Для снижения расхода дорогостоящего кокса в качестве физического источника тепла используют горячее дутье. Температура нагрева воздуха колеблется 1150-1250 °С. Нагрев воздуха осуществляется в воздухонагревателе (каупер). Каупер – это теплообменный аппарат регенеративного типа, представляющий собой высокую камеру, заполненную кирпичом (насадкой), уложенного по специальной схеме, позволяющей образовать вертикальные каналы сверху донизу для прохода продуктов сгорания или воздуха. Часть рабочего пространства образует камеру горения.
Воздухонагреватель является аппаратом периодического действия: в один период работы он нагревается (насадка из кирпичей), в другой период (дутьевой) через каупер продувается холодный воздух для нагрева. Воздух нагревается только за счет конвективного теплообмена.
Основной задачей при управлении тепловым режимом в период нагрева является обеспечение максимально возможной аккумуляции тепла насадкой.
В период дутья основное внимание уделяется интенсификации теплообмена между воздухом и нагретой насадкой. (O2+N2+H2O (21%+79%)).
Отапливается воздухонагреватель смешанным газом, представляющим собой смесь коксового (до 15%) и доменного газов. Qк.г. = 3700-4000 ккал/м3 Qд.г. = 800-1000 ккал/м3
На каждый блок воздухонагревателей, состоящий из 3-4 аппаратов, смешанный газ формируется индивидуально. Горелка воздухонагревателя выполнена конструктивно заодно с вентилятором. В связи с этим практически невозможно измерить расход вентиляторного воздуха и он измеряется косвенно по положению жалюзи вентилятора.
Функциональная схема регулирования теплового режима воздухонагревателей доменной печи представлена на рис.31.
Схемой предусмотрено:
1,5 – измерение давления соответственно коксового и доменного газов. Схемой предусмотрено наличие аварийной сигнализации при падении давления каждого из этих газов.
2,4,3 – измеряются отдельно расходы коксового и доменного газов. Калорийность (теплотворная способность) смеси регулируется по схеме объемного пропорционирования изменением расхода коксового газа как высококалорийной составляющей.
7,6 – измерение и регулирование давления смешанного газа на воздухонагреватель. Давление регулируется изменением расхода доменного газа как большей по объему составляющей смеси.
9,14 – измерение и регулирование расхода смешанного газа на каждый воздухонагреватель.
Так как основной задачей в период нагрева является максимальная аккумуляция тепла, то расход смешанного газа устанавливается на максимально возможном уровне, ограниченным тягодутьевыми возможностями аппарата.
Как правило, при последовательном режиме подключения на дутье находится один аппарат, на нагреве – два или три, но возможен попарно параллельный и смешанный режим работ воздухонагревателей.
8 – измерение давления вентиляторного воздуха на горелку. Предусмотрена аварийная сигнализация при падении давления.
10 – измерение давления горячего дутья.
12,11 – измерение и регулирование температуры купола воздухонагревателя. Как правило, это температура поддерживается на предельном проектно допустимом значении.
Имеется специфическая особенность схемы регулирования температуры: регулирование осуществляется на правой нисходящей ветви статической характеристики. То есть для повышения температуры дается команда на уменьшение расхода воздуха; для снижения температуры – команда на увеличение расхода воздуха. Увеличение расхода воздуха путем разбавления продуктов сгорания увеличивает их объем и возрастает скорость продуктов сгорания в каналах, тем самым интенсифицируя конвективный теплообмен, и насадка лучше прогревается по высоте.
13,15 – измеряется температура дыма и разрежение на входе в дымовую трубу.
16 – измерение температуры дыма в поднасадочном пространстве. Насадка из кирпича в нижней части опирается на чугунные колонны и поэтому для обеспечения термической прочности колонн недопустимо превышение температуры дыма более 400-450 °С. В теплотехническом отношении блок воздухо-нагревателей представляет собой достаточно сложный ОУ, поэтому функции АСУТП сводятся к решению трех задач:
- Определение оптимальной продолжительности цикла работы блока воздухонагревателей. Цикл работы определяется суммой продолжительностей дутья каждого воздухонагревателя на блоке.
- Выбор рациональных параметров температуры хотя бы в одной точке по высоте воздухонагревателя (если ее нет, то используется температура дыма).
- Определение режима работы блока (последовательный, попарно-параллельный, смешанный).
При последовательном режиме на дутье находится поочередно один воздухонагреватель, остальные – на нагреве.
При попарно-параллельном режиме на дутье одновременно находится два воздухонагревателя – новый, более нагретый и старый, уже остывающий. По мере остывания старого и нового, старый становится на нагрев, а к новому добавляется следующий воздухонагреватель.
При смешанном режиме – на дутье находится один воздухонагреватель, затем, по мере его остывания, к нему подключается второй и постепенно через него увеличивается расход воздуха. Остывающий воздухонагреватель переводится в режим нагрева.
