3-4 параллельно установленных дроссельных клапанов, за каждым из которых последовательно установлены еще «несколько клапанов»; большие технические трудности регулирования давления газа на колошнике доменной печи «одновременно несколькими последовательно установленными клапанами», большая масса и энергоемкость устройства, орошаемого водой.

Известно устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи, в котором для «снижения вибраций и уровня шума, уменьшения металлоемкости и улучшения очистки газа на низком давлении дроссельная группа снабжена решеткой, выполненной в виде параллельно расположенных стержней ромбического сечения, установленных с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси на расстоянии друг от друга, равном 1/4-1/6 диаметра цилиндрической части корпуса. Решетка установлена между дросселями и конфузором на расстоянии 0,5-0,7 диаметра цилиндрической части корпуса от дросселей» [Авторское свидетельство СССР №1525210, Бюллетень №14, 30.11.1989 г.].

Недостатком этого устройства является то, что поворот стержней относительно своей горизонтальной оси и направление потоков газа под углом на стенки цилиндрической части корпуса устройства приводит к усилению вибраций конструкций и шума, усложнена конструкция устройства вследствие установки стержней и приводов для их поворота и дополнительных форсунок для орошения, увеличены габариты корпуса и металлоемкость устройства; так как тонкую очистку газа обеспечивают в установленных до дроссельного устройства регулируемых трубах Вентури, то нет необходимости в снабжении дроссельного устройства решеткой «для улучшения очистки газа на низком давлении и орошения его водой для этого».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является принятое за прототип устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи, включающее диафрагму с отверстиями и клапанами, подводящий и отводящий газопроводы, с целью уменьшения производимого им шума газопроводы снабжены коаксиально расположенными с зазором на их внутренних стенках перфорированным экраном и сплошной трубой, соединенной герметично через эластичные прокладки с газопроводом, а со стороны наружной стенки - стяжным кольцом, при этом между ними и газопроводом размещена виброгасящая прокладка, а газопровод на расстоянии 3-10 диаметров газопровода от дросселя выполнен с разрывом, перекрытым стяжным кольцом через эластичную прокладку. Перфорированный экран и сплошная труба на внутренней стенке газопровода закреплены встык к диафрагме с зазором 0,01-0,05 диаметров газопровода [Авторское свидетельство СССР №595388, опубл. 01.02.1978 г.].

Недостатком этого принятого за прототип устройства для регулирования давления газа на колошнике доменной печи является его очень сложная для изготовления конструкция и крупные габариты, так как при диаметре отводящих газопроводов после дроссельного устройства 2,2-3,8 м длина перфорированного участка и сплошной трубы, закрепленных на внутренней стенке газопровода на длину 3-10 диаметра газопровода устройства, составит (2,2...3,8)×(3...10)=6,6...38 м; поворотные заслонки клапанов направляют потоки газа на стенки трубопроводов, усиливая их вибрацию и шум.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, снижение вибраций и эффективное глушение шума, генерируемого в устройстве для регулирования давления газа на колошнике доменной печи, при максимально возможном упрощении устройства и минимизации материальных и энергетических затрат.

Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве, включающем диафрагму с отверстиями и клапанами, подводящий и отводящий газопроводы, применены осевые клапаны, которые размещены в отводящем газопроводе соосно с отверстиями в диафрагме и к каждому отверстию в диафрагме на выходе прикреплен встык коаксиальный перфорированный патрубок, диаметр которого равен 1,2, а длина равна примерно 2,5 диаметра соответствующего клапана.

Устройство для регулирования давления газа на колошнике доменной печи по настоящему изобретение иллюстрируется чертежом. Устройство состоит из диафрагмы 1 с отверстиями, 3-4 осевых клапанов 2, которые размещены в отводящем газопроводе 4 соосно с отверстиями в диафрагме 1, подводящего газопровода 3, отводящего газопровода 4, перфорированных коаксиальных патрубков 5, прикрепленных встык к каждому отверстию в диафрагме 1 на выходе и размещенных в отводящем газопроводе 4, и приводов 6 клапанов 2.

Устройство работает следующим образом. Чистый доменный газ с нормативным содержанием пыли до 4 мг/нм³ и давлением до 0,35 МПа из подводящего газопровода 3 проходит в осевом направлении через кольцевые зазоры, образуемые между отверстиями в диафрагме 1 и осевыми клапанами 2, и через перфорированные патрубки 5 поступает в отводящий газопровод 4 с давлением до 15 кПа.

Заданное абсолютное давление газа в подводящем газопроводе 3 и на колошнике доменной печи до 0,35 МПа регулируют изменением величины кольцевых зазоров между отверстиями в диафрагме 1 и осевыми клапанами 2 реверсивным перемещением клапанов 2 в осевом направлении приводами 6. В закрытом положении осевые клапана 2 плотно прижимаются к отверстиям в диафрагме 1, а размещение осевых клапанов 2 в отводящем газопроводе 4 за отверстием в диафрагме 1 по ходу газа исключает эффект их прилипания к отверстиям в диафрагме 1 под давлением газа, повышает надежность работы регулирующего устройства.

При суммарном газодинамическом сопротивлении газового тракта от колошника до регулирующего устройства 25 кПа и давлении в сети 15 кПа перепад давления газа в регулирующем устройстве составит 0,21 МПа, скорость газа в кольцевых зазорах между клапанами 2 и отверстиями в диафрагме 1 достигает 250 м/с, снижается при прохождении газа через перфорированные патрубки 5 до 25-30 м/с, в которых происходит расширение потоков газа, устраняется пульсация газа, снижаются вибрации конструкций и генерируемый в устройстве шум.

Глушение шума посредством установки перфорированных патрубков на выходе газового потока из клапанов применяется во многих отраслях техники (резонаторные или реактивные гасители). Диаметр, длину и конфигурацию перфорированных патрубков определяют в зависимости от объема, скорости и характера поступления газа (постоянно, порциями).

Для регулирования давления газа на колошнике доменных печей характерны большие объемы (100...750 тыс.м³/ч), постоянный рабочий режим и относительно низкие скорости газа в дросселирующих устройствах (до 250 м/с). Глушение шума в них обеспечивают коаксиальные перфорированные патрубки 5, прикрепленные встык к каждому отверстию диафрагмы 1 на выходе, в которых снижается скорость газа вследствие протекания его через перфорации по всей окружности и длине коаксиальных перфорированных патрубков 5, которая в данном случае достаточна в пределах примерно 2,5 диаметра соответствующего клапана 2.

Как и в дроссельных группах, в данном устройстве для установки заданного давления газа на колошнике доменной печи в зависимости от ее объема применяются 2-3 клапана большого диаметра с ручным управлением и один клапан малого диаметра с автоматическим управлением для регулирования давления газа на заданном уровне.

Так как на современных установках газоочистки нормативная очистка доменного газа до 4 мг/нм³ обеспечивается в регулируемых трубах Вентури, установленных до регулирующего устройства, то отпадает его побочная функция по окончательной очистке газа от пыли и орошения устройства водой. Прямой расход воды на очистку и охлаждение газа снижается на 10...15%, а косвенный в зависимости от давления и температуры колошникового газа - в 1,5...3,0 раза [2].

Регулирующие устройства типа дроссельного клапана имеют низкий скоростной коэффициент 0,62, для осевого клапана скоростной коэффициент 0,9 Поэтому суммарное сечение дроссельного устройства по настоящему изобретению в 0,9/0,62=1,45 раза меньше, чем у дроссельных групп, а значит меньше габариты и масса устройства.

Регулирующее устройство по данному изобретению конструктивно весьма простое, в зависимости от объема и условий работы печи оснащается 3-4 плотнокроющими клапанами, из которых 1 клапан автоматического регулирования, что имеет большое значение при установке газорасширительных турбин, так как пропуск газа через регулирующее устройство в закрытом состоянии клапанов практически отсутствует и не требуется установка специальных быстродействующих отсекающих клапанов, как это принято в зарубежной практике.

Приводы клапанов могут быть гидравлического, пневматического или электрического типа. Устройство может быть установлено как в горизонтальном, так и вертикальном положении. Регулирующие конические клапаны и коаксиальные перфорированные патрубки устанавливаются в отводящем газопроводе, что позволяет уменьшить длину и материалоемкость устройства.