способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей

Формула изобретения

1. Способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, включающий подведение холодных воздуха и топливной смеси, состоящей из нескольких компонентов горения, к теплообменникам подогрева газового топлива и воздуха, установленным на трубопроводах горячих отходящих газов воздухонагревателей, подведение горячих отходящих газов к теплообменникам, регулирование температуры подогрева топливной смеси изменением расхода отходящих газов через теплообменник подогрева топливной смеси, отведение части отходящих газов, минуя теплообменники, в дымовую трубу, регулирование температуры отходящих газов в дымовой трубе путем смешивания части горячих отходящих газов, подаваемых в дымовую трубу, минуя теплообменники, с охлажденными отходящими газами после теплообменников, отличающийся тем, что дополнительно регулируют расход холодной топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в камеры горения воздухонагревателей, по температуре их подогрева в теплообменниках, при этом расход холодной топливной смеси регулируют изменением расхода одного из компонентов топливной смеси, после чего определяют калорийность топливной смеси, с учетом которой изменяют расход второго компонента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонентов горения топливной смеси используют низкокалорийный доменный и высококалорийный природный газы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изменении калорийности топливной смеси и ее расхода изменяют соотношение расхода воздуха горения к расходу топливной смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, работающих на топливе с переменной теплотворной способностью топливной смеси.

Известен способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, который предусматривает рециркуляцию отходящих газов, то есть за счет подсоса дыма на рециркуляцию подогревают воздух, поступающий на сгорание газового топлива в камере горения воздухонагревателя (см. патент Украины № 13492, МПК 5 С21В 9/10, Бюл. № 2, 1997).

Признаки, совпадающие с признаками заявляемого технического решения: подогрев воздуха и отведение отходящих газов воздухонагревателя в дымовую трубу.

Однако данный способ не обеспечивает подогрев газового топлива.

Известен способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, включающий подведение холодной топливной смеси, состоящей из нескольких компонентов горения и воздуха, к теплообменникам подогрева топливной смеси и воздуха, установленным на трубопроводах горячих отходящих газов воздухонагревателей, подведение горячих отходящих газов к теплообменникам, регулирование температуры подогрева топливной смеси путем изменения расхода отходящих газов через теплообменник подогрева топливной смеси и отведения охлажденных отходящих газов после теплообменников в дымовую трубу. При этом часть отходящих газов отводят, минуя теплообменники, в дымовую трубу, а температуру отходящих газов в дымовой трубе регулируют путем смешивания части горячих отходящих газов, подаваемых в дымовую трубу, минуя теплообменники, с охлажденными отходящими газами после теплообменников (см. патент Украины № 70723А, МПК 7 С21В 9/10 от 12.12.2003, Бюл. № 9, 2004).

Признаками, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются: подведение холодной топливной смеси, состоящей из нескольких компонентов горения и воздуха, к теплообменникам подогрева топливной смеси и воздуха, установленным на трубопроводах горячих отходящих газов воздухонагревателей, подведение горячих отходящих газов к теплообменникам, регулирование температуры подогрева топливной смеси путем изменения расхода отходящих газов через теплообменник подогрева топливной смеси, отведение части отходящих газов, минуя теплообменники, в дымовую трубу, регулирование температуры отходящих газов, подаваемых в дымовую трубу, смешиванием части горячих отходящих газов с охлажденными отходящими газами после теплообменников.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности регулирования количества топливной смеси и воздуха, подаваемых на горение в камеру горения воздухонагревателя в соответствии с температурой их подогрева в теплообменниках, и, как следствие, уменьшение коэффициента полезного действия воздухонагревателя.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей путем уменьшения количества топлива и воздуха горения за счет их подогрева и приготовления топливной смеси необходимой калорийности, что способствует уменьшению потребляемой электроэнергии на транспортировку воздуха горения и, как следствие, увеличению КПД воздухонагревателей доменной печи.

Поставленная задача решается тем, что в способе утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, включающем подведение холодных воздуха и топливной смеси, состоящей из нескольких компонентов горения, к теплообменникам подогрева газового топлива и воздуха, установленным на трубопроводах горячих отходящих газов воздухонагревателей, подведение горячих отходящих газов к теплообменникам, регулирование температуры подогрева топливной смеси изменением расхода отходящих газов через теплообменник подогрева топливной смеси, отведение части отходящих газов, минуя теплообменники, в дымовую трубу, регулирование температуры отходящих газов в дымовой трубе путем смешивания части горячих отходящих газов, подаваемых в дымовую трубу, минуя теплообменники, с охлажденными отходящими газами после теплообменников, согласно изобретению дополнительно регулируют расход холодной топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в камеры горения воздухонагревателей, по температуре их подогрева в теплообменниках, при этом расход холодной топливной смеси регулируют изменением расхода одного из компонентов топливной смеси, после чего определяют калорийность топливной смеси, а по калорийности топливной смеси меняют расход второго компонента.

Кроме того, в качестве компонентов горения топливной смеси используют низкокалорийный доменный и высококалорийный природный газы, а при изменении калорийности топливной смеси и ее расхода изменяют соотношение расхода воздуха горения к расходу топливной смеси.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Нагрев топливной смеси, состоящей из низкокалорийного и высококалорийного газов и воздуха, в теплообменниках для утилизации тепла отходящих газов обеспечивает уменьшение необходимого количества топливной смеси и воздуха, потребляемых при сгорании в камерах горения воздухонагревателей доменной печи. Это соответствующим образом отображается в системе их подготовки и подачи на нагрев, а именно: уменьшение общего объема топливной смеси и воздуха горения, подаваемого на нагрев, приводит к дополнительному увеличению температуры их подогрева, что обеспечивает дополнительное уменьшение количества (части) высококалорийного газа в топливной смеси, необходимого для создания топливной смеси с калорийностью, обеспечивающей достижение необходимой температуры нагрева насадки воздухонагревателя, уменьшает количество потребляемой на транспортировку воздуха горения электроэнергии, увеличивает энергосберегающий эффект утилизации тепла отходящих газов, увеличивает КПД работы воздухонагревателей доменной печи.

Способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей реализуется при помощи устройства, схема которого представлена на фиг.1.

Устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменной печи состоит из теплообменника 2 подогрева топливной смеси, теплообменника 3 подогрева воздуха для горения, средства изменения 12 расхода отходящих газов, установленного на трубопроводе 11 охлажденных отходящих газов после теплообменника 2 подогрева топливной смеси, соединенного электрическими связями с датчиком температуры 13, установленным за теплообменником 2 подогрева топливной смеси на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси после выхода из теплообменника 2 подогрева топливной смеси, дополнительного обводного трубопровода 5 отходящих газов, минующего теплообменники, с установкой на нем средства изменения 6 расхода отходящих дымовых газов, соединенного электрическими связями с датчиком температуры 7, установленным в дымовой трубе 4, трубопроводов 1 горячих отходящих газов воздухонагревателей доменных печей, трубопроводов 11 охлажденных отходящих газов после теплообменников подогрева газового топлива и воздуха, трубопровода 15 подведения холодной топливной смеси, калориметра 18, установленного на трубопроводе 15 холодного газового топлива, соединенного электрическими связями 19 со средством изменения 20 расхода природного газа, установленным на трубопроводе 16 природного газа; средства изменения 28 расхода доменного газа, установленного на трубопроводе 17 доменного газа, соединенного электрическими связями 26 с процессором 25 /щитом контрольно-измерительных приборов /КВП//, который электрическими связями 23 и 24 соединен с датчиками температуры 21 и 22, установленными на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси и трубопровода 10 нагретого воздуха соответственно; а также трубопровода 9 подведения холодного воздуха от средства подачи воздуха 8, электродвигатель которого через частотный регулятор 29 электрическими связками 27 соединен с процессором 25 /щитом КВП/.

Устройство для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей работает следующим образом.

Отходящие газы от воздухонагревателей с температурой около 270°С поступают по трубопроводам 1 горячих отходящих газов на теплообменники 2 подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха. Охлажденные отходящие газы от теплообменников 2 подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха по трубопроводам 11 охлажденных отходящих газов отводятся в дымовую трубу 4 воздухонагревателей.

Холодная топливная смесь, состоящая из низкокалорийного и высококалорийного газов, по трубопроводу 15 холодной топливной смеси поступает в теплообменник 2 подогрева топливной смеси, где нагревается до температуры около 180°С и потом по трубопроводу 14 нагретой топливной смеси подается на горение в камеру горения воздухонагревателя.

С помощью датчика температуры 13, установленного на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси после теплообменника 2 подогрева топливной смеси, подается сигнал на средство изменения расхода 12 отходящих газов, установленный на трубопроводе 11 отходящих газов после теплообменника 2 подогрева топливной смеси.

Если температура топливной смеси повышается, то средство изменении расхода 12 отходящих газов необходимым образом прикрывается, уменьшая величину потока отходящих газов через теплообменник 2, а если температура топливной смеси уменьшается, то, наоборот, средство изменения расхода 12 отходящих газов открывается, увеличивая величину этого потока.

Холодный воздух от средства подачи воздуха 8 (вентилятора станции подачи воздуха) поступает по трубопроводу 9 подведения холодного воздуха в теплообменник 3 подогрева воздуха, где нагревается до температуры около 180°С и потом по трубопроводу 10 нагретого воздуха подается на поддержку горения топливной смеси в камеры горения воздухонагревателей.

Посредством датчика температуры 7, установленного в дымовой трубе 4, подается сигнал на средство изменения расхода 6 отходящих газов, установленный на дополнительном обводном трубопроводе 5 отходящих газов, подключенном к дымовой трубе 4, минуя теплообменники 2 подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха. Если температура в дымовой трубе 4 увеличивается, то регулятор расхода 6 отходящих газов необходимым образом прикрывается, уменьшая величину потока отходящих газов, направленных в дымовую трубу 4, а если температура в дымовой трубе 4 уменьшается, то, наоборот, регулятор расхода 6 отходящих газов открывается, увеличивая величину этого потока.

Таким образом, в дымовой трубе поддерживается заданная температура отходящих газов /выше точки росы/ путем смешивания части горячих отходящих газов с охлажденными отходящими газами после теплообменников 2 подогрева топливной смеси и 3 подогрева воздуха, и не допускается ее разрушение.

Для поддержки калорийности топливной смеси, подаваемой по трубопроводу 9 подведения холодной топливной смеси на горение в камеры горения воздухонагревателей через теплообменник 2 подогрева топливной смеси, предусматривается подмешивание высококалорийного природного газа с калорийностью около 8000 ккал/нм³ к низкокалорийному доменному газу с калорийностью 700-800 ккал/нм³. Таким образом, создается топливная смесь с калорийностью 1000 ккал/нм³.

Высококалорийный природный газ по трубопроводу 16 высококалорийного газа, подключенного к внешним источникам природного газа через средство изменения 20 расхода высококалорийного газа, поступает в трубопровод 17 низкокалорийного газа, транспортирующий низкокалорийный газ от внешних источников через средство изменения 28 низкокалорийного газа.

После врезки трубопровода 16 высококалорийного газа в трубопровод 17 низкокалорийного газа топливная смесь по трубопроводу 15 подведения холодной топливной смеси поступает в калориметр 18, где определяется ее калорийность.

Нагрев топливной смеси, состоящей из низкокалорийного и высококалорийного газов и воздуха, в теплообменниках для утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменных печей обеспечивает уменьшение количества топлива и воздуха, подаваемых на сгорание в камеру горения воздухонагревателей доменных печей.

Регулирование этого уменьшения, то есть расходов холодных топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в камеру горения воздухонагревателя, по температуре их подогрева в теплообменниках осуществляют следующим образом.

Сигналы от датчика температуры 21, установленного на трубопроводе 14 нагретой топливной смеси, и датчика температуры 22, установленного на трубопроводе 10 нагретого воздуха, по электрическим связям 23 и 24 поступают на процессор 25 /щит КВП/, где после соответствующей обработки по электрическим связям 26 поступают к средству изменения 28 расхода низкокалорийного газа, установленному на трубопроводе 17 низкокалорийного газа, для его прикрытия или открытия в зависимости от температуры подогрева топливной смеси и воздуха, подаваемых на сгорание в воздухонагревателях доменной печи. При этом соответствующим образом средством изменения 20 расхода высококалорийного газа, установленным на трубопроводе 16 высококалорийного газа, через калориметр 18 и электрические связи 19 изменяется расход высококалорийного газа для создания соответствующей калорийности топливной смеси. Кроме этого, сигнал от процессора 25 /щита КВП/ по электрическим связям 27 поступает на частотный регулятор 29, который необходимым образом влияет на электродвигатель средства подачи воздуха 8 (вентилятора), где за счет скорости вращения электродвигателя уменьшается или увеличивается количество подачи воздуха, что требуется для качественного сгорания топливной смеси.

Таким образом, способ утилизации тепла отходящих газов воздухонагревателей доменной печи обеспечивает получение высокого энергосберегающего эффекта за счет уменьшения количества топлива, потребляемого при нагреве воздухонагревателей, и уменьшения количества потребляемой электроэнергии на транспортировку воздуха горения, а также за счет надежной работы устройства для утилизации тепла и всей системы нагрева воздуха доменной печи.