EA029741B1

EA029741B1 - Пароконденсационная башня для грануляционной установки

Info

Publication number: EA029741B1
Application number: EA201600080A
Authority: EA
Inventors: Хорст Каппес; Марк Швайтцер; Томми Матье
Original assignee: Поль Вурт С.А.
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2018-05-31
Also published as: US20160169583A1; CA2916647C; BR112015032846B1; ZA201509311B; LU92235B1; BR112015032846A2; KR20160025618A; UA116024C2; CA2916647A1; TW201512409A; WO2015000808A1; EP3017071A1; TWI616536B; EA201600080A1; KR102211758B1; JP2016530472A; CN105378117A; CN105378117B; EP3017071B1; JP6464160B2

Abstract

Настоящее изобретение относится к грануляционной установке (10) для гранулирования расплавленного материала, произведенного в металлургической установке. Среди прочего, установка содержит пароконденсационную башню (30) с системой конденсации пара и отводящее устройство (60) для избирательного отвода газа и пара из башни, конденсации чрезмерного пара и отвода газа в атмосферу, причем отводящее устройство (60) имеет входное отверстие (62), размещенное для сообщения с верхней зоной (44) конденсационной башни (30) выше водоинжекционного устройства (40), и выходное отверстие, размещенное для отвода и конденсации пара и для отвода газа из конденсационной башни (30).

Description

изобретение относится к грануляционной установке (10) для гранулирования расплавленного материала, произведенного в металлургической установке. Среди прочего, установка содержит пароконденсационную башню (30) с системой конденсации пара и отводящее устройство (60) для избирательного отвода газа и пара из башни, конденсации чрезмерного пара и отвода газа в атмосферу, причем отводящее устройство (60) имеет входное отверстие (62), размещенное для сообщения с верхней зоной (44) конденсационной башни (30) выше водоинжекционного устройства (40), и выходное отверстие, размещенное для отвода и конденсации пара и для отвода газа из конденсационной башни (30).

029741

Область техники

Настоящее изобретение, в основном, относится к грануляционной установке для расплавленного материала, прежде всего, для металлургических расплавов, таких как шлак доменной печи. Изобретение, прежде всего, относится к улучшенной конструкции пароконденсационной башни для использования в такой установке.

Уровень техники

Вариант современной грануляционной установки данного типа, прежде всего, для расплавленного шлака доменной печи, показан на приложенной фиг. 2, которая является частью статьи, озаглавленной "Система гранулирования шлака ΙΝΒΑ® - экологическое управление производственным процессом" (ΙΝΒΑ® 81ад дгаии1айои хуЛет - ЕпСгоптеп1а1 ргоее88 еои!го1), опубликованной в журнале "Технологии чугуна и стали" (1гои&81ее1 ТееЬио1о§у), в выпуске за апрель 2005 г. Как показано на фиг. 2, этот вид установки, как правило, содержит водоинжекционное устройство 2 (также называемое вдувным коробом), выполненное для инжектирования грануляционной воды в поток расплавленного материала, например шлака, который получен через наконечник 1 шлакового жёлоба. Тем самым достигают гранулирования расплавленного материала. Установка, кроме того, имеет грануляционный резервуар 3 для приема грануляционной воды и гранулированного материала и для охлаждения гранул в большом водном объеме под водоинжекционным устройством 2. Пароконденсационная башня, имеющая, как правило, закрытый верхней крышкой цилиндрический корпус, расположена выше грануляционного резервуара и служит для сбора и конденсации пара, сгенерированного в грануляционном резервуаре. Фактически, вследствие высоких температур расплавленного материала и большого требуемого объема воды гашения посредством установок согласно фиг. 2, как правило, создается значительный объем пара. Для предотвращения загрязнения в результате простого выброса пара в атмосферу пароконденсационная башня включает в себя систему конденсации пара, как правило, противоточного типа. Система конденсации пара имеет водоинжекционное устройство 5 для распыления водных капель в пар, который поднимается внутри пароконденсационной башни, а также водосборное устройство 6, расположенное под водо-инжекционным устройством 5 для приема распыленных конденсирующих капель и сконденсированного пара.

Производство расплавленного материала в рамках металлургических процессов типично является цикличным и подвергается значительным колебаниям с точки зрения производимых материальных потоков. Например, в процессе операции по выпуску металла из доменной печи расход шлака далек от постоянного. Он показывает пиковые значения, которые могут более чем в четыре раза превосходить расход шлака, усредненный по полной продолжительности операции по выпуску металла. Такие пики происходят, эпизодически или регулярно, на протяжении кратких промежутков времени, например нескольких минут. Из этого следует, что в типичной для известного уровня техники основанной на использовании воды грануляционной установке имеются существенные колебания уровня обусловленного поступлением шлака поступающего теплового потока и, соответственно, эквивалентные колебания объема пара, сгенерированного в зависимости от времени. С целью нахождения подходящего компромисса между размерами установки и затратами, производительность паровой конденсации зачастую не проектируют для обработки полного парового расхода, который может быть сгенерирован при пиковых расходах шлака. Клапаны сброса избыточного давления предусмотрены (как их можно увидеть на верхней крышке, показанной на фиг. 2) для открывания в таких случаях с целью отвода избыточного пара в атмосферу.

Однако наблюдение показало, что на практике такие клапаны сброса избыточного давления не всегда надежно открываются при чрезмерных расходах расплава. Теоретически, выход пара через клапаны сброса избыточного давления частично заблокирован, среди прочего, вследствие "барьера", образованного водным "занавесом", который постоянно создает водоинжекционное устройство 2. Возможно, при высоких расходах пара имеется также сопротивление паровому потоку, создаваемое водосборным устройством 6. Соответственно, избыток пара остается в башне и, соответственно, генерируется избыточное давление. Это может привести к частичному противотоку пара на нижнем входном отверстии конденсационной башни, на входе грануляционного резервуара 3. Прежде всего, внутренний колпак предусмотрен для отделения внутренней части от внешней и, тем самым, для предотвращения нежелательного попадания воздуха в башню, а также для воспрепятствования выдуванию пара из башни.

Такой обратный паровой поток может привести, по меньшей мере, к плохой видимости в литейном отделении, которая является, очевидно, серьезной угрозой безопасности рабочего персонала. Что еще намного более неблагоприятно, паровое выдувание назад через внутренний колпак может привести к значительному образованию имеющих малую плотность частиц шлака (так называемого "попкорна"), когда пар входит в контакт с жидким горячим расплавом в носу шлакового жёлоба.

Такие горячие частицы при их вылете в литейное отделение создают еще более серьезную угрозу безопасности.

\νϋ 2012/079797 А1 также рассматривает эту проблему и предлагает избирательный отвод излишков пара через выводную трубу в атмосферу. Эта выводная труба имеет входное отверстие, сообщенное с нижней зоной конденсационной башни, и выходное отверстие, предусмотренное для отвода пара в атмосферу выше конденсационной башни. Кроме того, выводная труба оборудована уплотняющим устройст- 1 029741

вом, выполненным для избирательного отвода пара через выводную трубу.

ЕР 0573769 А1 описывает способ, в рамках которого смесь пара и загрязненного воздуха сначала направляется в восходящем потоке 19 в конденсационную башню, а затем смесь протекает в нисходящем потоке в кожух, поддерживаемый в условиях частичного вакуума. В вышеупомянутый нисходящий поток в параллельном потоке распыляется щелочной раствор на водной основе, и дезактивированные неконденсированные газы выходят из кожуха в принудительном и регулируемом потоке, который создает и поддерживает условия частичного вакуума в кожухе. Также описано и устройство для реализации упомянутого способа.

Техническая проблема

Соответственно, первой целью настоящего изобретения является предоставление пароконденсационной башни, которая обеспечивает более надежный отвод чрезмерного пара в процессе гранулирования при пиковых расходах, будучи совместимой с существующими конструкциями оборудования для гранулирования при сравнительно низких дополнительных затратах. Эта цель достигнута установкой и пароконденсационной башней по п.1.

Другой целью изобретения является предоставление конденсационной башни, которая обеспечивает уменьшение монтажных и эксплуатационных расходов для оборудования.

Общее описание изобретения

Настоящее изобретение, в основном, относится к грануляционной установке и к конденсационной башне, как они описаны в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

С целью преодоления вышеупомянутой проблемы, настоящее изобретение предлагает отводящее устройство для избирательного отвода и конденсации чрезмерного пара из конденсационной башни. Отводящее устройство согласно изобретению имеет входное отверстие, выполненное для сообщения с верхней зоной конденсационной башни выше водоинжекционного устройства, и выходное отверстие, выполненное для выпуска полностью конденсированного пара. В противоположность устройству по \УО 2012/079797 А1 настоящее отводящее устройство не только отводит лишний пар и испарения из конденсационной башни, но также конденсирует отведенный пар и испарения таким образом, что воздействие на окружающую среду существенно уменьшается. Более того, эти пары могут содержать компоненты серы, аналогичные Н₂§ и т.п., которые, согласно настоящему изобретению, растворяются в воде.

Было обнаружено, что в процессе гранулирования шлака при некоторых обстоятельствах может быть образован водородный газ. В самом деле, горячий жидкий шлак может содержать железо, а в контакте с содержащимся в шлаке горячим железом молекулы воды могут распадаться на водород и кислород. Этот водородный газ является чрезвычайно взрывоопасным, и поскольку конденсационная башня, в основном, является герметичной, водородный газ, который существенно легче воздуха, может накапливаться в верхней зоне конденсационной башни. При определенных обстоятельствах эта смесь может воспламениться, что может повлечь взрыв или пожар. Вычисления показали, что в процессе гранулирования производство водорода может находиться в пределах примерно от 0,5 м³ Н2 в минуту до 8 м³ Н2 в минуту, в зависимости от содержания железа в шлаке и диаметра получаемых гранул.

Установка, как она описана в \УО 2012/079797 А1, в некоторых случаях может оказаться неспособной к устранению этой угрозы пожара или взрыва, поскольку входное отверстие выводной трубы расположено в нижней зоне конденсационной башни, а водородный газ будучи легче воздуха неизбежным образом накапливается в верхней зоне конденсационной башни, и тем самым не может быть отведен устройством, как оно описано в \УО 2012/079797 А1. То же самое верно и для устройства, описанного в ЕР 0573769 А1, поскольку неконденсированные газы отводятся из нижней зоны конденсационной башни. Водородный газ будучи чрезвычайно легким накапливается в верхней части конденсационной башни и поэтому не отводится эффективным образом, поскольку отводящее устройство расположено слишком низко в конденсационной башне, ниже водоинжекционного устройства. Кроме того, настоящая конденсационная башня не требует постройки в конденсационной башне кожуха, который поддерживается в условиях частичного вакуума и в котором газы протекают в нисходящем потоке, в то время как они конденсируются посредством водоинжекционного устройства. Настоящая конденсационная башня является поэтому менее дорогой и более надежной.

Настоящее устройство не снижает производительности башни, когда отводящее устройство не используется. В самом деле, в противоположность описанному в ЕР 0573769 А1 устройству как конструкция башни, так и ее производительности охлаждения/конденсации не ослабляются размещенным в башне крупногабаритным устройством, которое неизбежно уменьшает поверхность/объем, где работают водоинжекционное устройство и водосборное устройство. Вышеописанное отводящее устройство не затрагивает полезного объема башни, поскольку отводящее устройство размещено за пределами корпуса башни. Также и в случае размещения устройства внутри башни, поскольку оно размещается выше водоинжекционного устройства/сопел, оно не влияет на производительность конденсации водоинжекционного устройства.

Поэтому отводящее устройство, прежде всего, является полезным для переоснащения конденсационных башен и, таким образом, полезным для легкого повышения производительности гранулирования существующего оборудования для гранулирования шлака.

- 2 029741

С целью обеспечения избирательного отвода по желанию или по потребности отводящее устройство предпочтительно оборудовано произвольным подходящим устройством для управления расходом пара и/или газа через отводящее устройство.

Предпочтительно отводящее устройство содержит вакуумный насос и, прежде всего, эжекторный струйный насос, который производит вакуум посредством эффекта Вентури. Такой эжекторный струйный насос относится к типу насоса, в котором используется эффект Вентури в сопле Лаваля для преобразования энергии давления движущей текучей среды в кинетическую энергию, создающую зону низкого давления, которая затягивает и увлекает всасываемую текучую среду. После прохождения через горловину инжектора смешанная текучая среда расширяется, а ее скорость уменьшается, что приводит к вторичному сжатию смешанных текучих сред за счет преобразования кинетической энергии обратно в энергию давления. В данном случае движущая текучая среда представлена водой, а увлекаемая всасываемая текучая среда представлена паром и/или смесью пара и водородного газа. В процессе работы насоса отведенный пар конденсируется и смешивается с водой, которая приводит насос в действие. Какие-либо содержавшиеся в паре сернистые составы также растворяются в воде и нейтрализуются. Вычисление показало, что необходимо около 385 л воды для растворения Н₂§, содержащегося в одной тонне пара, и около 142 л необходимо для полного растворения §О₂, содержащегося в одной тонне пара.

Предложенное отводящее устройство имеет бесспорное достоинство надежной отвода любого нежелательного и потенциально вредного избытка пара и водорода из оборудования для гранулирования и, тем самым, значительного повышения эксплуатационной безопасности. Кроме того, предложенное отводящее устройство делает возможной конденсацию отведенного пара, а также растворение и нейтрализацию серосодержащих соединений в воде, что уменьшает, тем самым, воздействие оборудования на окружающую среду.

Другое преимущество вышеописанного устройства состоит в том, что установка может быть разработана с системой конденсации меньшего масштаба. Фактически, оборудованная предложенным отводящим устройством установка является способной к обработке полного парового потока, соответствующего более высокому расходу шлака, причем паровой поток состоит из одного частичного парового потока, как правило, в большей пропорции, который конденсируется обычным способом, и из другого частичного парового потока, как правило, в незначительной пропорции, который отводится из конденсационной башни посредством предложенного отводящего устройства в течение ограниченного времени. Тем самым, вместо принятия обычной практики проектирования всей установки для максимального ожидаемого расхода расплава и парового объема установка может быть разработана для обработки нижнего номинального расхода, имеющего место в течение большей части времени работы. Тем самым, обеспечивается значительная экономия капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того, конструкция отводящего устройства выгодным образом предотвращает избыточное давление в конденсационной башне и надежно устраняет выдувание пара назад в литейное отделение при более высоких по сравнению с номинальным расходах. В результате только избирательного отвода установка работает обычным способом при номинальном и ниже номинального расходах при отсутствии намеренно отводимого из конденсационной башни пара. Кроме того, инвестиции (капиталовложения) на обеспечение предложенного отводящего устройства являются очень незначительными по сравнению с увеличением производительности системы конденсации до уровня соизмеримых резервных возможностей.

Предпочтительные варианты установки определены в зависимых пунктах 2-15 формулы изобретения. Как будет понятно, не будучи этим ограниченной предложенная установка, прежде всего, подходит для установки доменной печи.

Краткое описание чертежей

Более подробная информация и преимущества настоящего изобретения являются очевидными из последующего детализированного описания нескольких не ограничивающих вариантов осуществления со ссылками на приложенные чертежи, из которых

фиг. 1 является принципиальной блок-схемой варианта осуществления грануляционной установки, оборудованной пароконденсационной башней согласно изобретению,

фиг. 2 показывает известную грануляционную установку согласно известному уровню техники.

Идентичные ссылочные обозначения используются везде на чертежах для идентификации структурно или функционально подобных элементов.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Для иллюстрации варианта осуществления настоящего изобретения фиг. 1 показывает схематическое представление грануляционной установки 10, разработанной для гранулирования шлака в установке доменной печи (установка не показано). В основном, установка 10 таким образом служит для дробления потока расплавленного шлака 14 из доменной печи путём его гашения с помощью одной или нескольких струй 12 сравнительно холодной грануляционной воды. Как показано на фиг. 1, поток расплавленного шлака 14, неизбежно сливаемый совместно с первичным чугуном из доменной печи, выпадает из наконечника 16 горячего шлакового жёлоба в грануляционный резервуар 18. Во время выполнения операции струи грануляционной воды 12, произведенные посредством водоинжекционного устройства 20 (зачастую также называемого "вдувным коробом") и подаваемые посредством одного или нескольких парал- 3 029741

лельных насосов высокого давления (не показаны), соударяются с расплавленным шлаком 14, выпадающим из наконечника 16 горячего шлакового жёлоба. Подходящая конфигурация водоинжекционного устройства 20 описана, например, в заявке на патент №0 2004/048617. В более старых грануляционных установках (не показаны, но охвачены) расплавленный шлак падает от горячего шлакового жёлоба на холодный шлаковый жёлоб, причем струи грануляционной воды от подобного водоинжекционного устройства увлекают поток на холодном шлаковом жёлобе к грануляционному резервуару. Независимо от конструкции гранулирование происходит при соударении струй 12 грануляционной воды с потоком расплавленного шлака 14.

В результате гашения расплавленный шлак 14 разбивается на "гранулы" с зерновыми размерами, которые попадают в большой водный объем, поддерживаемый в грануляционном резервуаре 18. Эти шлаковые "гранулы" полностью отвердевают в шлаковый песок посредством теплового обмена с водой. Следует отметить, что струи 12 грануляционной воды направлены к водной поверхности в грануляционном резервуаре 18, что, тем самым, усиливает турбулентность, которая ускоряет охлаждение шлака.

Как хорошо известно, гашение первоначально горячего расплава (>1000°С), такого как расплавленный шлак, приводит к образованию существенных объемов пара (т.е. водных испарений). Этот пар обычно загрязнен, среди прочего, газообразными серосодержащими соединениями. С целью уменьшения атмосферного загрязнения выпущенный в грануляционном резервуаре 18 пар направляют в пароконденсационную башню 30, которая располагается, как правило, по вертикали над грануляционным резервуаром 18. Эта пароконденсационная башня 30 (в дальнейшем коротко "башня 30") оборудована системой конденсации пара, обычно противоточного типа, которая включает в себя водоинжекционное устройство 40 и водосборное устройство 42. Как показано на фиг. 1, башня 30 является сравнительно большим сооружением, которое имеет внешний корпус 32. Корпус 32, который, как правило, но не обязательно, является цилиндрической сварной конструкцией из листовой стали, оснащен верхней крышкой 34. Башня 30 имеет заданные высоту и диаметр, величины которых соответствуют номинальному объему испускаемого пара.

Водоинжекционное устройство 40 обычно располагается для обеспечения его максимальной эффективности поблизости от верхней крышки 34 башни 30. Это устройство включает в себя несколько водоинжекционных сопел 47, 49, выполненных для распыления водных капель в пар и испарения, поднимающиеся внутри башни 30. Водоинжекционное устройство 40 служит для конденсации пара и дополнительно улучшает растворение вредных газов, таких как серосодержащие газы.

Водосборное устройство 42 размещено в башне 30 на расстоянии по вертикали на несколько метров ниже водоинжекционного устройства 40. Водосборное устройство 42, как можно заметить, делит башню 30 на фактическую верхнюю зону 44, в которой пар конденсируется в процессе работы, и фактическую нижнюю зону 46. В процессе работы пар поднимается от грануляционного резервуара 18 через нижнюю зону 46 и водосборное устройство 42 в верхнюю зону 44. Как правило, верхняя зона 44 занимает значительно большую часть высоты, чем нижняя зона 46. На фиг. 1 полная высота башни 30 не показана, т.е. расстояние по вертикали между водоинжекционным устройством 40 и водосборным устройством 42, как правило, является большим, чем показанное на фиг. 1.

Водосборное устройство 42 выполнено для сбора падающих капель, образующихся из распыленных капель и сконденсированного пара. Водосборное устройство 42, таким образом, препятствует обратному падению воды в грануляционный резервуар 18 и обеспечивает получение сравнительно чистой технической воды посредством дренажного трубопровода 48. С этой целью водосборное устройство 42 может включать в себя по меньшей мере один воронкообразный или чашеобразный верхний коллектор, а также нижний воронкообразный коллектор. В этом случае несколько распределенных по окружности отверстий между коллекторами позволяют пару и испарениям подниматься от нижней зоны 46 в верхнюю зону 44 башни 30. Для уменьшения оказываемого потоку пара сопротивления распределенные отверстия между коллекторами предпочтительно имеют высоту по меньшей мере 500 мм. Другие конструкции водосборного устройства 42 являются возможными и охвачены изобретением.

Как показано на фиг. 1, смешанный с грануляционной водой отвержденный шлаковый песок отводят у основания грануляционного резервуара 18. Смесь (пульпу) подают в осушающий модуль 50. Назначение этого осушающего модуля 50 состоит в отделении гранулированного материала (т.е. шлакового песка) от воды, т.е. в обеспечении раздельного получения шлакового песка и технической воды. Подходящая по существу конфигурация осушающего модуля 50 является известной по существующим установкам ΙΝΒΑ® или описана, например, в патенте И8 4204855 и поэтому не рассматривается здесь более подробно. Такой осушающий модуль содержит ротационный фильтрующий барабан 52, как он описан более подробно, например, в патенте И8 5248420. Любое другое статическое или динамическое устройство для осушения мелких гранул отвержденного расплава также может быть использовано. Как показано, кроме того, на фиг. 1, накопительный резервуар 54 для грануляционной воды (зачастую называемый "резервуаром для горячей воды") связан с осушающим модулем 50 для сбора отделенной от гранулированного шлакового песка воды. В большинстве случаев этот накопительный резервуар 54 для воды спроектирован в виде осадительного резервуара с осадительным отделением и с отделением чистой воды (не показано), в которое переливается в значительной степени освобожденная от песка ("чистая") вода.

- 4 029741

Как также понятно по фиг. 1, дренажный трубопровод 48 водосборного устройства 42 может быть присоединен для подачи сконденсированной и распыленной воды из башни 30 непосредственно к системе 56 охлаждения, которая имеет одну или несколько градирен. Альтернативно, эта вода может быть закачана в накопительный резервуар 54 для воды или использоваться в других целях, например для снабжения инжекционного устройства (устройств) 20, или просто быть сброшена. В случае если вода от водосборного устройства 42 подается в отделение чистой воды накопительного резервуара 54 для воды, то из этого отделения, где находится в значительной степени свободная от твердых частиц вода, она закачивается к системе 56 охлаждения.

Охлажденная техническая вода из системы 56 охлаждения возвращается в грануляционную установку 10 для повторного использования в процессе. Более конкретно, холодная вода предпочтительно подается, с одной стороны, в водоинжекционное устройство 20 через один питающий трубопровод 23, а с другой стороны, в водоинжекционное устройство 40 через другой питающий трубопровод 58. Питающий трубопровод 23 оборудован вышеупомянутым насосом(ами). Питающий трубопровод 58, в свою очередь, оборудован по меньшей мере одним насосом (не показан) или предпочтительно двумя параллельными насосами, которые принадлежат водоинжекционному устройству 40. Соответственно, водоинжекционные сопла 47, 49 водоинжекционного устройства 40 снабжаются рециркулируемой холодной водой из системы 56 охлаждения через питающий трубопровод 58. Хотя такая "замкнутая" конфигурация для технической воды является предпочтительной, изобретением также охвачены альтернативные разомкнутые контуры, в которых поставляемую водоинжекционным соплам 47, 49 и/или инжекционному устройству(ам) 20 воду сбрасывают после использования.

Согласно выгодному аспекту башня 30 согласно изобретению оборудована отводящим устройством 60 для отвода чрезмерных объемов пара и газа из башни 30. Отводящее устройство 60, как схематично показано на фиг. 1, является вакуумным насосом, который функционально связан с башней 30.

Более конкретно, показанное на фиг. 1 отводящее устройство 60 имеет входное отверстие 62, выполненное для сообщения с верхней зоной 44 башни 30 таким образом, что вакуум, созданный отводящим устройством 60, отводит любые газы и/или пары, содержащиеся в верхней зоне 44 башни 30.

Такое отводящее устройство 60 предпочтительно содержит вакуумный насос, также называемый эжекторным струйным насосом, который использует кинетическую энергию одной жидкости для создания потока другой жидкости, и действует на основе базовых принципов гидрогазодинамики. Эжекторные струйные насосы содержат сходящееся сопло, корпус и диффузор, а своим внешним видом напоминают сифоны. При работе энергия давления движущей жидкости преобразуется в кинетическую энергию посредством сходящегося сопла. Полученный высокоскоростной поток жидкости увлекает всасываемую текучую среду. Полное смешивание движущей жидкости и всасываемой текучей среды происходит в диффузорной секции и корпусе. Смесь жидкости/текучей среды затем, после прохождения через диффузор, преобразуется обратно к промежуточному давлению.

Входное отверстие 62 отводящего устройства 60 предпочтительно расположено между водоинжекционным устройством 40 и верхней крышкой 34 башни 30.

Хотя на фиг. 1 изображено только одно отводящее устройство 60, подразумевается, что несколько таких отводящих устройств могут быть размещены на башне 30. Несколько таких отводящих устройств 60 могут быть размещены, например, в виде кольца вокруг вершины башни 30, т.е. в одной горизонтальной плоскости.

Кроме того, несколько отводящих устройств 60 могут быть размещены в вертикальной плоскости, т.е. одно выше другого или рядами, один выше другого, вокруг верхней зоны 44 башни 30. В таком случае, входное отверстие 62 одного из отводящих устройств 60 может быть расположено между водоинжекционным устройством 40 и водосборным устройством 42 башни 30.

Нужно отметить, что хотя входное отверстие эжектора находится в верхней зоне конденсационной башни, сам эжектор может даже быть размещен на уровне земли, что имеет преимущество в меньшем гидравлическом давлении, требуемом для приведения его в действие.

Показанная на фиг. 1 конструкция отводящего устройства 60 может быть без труда поддержана на несущей структуре внешнего корпуса 32 и/или, при желании, частично или полностью подвешена на несущей структуре верхней крышки 34.

В показанном на фиг. 1 варианте осуществления отводящее устройство расположено вне башни, но понятно, что такое отводящее устройство(а) 60 может также быть размещено и внутри башни.

Отводящее устройство 60 присоединено к питающему трубопроводу 58 водоинжекционного устройства 40 башни 30, и часть воды в этом питающем трубопроводе 58 используют для приведения в действие отводящего устройства 60 и для создания вакуума, необходимого для отвода паров и газов, содержащихся в верхней зоне 44 башни 30, а также для конденсации пара и смешивания сконденсированного пара и газа с водой, используемой для приведения в действие отводящего устройства 60. Для малоразмерной системы может быть необходимо примерно 10-20 м³/ч воды под давлением примерно 4 бар. Для более крупной системы может быть необходимо примерно 300 м³/ч воды под давлением примерно 4 бар.

Прежде всего, как станет более очевидным ниже, отводящее устройство 60 обеспечивает отвод и конденсацию объемов пара сверх производительности конденсации башни 30, равно как отвод любых

- 5 029741

нежелательных газов, таких как водород, из башни 30, поскольку оно расположено выше водоинжекционного устройства 40, т.е. между верхней крышкой 34 и расположенным ниже водоинжекционным устройством 40. Поскольку отводящее устройство 60 не требует какого-либо электроснабжения, а также не содержит каких-либо движущихся деталей, опасность создания искр или горячих поверхностей отсутствует, и угроза пожара или взрыва, таким образом, устранена.

Кроме того, поскольку отводящее устройство 60 не требует какого-либо электроснабжения, монтаж такого устройства на башне 30 является простым и малозатратным.

Очевидно, что подходящее задание размеров в зависимости от числа отводящих устройств 60 задает объем пара и газа, который может быть успешно отведен через отводящее устройство 60 (без избыточного давления в верхней зоне 44 башни 30 и без связанной с ним опасности противотока пара). В случае установки 10, выполненной для работы со шлаком доменной печи, соответствующее отводящее устройство 60 легко обеспечивает расход, позволяющий отвести и скомпенсировать избыток пара, сгенерированного дополнительным шлаком в объеме 3-4 т/мин (лишний расход). Благодаря применению отводящего устройства 60 установка 10 может тем самым успешно работать при расходах шлака, превышающих максимальную производительность конденсации башни 30. Например, она может работать при пиковых расходах шлака 11-12 т/мин с башней 30, разработанной для конденсации пара, генерируемого расходами расплава только 8 т/мин. Выгодным образом, отводящее устройство 60 согласно изобретению, тем самым, обеспечивает увеличение производительности обработки до 50%, а также повышает безопасность эксплуатации. Так или иначе, производство пара с расходом 1-2 т/мин может быть обработано с помощью трех эжекторов среднего размера, потребляющих примерно 500-600 м³/ч воды.

Расход отводимого из башни 30 через отводящее устройство 60 газа/пара непосредственно зависит от расхода и давления воды, используемой для приведения в действие отводящего устройства 60. Подобное клапану (не показано) устройство управления для регулирования расхода и/или давления воды, используемой для приведения в действие отводящего устройства 60, может таким образом быть использовано для регулирования расхода газа/пара, отводимого из башни 30.

Вода из трубопровода 58, которая используется для приведения в действие отводящего устройства 60, смешивается в отводящем устройстве 60 с паром, отведенным из башни 30. Пар конденсируется, а какие-либо отведенные газы растворяются, по меньшей мере частично, в воде и отводятся к системе охлаждения через отводящий трубопровод 59. Другие части оборудования могут быть использованы для высвобождения воды или водорода. В данном случае, как изображено на фиг. 1, отводящий трубопровод 59 направляет воду из отводящего устройства 60 к нижней части системы 56 охлаждения. В других вариантах осуществления трубопровод 59 может также быть присоединен к дренажному трубопроводу 48, и транспортировать к системе охлаждения 56 также и воду от устройства 42 охлаждения воды. За счёт этого обеспечен отвод любого водородного газа из башни 30 к местоположению, которое расположено на большом расстоянии от грануляционной установки, таким образом, что устраняется опасность пожара и взрыва в грануляционной установке.

С целью обеспечения эффективной конденсации и минимального загрязнения при обычных расходах ниже пиковых значений отводящее устройство 60 на фиг. 1 оборудовано вышеупомянутым устройством управления. Это устройство управления служит для "отключения" отводящего устройства 60, т.е. для перекрытия или, по меньшей мере, значительного ограничения расхода воды, используемой для приведения в действие отводящего устройства 60 всякий раз, когда грануляционная установка 10 работает при номинальном или еще более низком расходе, прежде всего, когда пар генерируется на уровне производительности конденсации башни 30 или еще более низком. Другими словами, устройство управления 70 используется для избирательного отвода пара через отводящее устройство 60 только тогда, когда это является необходимым или желательным в зависимости от фактически сгенерированного объема пара и/или в зависимости от содержания/концентрации водорода в верхней зоне башни 30.

В обычной системе, как она показана на фиг. 2, всякий раз, когда расходы расплава превышают производительность башни 30, опыт указывает на серьезную опасность противотока (обратного потока) пара, например, в горячий шлаковый жёлоб и даже в литейное отделение (не показано) вверх по потоку от наконечника 16 шлакового жёлоба. Даже при использовании обеспечивающих некоторое сопротивление противотоку клапанов сброса избыточного давления в верхней крышке 34, а также внутреннего колпака 80, как они показаны на фиг. 1, опасность противотока все еще сохраняется. В известном способе внутренний колпак 80 (показан на фиг. 2) выполнен, главным образом, для уплотнения башни 30 от поступления "неправильного" атмосферного воздуха.

В противоположность такой обычной конструкции предложенное отводящее устройство 60 предоставляет надежное решение для безопасного отвода и компенсации лишних объемов пара всякий раз, когда его расход превышает номинальную производительность башни 30. Следует понимать, что такие чрезмерные расходы пара могут произойти случайно, например в случае пиковых расходов расплавленного шлака вследствие проблем с леткой доменной печи. Выгодным образом, в результате настоящего изобретения могут быть приняты к рассмотрению конструкции с более низкой производительностью оборудования в плане паровой конденсации. Фактически, при номинальной производительности, спроектированной меньшей, чем ожидаемые краткосрочные пики расхода, т.е. в противоположность приня- 6 029741

той на практике конструкции (с номинальной производительностью, соответствующей ожидаемому пиковому расходу), оборудованная отводящим устройством 60 башня 30 все еще способна к надежному функционированию.

В противоположность описанному в ΥΘ 2012/079797 А1 устройству существующее устройство не снижает производительность башни 30, когда отводящее устройство 60 не используется. В самом деле, в противоположность описанному в ΥΘ 2012/079797 А1 устройству как башня, так и ее производительности охлаждения/конденсации не ослабляются размещенным в башне 30 крупногабаритным устройством, которое неизбежно уменьшает поверхность/объем, где работают водоинжекционное устройство 40 и водосборное устройство 42. Вышеописанное отводящее устройство 60 не затрагивает полезный объем башни 30, поскольку отводящее устройство 60 размещено за пределами корпуса башни. Также и в случае размещения устройства внутри башни 30, поскольку оно размещается выше водоинжекционного устройства/сопел, оно не влияет на конденсационную производительность водоинжекционного устройства 40.

Поэтому отводящее устройство 60, прежде всего, является полезным для переоснащения конденсационных башен и, таким образом, полезным для легкого повышения производительности гранулирования существующего оборудования для гранулирования шлака.

Подобные отводящие устройства могут быть использованы для обслуживания дополнительных задач по отводу. Прежде всего, осушающий модуль 50 имеет паросборный колпак 53 над осушающим барабаном 52. Одно или несколько отводящих устройств (не показаны) могут быть размещены для отсасывания пара и газа из осушающего модуля 50 и/или из паросборного колпака 53. Эта конфигурация обладает преимуществом надлежащего отвода пара и газа из осушающего модуля 50 и конденсации пара, что тем самым уменьшает проблемы с видимостью в окрестности осушающего модуля 50 и установки 10' в целом.

Подобным образом, другое отводящее устройство (не показано) может быть присоединено с помощью его входного отверстия к внутреннему колпаку 80. Это мероприятие преобразовывает внутренний колпак 80 в вытяжной колпак. В пространстве, ограниченном внутренним колпаком 80, над наконечником 16 горячего шлакового жёлоба и струями 12 создается определенная тяга. Это мероприятие обеспечивает дополнительную безопасность за счет предотвращения противотока сгенерированной струями 12 фракции пара в шлаковый жёлоб и в литейное отделение и за счет отвода какого-либо водородного газа из мест, где имеются продукты с высокими температурами или искры.

Предпочтительно отводящее устройство(а), присоединено(ы) к контроллеру, который может быть встроен в систему управления производственным процессом всего оборудования. Контроллер управляет отдаленным управляемым автоматическим клапаном, присоединенным к выходному отверстию насоса, который питает отводящее устройство(а) 60. Соответственно, путём управления открыванием и закрыванием клапана контроллер управляет функционированием отводящего устройства(устройств) 60 для избирательного ограничения или позволения прохода пара и газа через отводящее устройство.

Согласно одному варианту осуществления инжектирующее пар устройство, такое как пароинжекционное копье 82, размещено в нижней зоне 46 конденсационной башни 30. Это устройство инжектирует пар в нижнюю зону 46 конденсационной башни незадолго до начала разливки шлака (500-1000 м³/ч). Более того, было обнаружено, что в начале разливки шлака содержащаяся в грануляционном резервуаре 18 вода является холодной, поэтому объем производимого пара является относительно низким, и повышается только после гранулирования некоторого объема шлака и нагревания воды в грануляционном резервуаре 18 примерно до 80°С. Кроме того, было обнаружено, что в случае содержания в шлаке железа, могут генерироваться существенные объемы водородного газа. В начале процесса гранулирования водородный газ является особо опасным, поскольку в этот период генерируется очень малый объем пара. Однако известно, что в случае содержания пара в атмосфере, опасность взрыва воздушно/водородной смеси является ограниченной. Инжектирующее пар устройство 82, тем самым, способствует значительному снижению опасности пожара и взрыва во время начального этапа разливки шлака, поскольку вода в грануляционном резервуаре 18 все еще остается холодной.

В заключение следует отметить, что настоящее изобретение не только обеспечивает существенное повышение эксплуатационной безопасности основанной на использовании воды грануляционной установки 10, прежде всего, для шлака доменной печи. Кроме того, изобретение обеспечивает надежную работу при уменьшенной производительности конденсации и, таким образом, при уменьшенных капитальных и эксплуатационных затратах. Фактически, в случае грануляционной установки для шлака доменной печи предполагается, что грануляционная установка 10 с предложенным отводящим устройством 60, 60' является способной к надежной обработке избытка пара, который соответствует увеличению потока шлака до +25%. Это может соответствовать, например, увеличению примерно на +2 т/мин (83,33 кг/с) шлака в системе, спроектированной с производительностью конденсации для обработки максимального расхода шлака 8 т/мин (133,33 кг/с).

- 7 029741

Список условных обозначений

10 - Грануляционная установка,

12 - струи воды,

14 - поток расплава,

16 - наконечник горячего шлакового жёлоба,

18 - грануляционный резервуар,

20 - водоинжекционное устройство,

23 - питающий трубопровод (к поз. 20),

30 - пароконденсационная башня,

32 - внешний корпус башни,

34 - верхняя крышка башни,

40 - водоинжекционное устройство,

42 - водосборное устройство,

43, 45 - коллекторы,

47, 49 - водоинжекционные сопла,

44 - верхняя зона башни,

46 - нижняя зона башни,

48 - дренажный трубопровод,

50 - осушающий модуль,

52 - ротационный фильтрующий барабан,

53 - паросборный колпак,

54 - накопительный резервуар для воды,

56 - система охлаждения,

57 - насос,

58 - питающий трубопровод (к поз. 40),

59 - дренажный трубопровод,

60 - отводящее устройство,

62 - входное отверстие,

70 - устройство управления,

80 - внутренний колпак,

82 - инжектирующее пар устройство.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Грануляционная установка (10) для гранулирования расплавленного материала, произведенного в металлургической установке, причем грануляционная установка содержит

водоинжекционное устройство (20) для инжекции грануляционной воды в поток расплавленного материала (14) и, таким образом, гранулирования расплавленного материала,

грануляционный резервуар (18) для сбора грануляционной воды и гранулированного материала, расположенную над грануляционным резервуаром (18) пароконденсационную башню (30) для сбора пара, сгенерированного в грануляционном резервуаре (18), причем пароконденсационная башня (30) имеет внешний корпус (32) с верхней крышкой (34), а также систему конденсации пара, которая включает в себя

водоинжекционное устройство (40) для распыления водных капель в пароконденсационную башню

(30) и

расположенное в пароконденсационной башне (30) под водоинжекционным устройством (40) водосборное устройство (42) для сбора распыленных водных капель и сконденсированного пара,

причем водосборное устройство (42) разделяет башню на верхнюю зону (44), в которой пар может конденсироваться, и нижнюю зону (46), через которую пар может подниматься от грануляционного резервуара (18) в верхнюю зону (44),

отличающаяся отводящим устройством (60) для избирательного отвода газа и пара из башни, конденсации чрезмерного пара и отвода газа в атмосферу, причем отводящее устройство (60) имеет входное отверстие (62), размещенное для сообщения с верхней зоной (44) конденсационной башни (30) выше водоинжекционного устройства (40), и выходное отверстие, размещенное для отвода и конденсации пара и для отвода газа из конденсационной башни (30).
2. Грануляционная установка (10) по п.1, отличающаяся тем, что отводящее устройство (60) оборудовано устройством для управления избирательным отводом пара через отводящее устройство (60), прежде всего, регулирующим устройством для регулирования расхода отводящего устройства (60).
3. Грануляционная установка (10) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отводящее устройство (60) содержит эжекторный струйный насос, который создает вакуум посредством эффекта Вентури.
4. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что входное отверстие (62) отводящего устройства (60) расположено между водоинжекционным устройст- 8 029741

вом (40) и верхней крышкой (34) башни (30).
5. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит несколько отводящих устройств (60), размещенных в вертикальной плоскости, при этом входное отверстие (62) одного из отводящих устройств (60) расположено между водоинжекционным устройством (40) и водосборным устройством (42) башни (30).
6. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отводящее устройство (60) размещено вне конденсационной башни (30).
7. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отводящее устройство (60) поддерживается посредством внешнего корпуса (32) и/или верхней крышки

(34) конденсационной башни (30).
8. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отводящее устройство (60) присоединено к водному питающему трубопроводу (58) водоинжекционного устройства (40) башни (30).
9. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отводящее устройство (60) содержит устройство управления, регулирующее расход и/или давление воды, используемой для приведения в действие отводящего устройства (60).
10. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что газ и сконденсированный пар отводят к системе (56) охлаждения.
11. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, содержащая, кроме того, датчик, измеряющий содержание водорода и/или содержание пара, причем датчик размещен в верхней зоне (44) башни (30).
12. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, прежде всего по п.2, содержащая, кроме того, осушающий модуль, прежде всего осушающий модуль (50) с ротационным фильтрующим барабаном (52), имеющим паросборный колпак (53), и отличающийся тем, что первое вспомогательное отводящее устройство (60') с помощью его входного отверстия присоединено к паросборному колпаку (53).
13. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, содержащая, кроме того, внутренний колпак (80), который простирается в грануляционный резервуар (18) с целью уплотнения конденсационной башни (30) от поступления атмосферного воздуха, и отличающаяся тем, что другое вспомогательное отводящее устройство с помощью его входного отверстия присоединено к внутреннему колпаку (80).
14. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, содержащая, кроме того, контроллерное устройство, которое присоединено для приведения в действие уплотняющего устройства таким образом, что оно избирательно ограничивает или разрешает проход пара и газа через отводящее устройство (60).
15. Грануляционная установка (10) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит, кроме того, инжектирующее пар устройство в нижней зоне (46) конденсационной башни (30).
16. Установка доменной печи, содержащая грануляционную установку (10) по одному из предшествующих пунктов.

- 9 029741

&