3.Принцип испарительного охлаждения, его преимущества и недостатки по сравнению с охлаждением водой.

В высокотемпературных технологических установках усло­вия службы огнеупорной кладки и металлических конструк­ций исключительно тяжелые. Поэтому применяют охлажде­ние элементов, обеспечивающее надежность печного агрега­та и увеличивающее срок его службы. На охлаждение печей расходуется более половины всей воды, потребляемой ме­таллургическим предприятием, что составляет для крупного завода 30—50 тыс. м³/ч. Для охлаждения печей используют техническую воду. Это приво­дит к отложению солей в де­талях и часто к их быстрому прогару. Тепло охлаждения в тепловых балансах печей со­ставляет 10—20 % (в некото­рых случаях до 30 %) тепла, внесенного в печь. При водяном охлаждении все отобранное тепло теряется.

С оветскими инженерами С. М. Андоньевым и Г. Е. Кру-шелем в 1946 г. была разработана система испарительного охлаждения (СИО), в которой вода превращается в пар и интенсивно отбирает тепло от стенок охлаждаемых эле­ментов.

На рис. представлена принципиальная схема ис­парительного охлаждения. Охлаждаемая деталь 1 связана опускной 2 и подъемной 3 трубами с барабаном-сепарато­ром 4 в замкнутый контур.

Естественная циркуляция осуществляется в этом конту­ре благодаря разности плотностей воды и паро-водяной смеси, образующейся в детали за счет внешнего обогрева. В системе с принудительной циркуляцией на опускной тру­бе устанавливается циркуляционный насос. Питательная химически очищенная вода из источника водоснабжения 5 подается в барабан-сепаратор по линии водоприемник 6 — насосная станция 7 — химическая водоочистка 8 — насос­ная станция 9 в количестве, компенсирующем потери при циркуляции (до 10 % циркуляционного расхода). В системе получают насыщенный пар, который может использоваться у потребителя 10 либо предварительно направляться в ав­тономный отапливаемый пароперегреватель для повышения температуры.

Так как на испарение 1 кг воды затрачивается пример­но 2260 кДж теплоты (при атмосферном давлении), а на нагрев его до температуры кипения — примерно 250— 290 кДж, то каждый килограмм воды отбирает 2510 кДж. В то же время при водяном охлаждении 1 кг воды может отобрать не более 40—45 кДж, так как нагрев технической воды во избежание выпадения солей и образования накипи не должен превышать 40 °С.

Таким образом, при испарительном охлаждении расход воды по сравнению с водяным сокращается в десятки раз. Это делает возможным замену технической воды химиче­ски очищенной, благодаря чему увеличивается срок служ­бы деталей в 5—10 раз. При испарительном охлаждении снижается расход электроэнергии на подачу воды, отпадает необходимость в сооружении громоздких и дорогостоящих водоводов, насосных станций, градирен, бассейнов, прудов.

В отличие от водяного испарительное охлаждение обес­печивает полную увязку отвода тепла с технологией рабо­ты данной печи. Поскольку тепловые нагрузки охлаждае­мых деталей переменны, то количество охлаждающей воды должно соответствовать максимальным нагрузкам во из­бежание повышения температуры и выпадения накипи. При испарительном охлаждении увеличение тепловой нагрузки приводит к турбулизации потока паро-водяной смеси и на­дежность охлаждения сохраняется. Таким образом, при ис­парительном охлаждении достигается саморегулирование процесса охлаждения. Полученный в СИО пар направляется потребителям, и тепло охлаждения, полностью теряемое при водяном охлаждении, используется.

Впервые СИО была внедрена на мартеновских печах Донецкого металлургического завода. Сейчас испаритель­ное охлаждение получило широкое распространение у нас и за рубежом.

Испарительное охлаждение применяют на доменных, мартеновских, нагревательных печах, а также на печах цветной металлургии. Циркуляция в системе обычно есте­ственная, обеспечивающая работу независимо от подачи электроэнергии. Принудительную циркуляцию целесообразно применять при недостаточной высоте расположения барабанов-сепараторов, а также в тех случаях, когда име­ются некоторые особенности охлаждения, например в на­гревательных печах с шагающими балками при опускном движении паро-водяной смеси.

Внешние коммуникации циркуляционных контуров вы­полняют по индивидуальной или коллекторной схеме. Опускные трубы, как правило, имеют коллектор­ную разводку. Индивидуальную схему для подъемных труб применяют при естественной циркуляции и низком располо-

Рис. VII.16. Схемы циркуляции, применяемые при испарительном охлаж­дении:

а — коллекторная; б — индивидуальная; 1 — барабан-сепаратор; 2 — опускной коллектор; 3 — опускные индивидуальные трубы; 4 — охлаждаемые детали^ 5 — подъемные индивидуальные трубы; 6 — подъемный коллектор

жении барабана-сепаратора (до 8 м); коллекторную — при естественной циркуляции и высоком расположении барабана, а также при принудительной циркуляции, при большом количестве деталей и значительной протяженно­сти трубопроводов.

По форме охлаждаемые детали бывают полые (типа кессонов) и трубчатые, которые могут иметь горизонталь­ное и вертикальное расположение. Трубчатые детали допус­кают более высокое давление. Для качественного охлажде­ния полых деталей требуется, чтобы кратность циркуляции превышала критические значения. Надежное охлаждение трубчатых деталей обеспечивается, если скорость движения циркулирующей воды превышает минимально допустимую. Величины критической кратности циркуляции колеблются в пределах от 10 до 50 кг/кг (например, для кессонов марте­новских печей 40, для рам завалочных окон 15). Минималь­ные скорости циркуляции принимаются для доменных пе­чей 0,3 м/с, для мартеновских и нагревательных — от 0,2 до1,2 м/с. Величины кратности и скорости циркуляции опре­деляют расчетом циркуляции в контурах.

Выход пара и расход химически очищенной питательной воды определяют на основании тепловых нагрузок на дета­ли, принятого давления и величины продувки, заданной в зависимости от качества воды.

Билет 30