Повышение срока службы системы утилизации теплоты отходящих дымовых газов блока доменных воздухонагревателей
Теплота сгорания доменного газа недостаточна для обеспечения температуры дутья более 1050 °С, поэтому при отоплении воздухонагревателей доменный газ обычно обогащают природным (3-6 %). Однако химическую теплоту природного газа можно заменить физической теплотой подогретых компонентов горения.
За рубежом на доменных печах широко используют различные конструкции теплообменников для нагрева доменного газа и вентиляторного воздуха за счет утилизации теплоты отходящих дымовых газов воздухонагревателей. В Украине в настоящее время эксплуатируются только две доменные печи, где используют подогрев компонентов горения.
Опыт эксплуатации этих теплообменников показал их незначительную стойкость из-за наличия низкотемпературной кислотной коррозии. При отоплении воздухонагревателей серосодержащие соединения доменного газа и вентиляторного воздуха образуют оксиды серы (S02, S03). В этом случае температура точки росы дымовых газов зависит от парциальных давлений паров серной кислоты и воды в них и составляет 120-140 °С; при этом минимальная температура отходящих дымовых газов в дымовой трубе должна быть на 10-15 °С выше.
Согласно литературным данным, в Украине отсутствуют обобщенные результаты исследований процессов низкотемпературной сернокислотной коррозии металлических трубчаток теплообменников систем утилизации теплоты доменных воздухонагревателей. Установлено, что в воздухоподогревателях котельных установок также протекают процессы низкотемпературной коррозии, однако в связи с более высокой сернистостью топлив, используемых в них интенсивность этих процессов выше. Следовательно, при изучении рассматриваемых коррозионных процессов целесообразно учитывать опыт эксплуатации воздухоподогревателей котельных установок, а также способы защиты их металлических поверхностей нагрева.
За рубежом при проектировании и эксплуатации систем утилизации теплоты блоков воздухонагревателей уделяется большое внимание предотвращению снижения температуры дымовых газов и поверхностей нагрева теплообменников ниже точки росы промышленных кислот.
При эксплуатации систем утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем температуру дымовых газов после утилизации регулируют расходом промежуточного теплоносителя, не допуская охлаждение рабочей поверхности теплообменника подогрева промежуточного теплоносителя ниже 110-115 °С.
На заводе в Хирохате фирмы «Син ниппон сэйтэ-цу» (Япония) температура дымовых газов после воздушного пластинчатого рекуператора равна 142 °С.
При эксплуатации системы утилизации на блоке воздухонагревателей ДП-5 завода в Диллингене, где газ подогревается до 260 °С, а воздух горения до 550 °С, учитывается, что температура дымовых газов на выходе теплообменника подогрева газа зависит от точки росы в дымовой трубе и поддерживается на уровне 160 °С при помощи байпасной заслонки в воздушном тракте. При выборе марки материала для трубчатки теплообменника подогрева газа в его прямоточной части учитывают возможность выпадения конденсата.
При оборудовании ДП-7 завода в Эймёйдене (Голландия) регенеративным вращающимся теплообменником системы «Ротемюле» для подогрева воздуха горения основным лимитирующим фактором утилизации признана температура точки росы. С целью уменьшения коррозии конечные холодные поверхности нагрева выполнены из специального материала WT St 37 — 2. Температура дымовых газов после теплообменника составляет 102-131 °С (проектная 130 °С).
Замедление низкотемпературной сернокислотной коррозии металлических поверхностей нагрева теплообменников может быть достигнуто путем использования предварительного подогрева нагреваемой среды, каскадного подогревателя и режимных мероприятий. Наиболее опасными с точки зрения низкотемпературной коррозии являются элементы поверхности нагрева на входе нагреваемой среды.
Предварительный подогрев осуществляется либо в предвключенном теплообменнике, либо путем рециркуляции нагреваемой среды на входе в теплообменник. При предварительном подогреве не требуется установка дополнительного вентилятора. Рециркуляция части горячей среды во входной участок теплообменника является простым и надежным способом в случае, когда требуется увеличить температуру входящей в него среды на 30-50 °С.
Как рециркуляция, так и предварительный подогрев. не могут полностью исключить процессы протекания низкотемпературной коррозии, так как для этого могут потребоваться значительные объемы ре-циркулирующей среды и высокие температуры предварительного подогрева.
При использовании каскадного подогревателя в низкотемпературных секциях теплообменника создаются условия, при которых температура стенки превышает температуру точки росы. Достигается это пропуском через холодные секции всего объема дымовых газов и небольшого расхода нагреваемой среды (30-40 %), которая предварительно подогревается в предвключенном теплообменнике. Смешение подогретого и холодного потоков нагреваемой среды происходит в смесителе после каскадной ступени перед основной. При такой схеме обеспечивается быстрый рост температуры нагреваемой среды.
При эксплуатации теплообменников системы утилизации теплоты отходящих дымовых газов воздухонагревателей наблюдались случаи, когда теплота сгорания доменного газа снижалась до 3000-3100 кДж/м3. При этом было необходимо увеличивать температуру подогрева компонентов горения, а теплоты уходящих дымовых газов было для этого недостаточно.
В некоторых случаях, когда влажность доменного газа достигает 180200 г/м3 (ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича»), для обеспечения температуры горячего дутья 1150-1200 °С доменный газ необходимо нагревать до 180 °С (ограничивается стойкостью резинового уплотнения газового дросселя), а воздух горения до 300-327 °С. Требуемый подогрев воздуха при температуре дымовых газов 250-280 °С невозможен.
Использование ПУТ в доменной печи может привести, с одной стороны, к повышению концентраций SO, и SO, в дымовых газах воздухонагревателей, что увеличит их температуру точки росы, а с другой — к снижению теплоты сгорания доменного газа, что потребует повышения необходимых температур подогрева компонентов горения.
Во всех приведенных случаях необходимы мероприятия по увеличению температуры дымовых газов, входящих в теплообменники, за счет ввода в систему дополнительного количества теплоты (подтопка)…
Источник: Журнал «Теплотехника» . Автор: Карпенко С.А. «Союзэнерго»
