CS209169B1 - Způsob předehřevu dmyehaného vzduchu do vysoké pece a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

(54) Způsob předehřevu dmyehaného vzduchu do vysoké pece a zařízení k provádění tohoto způsobu

Anotace

Vzduch před vstupem do Cowperových ohřívačů se zavádí postupně minimálně do tří oddělených prostorů, přičemž v prvém prostoru se předehřívá o teplotu 50 až 200 °C za současné granulace tekuté strusky, načež se zavede v souproudu se struskovými granulemi druhým odděleným prostorem za současného ohřevu o dalších 50 až 100 °C do dalšího prostoru, kde se v protiproudu se struskovými granulemi dohřívá na teplotu 800 až 1100 °C a po následném odloučení nečistot se přes Cowperův ohřívač zavádí do vysoké pece.

Zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu je upraveno v podstatě tak, že v potrubním rozvodu dmyehaného vzduchu mezi dmychadlem a skupinou Cowperových ohřívačů je postupně zařazen pneumatický rozprašovač tekuté strusky, granulační komora, z ní dopravní potrubí do odlučovače granulí, dále protiproudý kontaktní výměník tepla, do kterého je zavedeno propojovací potrubí z odlučovače a výstupní odlučovač granulí, přičemž do vstupního potrubí dmyehaného vzduchu je zasazen pneumatický rozprašovač tekuté strusky, ústící do granulační komory, z jejíž spodní části vý^hází dopravní potrubí dmyehaného vzduchu zavedené do odlučovače granulí, který je propojen s protiproudým kontaktním výměníkem tepla, opatřeným uzávěrem výměníku a který je umístěn pod odlučovačem granulí a z odlučovače granulí vychází propojovací potrubí dmyehaného vzduchu, zavedeného do spodní části protiproudého kontaktního výměníku tepla a z horní části výměníku vychází výstupní rozvod vzduchu, do kterého je zařazen výstupní odlučovač granulí, opatřený uzávěrem odlučovače.

Vynález se týká způsobu předehřevu dmychaného vzduchu do vysoké pece, spojeného s granulací tekuté strusky s rozprašováním a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Výroba surového železa je energeticky velmi náročná. Přestože energetická účinnost vysokých pecí, vyjádřená poměrem užitečné spotřeby tepla a přivedeného tepla, je vysoká a pohybuje se v rozmezí 70 až 85 %, představují tepelné ztráty, tj. ztráty energie vynaložené na provoz vysoké pece, značnou hodnotu, a to jak v relativní, tak v absolutní hodnotě. Podstatná část tepelných ztrát je dána přímo pracovním principem vysoké pece, při kterém se část přivedeného tepla převedená do strusky odvádí z vysoké pece vypouštěnou tekutou struskou a představuje tak neužitečně odváděné odpadní teplo.

Teplo obsažené ve střusce se v současné době nevyužívá ani ve vysoké peci, ani mimo rámec vysoké pece, a to ani v případě, kdy se struska zpracovává pro další použití na struskový štěrk nebo na struskový granulát. Teplo obsažené ve strusce se odvádí bud samovolně přirozeným odvodem tepla do okolí, nebo nucené, nejčastěji odpařující se vodou. Nucené chlazení tekuté strusky vodou se používá při granulování strusky. Tento způsob granulace je nejrozšířenější. Známé jsou však i způsoby granulace mechanickým nebo pneumatickým rozprašováním tekuté strusky. Při všech těchto způsobech granulace se teplo, tj. energie obsažená ve strusce, nejen že nevyužívá, ale naopak pro granulací je zapotřebí další energie nebo nedostatková voda.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob předehřevu dmychaného vzduchu do vysoké pece podle vynálezu s granulací takuté strusy s rozprašováním, jehož podstata spočívá v tom, že vzduch před vstupem do Cowperových ohřívačů se zavádí postupně minimálně do tří oddělených prostorů, přičemž v prvém prostoru se předehřívá o teplotu 50 až 200 °C za současné granulace tekuté strusky, načež se zavede v souproudu se struskovými granulemi druhým odděleným prostorem za současného ohřevu a dalších 50 až 100 °C do třetího prostoru, kde se v protiproudu se struskovými granulemi dohřívá na teplotu 800 až 1100 °C a po následném odloučení nečistot se přes Cowperův ohřívač zavádí do vysoké pece.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je upraveno v podstatě tak, že v potrubním rozvodu dmychaného vzduchu mezi dmychadlem a skupinou Cowperových ohřívačů jsou postupně zařazeny pneumatický rozprašovač tekuté strusky a granulaění komora, z ní vychází dopravní potrubí do odlučovače granulí, dále protiproudý kontaktní výměník tepla, do kterého je zavedeno propojovací potrubí z odlučovače a výstupní odlučovač granulí, přičemž do vstupního potrubí dmychaného vzduchu je zařazen pneumatický rozprašovač tekuté strusky ústící do granulační komory, z jejíž spodní části vychází dopravní potrubí dmychaného vzduchu zavedené do odlučovače granulí, který je propojen š protiproudým kontaktním výměníkem tepla opatřeným uzávěrem výměníku a který je umístěn pod odlučovačem granulí, a z odlučovače granulí vychází propojovací potrubí dmychaného vzduchu zavedené do spodní části protiproudého kontaktního výměníku tepla a z horní části výměníku vychází výstupní potrubí dmychaného vzduchu, do ktorého je zařazen výstupní odlučovač granulí opatřený uzávěrem odlučovače.

Způsob a zařízení podle vynálezu přináší řadu výhod. Základní výhodou je využití odpadního tepla produkovaného vysokou pecí přímo pro provoz vysoké pece, a tím snížení energetické náročnosti provozu vysoké pece. Další výhodou je, že vedlejším produktem zařízení využívajícího odpadní teplo je granulovaná struska, která se jinak musí vyrábět v samostatném zařízení. Přitom nárůst spotřeby energie na provoz dmychacího zařízení, který je s popsaným způsobem spojen a který vyplývá z toho, že do cesty dmychaného vzduchu je zařazeno potřebné zařízení, není velký a z hlediska celkové energetické účinnosti tohoto zařízení není podstatný. Při posuzování celkové energetické účinnosti je třeba brát v úvahu i to, že v nárůstu spotřeby energie je obsažena především energie, která se jinak potřebuje pro samostatně pracující granulační zařízení.

Snížení energetické náročnosti provozu vysoké pece je dáno tím, že do Cowperových ohřívačů bude vstupovat dmychaný vzduch s vyšší teplotou, spotřeba tepla na dohřátí vzduchu v Cowperových ohřívačích tedy bude nižší. To se projeví delší dobou provozu jednoho ohřívače a nižší spotřebou tepla na jeho vyhřívání v průběhu provozu. Soustava tvořená zařízením pro využívání odpadního tepla a Cowperovými ohřívači bude přitom pracovat s autoregulací, takže začlenění zařízení pro využívání odpadního tepla nevznáší nároky na přídavné regulační zařízení. Autoregulace soustavy je dána tím, že vyšší teplota vstupního dmychaného vzduchu do ohřívače bude mít za následek nižší odběr tepla z ohřívače, přičemž teplota hmoty ve výstupní části ohřívače bude stabilizujícím činitelem udržujícím výstupní teplotu dmychaného vzduchu v požadovaném rozmezí. Autoregulace bude ve funkci při kontinuálním provozu zařízení pro využívám odpadního tepla, a tedy předehřev struskou nebude jakýmkoliv způsobem ovlivňovat technologické řízení vysoké pece.

Způsob a zařízení podle vynálezu umožňují využívat kontinuálně nebo diskofltinuálně tepelného obsahu tekuté strusky k předehřevu dmychaného vzduchu před vstupem do Cowperových ohřívačů, přičemž dmychaný vzduch se současně využiv^ jednak k pneumatickému rozprašování strusky a chlazení potřebnému k vytvoření granulí, jednak k pneumatické dopravě struskových granulí do kontaktního výměníku tepla. V průběhu popsané cesty se dmychaný vzduch postupně ohřívá a struska se ochlazuje.

Na výkresech je znázorněn příklad zařízení k předehřevu dmychaného vzduchu do vysoké pece, kde na obr. 1 je zachyceno schéma začlenění jednotlivých částí zařízení a na obr. 2 je zakresleno uspořádání zařízení s bližším znázorněním funkčních částí.

Zařízení 1 je začleněno do potrubního rozvodu dmychaného vzduchu mezi dmychadlo 2 a skupinu Cowperových ohřívačů 3 před vysokou pecí 4, přičemž dmychaný vzduch je přiváděn do zařízení 1 vstupním potrubím 6 dmychaného vzduchu a předehřátý vzduch je odváděn ze zařízení 1 výstupním potrubím 7 dmychaného vzduchu. Tekutá struska z vysoké pece 4 do zařízení 1 je dopravována známým způsobem. Do vstupního potrjibí dmychaného vzduchu je zařazen jako první pneumatický rozprašovač 14 tekuté strusky, který ústí do granulační komory 15. K pneumatickému rozprašovači 14 je přiváděna tekutá struska přívodním potrubím 12 opatřeným uzávěrem z uzavíratelné struskové pánve 11, která se po naplnění tekutou struskou uzavře a propojí vyrovnávacím potrubím 13 opatřeným uzávěrem se vstupním potrubím 6 dmychaného vzduchu. Ze spodní části granulační komory 15 vychází dopravní potrubí 18 dmychaného vzduchu a je zavedeno do odlučovače 19 granulí, umístěného nad protipťoudým kontaktním výměníkem 23 tepla. Z odlučovače 19 granulí vychází propojovací potrubí 16 dmychaného vzduchu a je zavedeno do spodní části kontaktního výměníku 23. Z horní části kontaktního výměníku 23 vychází výstupní potrubí 7 dmychaného vzduchu. Kpntaktní výměník 23 je ve své spodní části opatřen uzávěrem 24. Výstupní potrubí 7 dmychaného vzduchu prochází výstupním odlučovačem 27 granulí, který je opatřen uzávěrem 28.

Popsané zařízení pracuje následujícím způsobem: Tekutá struska, na kterou působí v pneumatickém rozprašovači 14 kinetická energie dmychaného vzduchu, se rozpráší známým způsobem. Rozprášená struska, která převzala část kinetické energie dmychaného vzduchu, se zavádí do granulační komory 15. V granulační komoře 15 poklesne rychlost dmychaného vzduchu natolik, že kinetická energie dmychaného vzduchu neovlivňuje podstatně pohyb rozprášené strusky. Jednotlivé částečky rozprášené strusky se pohybují jako při vrhu hmotného tělesa, vnější síly, působící na částečky, jsou v rovnováze. Za tohoto stavu dojde vlivem vnitřních sil — povrchového napětí tekuté strusky — k vytvoření kulového tvaru částic.

Při pohybu částic strusky v granulační komoře 15 dochází kromě toho k převodu tepla z částic do okolního dmychaného vzduchu. Částice se ochlazují, vzduch se ohřívá. Délka pohybu částic v granulační komoře musí být taková, aby v průběhu pohybu částic poklesla teplota částic, nebo alespoň povrchová teplota částic, pod teplotu tuhnutí strusky tak, aby se částice po dopadu na dno granulační komory neslepovaly. Struskové granule, dopadající na dno granulační komory, které je upraveno a přechází do dopravního potrubí 18 dmychaného vzduchu pro pneumatickou dopravu granulí, jsou strhávány do tohoto potrubí dmycha2 0*) , 6·) ným vzduchem. V dopravním potrubí 18 je rychlost dmychaného vzduchu vyšší než vznášecí rychlost granulí a struskové granule jsou proto pneumaticky dopravovány do odlučovače 19 granulí.

Při pneumatické dopravě granulí dochází k dalšímu převodu tepla z granulí do dmychaného vzduchu. Granule se dále ochlazují, dmychaný vzduch se dále ohřívá. Dopravní potrubí 18 dmychaného vzduchu pro pneumatickou dopravu granulí pracuje v podstatě jako souproudý kontaktní výměník tepla, podobně jako granulační komora 15.

Pneumatická doprava granulí tedy znemožňuje jejich spékání v případě, že v granulační komoře, zejména u větších granulí, sice poklesne povrchová teplota granulí pod teplotu tuhnutí strusky, ale jádro granulí zůstane tekuté, s vyšší teplotou, která by mohla za jiných okolností v další fázi vést k natavení povrchu a ke spékání granulí.

V odlučovači 19 se granule známým způsobem odloučí z dmychaného vzduchu. Odloučené granule se shromažďují na dně odlučovače 19 odkud se samovolně sypou do kontaktního výměníku 23 tepla, jednak působením gravitačních sil, jednak působením mírného přetlaku dmychaného vzduchu v odlučovači 19 oproti výměníku 23. Dmychaný vzduch zbavený granulí se převádí z odlučovače 19 do spodní části kontaktního výměníku 23 tepla. Vzduch proudí ve výměníku zdola nahoru, do proudu vzduchu se sypou z odlučovače 19 odloučené granule. Vrstva 22 odloučených granulí v odlučovači 19 přitom představuje závěrnou vrstvu, která znemožňuje přímé a nežádoucí proudění dmychaného vzduchu z odlučovače 19 do horní části výměníku 23, a tím zkratování kontaktního výměníku.

Rychlost dmychaného vzduchu v kontaktním výměníku 23 tepla je nižší než vznášecí rychlost granulí, takže dochází k protiproudému pohybu dmychaného vzduchu a padajících granulí, provázeném sdílením tepla. Granule se dále ochlazují, dmychaný vzduch se dále ohřívá. Ochlazené granule se shromažďují ve spodní části kontaktního výměníku 23, odkud jsou uzávěrem 24 výměníku dopravovány známým způsobem z výměníku.

Předehřátý vzduch se odvádí z horní části výměníku 23 výstupním potrubím 7 dmychaného vzduchu. Ve výstupním potrubí 7 je zařazen výstupní odlučovač 27 granulí s ližávěrem 28, ve kterém se známým způsobem odloučí granule, eventuelně stržené z výměníku 23.

Při diskontinuálním přívodu tekuté strusky do pneumatického rozprašovače 14 se po přerušení přívodu strusky postupně celé zařízení 1 zbaví struskových granulí. Tím se otevře uzávěr mezi odlučovačem 19 a kontaktním výměníkem 23 tepla tvořený vrstvou 22 odloučených granulí a dmychaný vzduch začne proudit kratší cestou, přímo z odlučovače 19 do horní části výměníku 23 a odtud výstupním potrubím 7 dmychaného vzduchu.

Po obnovení přívodu tekuté strusky do pneumatického rozprašovače 14 se funkce zařízení samočinně uvede do potřebného provozního stavu tím, že propojení mezi odlučovačem 19 a výměníkem 23 se uzavře vrstvou 22 odloučených granulí.

V popsaném zařízení se tekutá struska rozprašuje vzduchem přiváděným bezprostředně z dmychadla 2. Styk dmychaného vzduchu se struskou v pneumatickém rozprašovači 14, granulační komoře 15 a dopravním potrubí 18 dmychaného vzduchu představuje z hlediska sdílení tepla v podstatě souproud, při kterém nejteplejší struska přichází do styku s dmychaným vzduchem s nejnižší teplotou. V protiproudem kontaktním výměníku 23 tepla přichází do styku již částečně předehřátý vzduch s již částečně ochlazenou struskou. Konečná výstupní teplota strusky je tedy limitována teplotou předehřátého vzduchu přicházejícího ze souproudé Části zařízení.

Zařízení podle vynálezu lze použít bud samostat-

Claims (2)

PŘEDMĚT

1. Způsob přqdehřevu dmychaného vzduchu do vysoké pece při současné granulaci strusky, vyznačený tím, že vzduch před vstupem do Cowperových ohřívačů se zavádí postupně minimálně do tří oddělených prostorů, přičemž v prvém prostoru se předehřívá o teplotu 50 až 200 °C za současné granulace tekuté strusky, načež se vede v souproudu se struskovými granulemi druhým odděleným prostorem za současného ohřevu o dalších 50 až 100 °C do třetího prostoru, kde se v protiproudu se struskovými granulemi dohřívá na teplotu 800 až 1100 °C a po následném odloučení nečistot se přes Cowperův ohřívač zavádí do vysoké pece.

2. Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, vyznačené tím, že v potrubním rozvodu (5) dmychaného vzduchu mezi dmychadlem (2) a skupinou Cowperových ohřívačů (3) jsou postupně zařazeny pneumatický rozprašovač (14) tekuté strusky a granulační komora (15), z níž vychází

2 v ně pro jedinou vysokou pec, nebo je možno toto zařízení instalovat jako společné pro několik pecí a do zařízení dopravovat tekutou strusku ze všech přiřazených vysokých pecí. V tomto případě se sice nezmění spotřeba tepla pro ohřev Cowperových ohřívačů u vysokých pecí do jejichž rozvodu dmychaného vzduchu, není zařízení bezprostředně začleqětiOý ťiměmě dále se ale sníží spotřeba tepla pro ohřev Vzduchu v Ohřívačích u té vysoké pece, do jejíhož rozýodudmychaného vzduchu je zařízení be^prostřpaně začleněno. V tomtol případě je možno zdvojit uzavíratelnou struskovou pánev a zajistit kontinuální provoz zařízení pro využití tepelného obsahu tekuté strusky.

Do zařízení podle vynálezu lze přitom přivážet i strusku z jiných výrob.

VYNÁLEZU dopravní potrubí (18) do odlučovače (27) granulí, dále protiproudý kontaktní výměník (23) tepla, do ; kterého je zavedeno propojení potrubí (16) z odlui čovače a výstupní odlučovač (19) granulí, přičemž i do vstupního potrubí (6) dmychaného vzduchu je zařazen pneumatický rozprašovač (14) tekuté l strusky, ústící do granulační komory (15), z jejíž spodní části vychází dopravní potrubí (18) dmyl chaného vzduchu, zavedené do odlučovače (19) granulí umístěného nad kontaktním výměníkem (23) tepla, opatřeným uzávěrem (24) a z odlučovače (19) granulí vychází propojovací potrubí (16), které je zavedeno do spodní části protiproudého kontaktního výměníku (23) a z horní části proti' proudého kontaktního výměníku (23) vychází výstupní potrubí (7) dmychaného vzduchu, ve kterém je zařazen výstupní odlučovač (27) granulí, opatřený uzávěrem (26) odlučovače.