Теплообменные аппараты
В настоящее время дефицит природного газа, коксующихся углей и постоянный рост цен на них вызывают необходимость искать пути снижения их расхода без уменьшения температуры горячего дутья и даже с её увеличением при вдувании в доменную печь заменителей кокса (природный газ, пылеугольное топливо и др.). Важнейшим шагом в этом направлении стало применение систем утилизации тепла отходящих дымовых газов для подогрева воздуха горения и отопительного газа.
Одними из самых эффективных конструкций СУТ являются подогреватели на термосифонах (см. фото 1) и на трубчатых рекуператорах (см. фото 2). Фирмой АО «КАЛУГИН» к настоящему времени накоплен существенный опыт проектирования и внедрения систем двух этих типов и работы с ними.
В Китайской Народной Республике на доменных печах разного объёма уже работают около 30 блоков воздухонагревателей Калугина (первый блок – с 2002 г.)
Фото 1 – Система утилизации тепла на термосифонах
блока ВНК ДП №1 V=1750 м³ Цзинаньского металлургического комбината (г. Цзинань, КНР)
|
Фото 2 – Система утилизации тепла на трубчатых
рекуператорах блока ВНК доменной печи V=350 м³
металлургического завода «Сан Флаг» (г. Бхандара, Индия)
|
Фото 3 – Система утилизации тепла на термосифонах блока ВНК
ДП №4 V=2700 м³ ОАО «Северсталь» (г. Череповец, Россия)
|
Для работы ВНК в условиях Китая на доменном газе с низкой теплотой сгорания (<750 кДж/м³) и достижения температуры горячего дутья 1250-1300ºС при отсутствии добавок высококалорийного газа, на всех блоках ВНК реализуются следующие варианты систем подогрева газа и (или) воздуха:
- подогрев газа и воздуха до 160-180ºС в теплообменниках на термосифонах (фото 1) за счёт утилизации тепла дымовых газов;
- подогрев только воздуха горения до 500-600ºС в двух специально построенных в блоке малых ВНК (подогревателях), см. раздел «Высокотемпературный подогрев воздуха горения»;
- подогрев газа до 160-180ºС в теплообменнике на термосифонах за счёт тепла дымовых газов и подогрев воздуха горения до 450-600ºС в двух малых ВНК.
На действующих блоках ВН в Индии и Украине, запроектированных фирмой АО «КАЛУГИН», применены системы утилизации тепла отходящих дымовых газов на трубчатых рекуператорах (см. следующую страницу, п.2).
В России первая система утилизации тепла отходящих дымовых газов воздухонагревателей конструкции ЗАО «КАЛУГИН» введена в эксплуатацию в 2005 г. на ДП №4 ОАО «Северсталь» объёмом 2700 м³ (г. Череповец Вологодской обл.), см. фото 3. Подогреватели в этой системе выполнены на термосифонах.
В 2013 году специалисты АО "Калугин" разработали уникальную методику проектирования и изготовления пластинчатых рекуператоров. Первый такой пластинчатый рекуператор был пущен в эксплуатацию в составе системы утилизации тепла (СУТ) отходящих газов шахтной печи № 4 плавильного цеха ОАО «Уфалейникель» (см. фото 4).
![]() |
Фото 4. Система утилизации тепла (СУТ) отходящих газов шахтной печи № 4 плавильного цеха ОАО «Уфалейникель» |
Технические характеристики пластинчатого рекуператора для подогрева дутья ш/п №4 ОАО «Уфалейникель»:
- температура отходящих газов , ºС - 300 - 600, макс. 900
- объем отходящих газов, нм³/ч - 170 000
- запыленность отходящих газов, г/нм³ - 5,5 - 40
- объем подогреваемого воздуха,нм³/ч - 65 000
- температура воздуха до подогревателя, ºС - 20
- температура воздуха после подогревателя, ºС - 300
В подогревателе использовано более 600 оребренных панелей, изготовленных по уникальной технологии с применением лазерной резки и сварки.
Данная система утилизации тепла обеспечивает:
- возврат тепла в шахтную печь нагревом воздуха горения до 300ºС и выше;
- экономию дорогостоящего кокса;
- уменьшение выброса тепла в окружающую среду;
- увеличение производительности шахтной печи и снижение себестоимости готовой продукции.
Срок окупаемости СУТ - 5-8 месяцев.
Эффективность работы доменных, шахтных и др. печей в значительной мере определяется удельным расходом кокса на тонну выплавляемого металла. Совершенствование существующих и разработка новых способов снижения расхода кокса при производственной плавке металла, всегда являлась одной из самых насущных задач чёрной и цветной металлургии. Наиболее важным способом снижения удельного расхода кокса и увеличения производительности печи является повышение температуры горячего дутья.
Каждая калория, внесённая с подогретыми воздухом или газом, экономит 2-3 калории в расходе топлива, поэтому тепло отходящих продуктов горения предпочтительнее возвращать с подогретым воздухом или газом, а не выбрасывать его в атмосферу.
Пример:
Средняя температура отходящих дымовых газов в борове блока составляет около 270ºС. В связи с этим температура подогрева газа и воздуха горения в системах утилизации тепла может достигать 180ºС. Поднасадочное устройство бесшахтных воздухонагревателей Калугина (ВНК) позволяет иметь максимальную температуру дыма 500ºС и среднюю его температуру до 350ºС, что даёт возможность нагревать газ и воздух до 250ºС без дополнительного подогрева.
Внедрение систем утилизации тепла (СУТ) отходящих дымовых газов на воздухонагревателях для доменных печей и других термических агрегатов, позволяет без снижения температуры горячего дутья работать полностью на дешёвом низкокалорийном топливе с использованием предварительно подогретого воздуха горения и газа.