Конденсационная колонна для грануляционной установки

Изобретение относится к области металлургии, в частности к грануляционной установке для расплавленного материала. Установка содержит водовпрыскивающее устройство для гранулирования расплавленного шлака и резервуар для гранулирования для сбора воды и гранулята. Над резервуаром для гранулирования расположена конденсационная колонна для сбора выработанного в резервуаре для гранулирования пара. Конденсационная колонна содержит ректификационную систему с водораспылительным устройством и водосборным устройством. Конденсационная колонна содержит вытяжную трубу для выборочного отвода избыточного пара в атмосферу. Впускное отверстие вытяжной трубы взаимодействует с нижней зоной конденсационной колонны, при этом выпускное отверстие указанной трубы расположено выше конденсационной колонны. Использование изобретения обеспечивает надежный отвод избыточного пара во время грануляции жидкого шлака. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

В целом, данное изобретение относится к грануляционной установке для расплавленного материала, прежде всего для металлургического расплава, такого как доменный шлак. Более конкретно, оно относится к улучшенной конструкции конденсационной колонны для использования в такой установке.

Уровень техники

Пример современной грануляционной установки этого типа, прежде всего, для расплавленного доменного шлака изображен на фиг. 5, который является частью работы «INBA® Slag granulation system - Environmental process control», опубликованной в Iron&Steel Technology, номер за апрель 2005. Как видно на фиг. 5, этот тип установки обычно содержит: устройство [2] впрыскивания воды (также называемый нагнетательным коробом) для впрыскивания воды для гранулирования в поток расплавленного материала, например шлак, который получают посредством шлакового желоба [1]. Таким образом, достигается гранулирование расплавленного материала. Кроме того, установка имеет резервуар [3] для гранулирования для сбора воды для гранулирования и гранулированного материала и для охлаждения гранул в большом объеме воды под устройством [2] впрыскивания воды. Конденсационная колонна, имеющая обычно закрытый верхней крышкой цилиндрический кожух, расположена над резервуаром для гранулирования для сбора и конденсации пара, выработанного в резервуаре для гранулирования. В действительности, благодаря высоким температурам расплавленного материала и огромному количеству требуемой охлаждающей воды, установками согласно фиг. 5 обычно производиться значительное количество пара. Для предотвращения загрязнения вследствие простого выброса пара в атмосферу конденсационная колонна включает в себя конденсационную систему, обычно противоточного типа. Конденсационная система имеет водораспылительное устройство [5] для распыления водяных капель в пар, который поднимается внутри конденсационной колонны, и устройство [6] для сбора воды, расположенное под водораспылительным устройством [5] для сбора распыленных капель и конденсированного пара.

Производство расплавленного материала в металлургических процессах обычно является цикличным и подвержено значительным колебаниям исходя из производимых скоростей потока. Например, во время процедуры спуска доменной печи скорость потока шлака далека от постоянной. Она демонстрирует пиковые значения, которые могут быть в четыре раза больше, чем средняя скорость потока шлака во время процедуры выпуска. Такие пики происходят изредка или регулярно во время коротких интервалов, например нескольких минут. Отсюда следует, что в обычной современной грануляционной установке на водяной основе существуют значительные колебания в скорости потока поступающего тепла вследствие поступающего шлака, соответственно, эквивалентные колебания в количестве пара, выработанного в течение времени. Чтобы найти подходящий компромисс между размером и стоимостью установки, объем конденсации пара зачастую не проектируется для того, чтобы справляться с полным потоком пара, который может вырабатываться во время пиковых значений потоков шлака. Предусмотрены клапаны сброса при избыточном давлении (как видно на показанной на фиг. 5 верхней крышке), которые открываются в таких случаях для отвода чрезмерного количества пара в атмосферу.

Однако наблюдение показало, что на практике такие клапаны сброса избыточного давления не всегда надежно открываются при чрезмерных скоростях потока расплава. В теории пар частично блокируется от выхода через клапаны сброса избыточного давления среди всего прочего из-за «барьера», образуемого «завесой» воды, постоянно производимой устройством [2] впрыскивания воды. Возможно, при высоких скоростях пара также существует сопротивление потоку пара, образованное устройством [6] для сбора воды. Соответственно, избыточный пар остается внутри колонны и впоследствии вырабатывается чрезмерное давление. Это может привести к частичному противотоку пара на нижнем впускном отверстии конденсационной колонны на входе резервуара [3] для гранулирования. Хотя специально предусмотрен внутренний колпак для отделения внутренней части от внешней части и, таким образом, предотвращается попадание нежелательного воздуха в колонну, но также предотвращается выдувание пара из колонны.

Такие обратные потоки пара могут привести, по меньшей мере, к плохой видимости в литейном цехе, что очевидно является серьезным риском безопасности для эксплуатационного персонала. Намного более неблагоприятно, пар, выдуваемый обратно через внутренний колпак, может привести к значительной выработке частиц шлака низкой плотности (так называемый «попкорн»), когда пар вступает в контакт с жидким горячим расплавом внутри шлакового желоба. Такие горячие частицы при их попадании в литейный цех создают еще большую угрозу безопасности.

Сущность изобретения

Соответственно, первой целью данного изобретения является создание конденсационной колонны, которая позволяла бы осуществлять более надежный отвод избыточного пара во время гранулирования при пиковых значениях скорости потока, одновременно была бы совместима с существующими конструкциями грануляционных установок при сравнительно низких дополнительных расходах. Эта цель достигнута с помощью установки и конденсационной колонны по п. 1 и п. 20 формулы изобретения соответственно.

Другой целью изобретения является создание конденсационной колонны, которая позволяет уменьшить монтажные и эксплуатационные расходы установки.

Данное изобретение в целом относится к грануляционной установке и к конденсационной колонне для конденсации пара, как указано в ограничительных частях п. 1 и п. 17 формулы изобретения соответственно.

Чтобы преодолеть вышеупомянутую проблему, в данном изобретении предлагается своего рода дымоход или дымовая труба, именуемая далее вытяжная труба для выборочного отвода избыточного пара (не отходящего газа) в атмосферу. Вытяжная труба согласно изобретению имеет впускное отверстие, расположенное таким образом, что оно взаимодействует с нижней зоной конденсационной колонны, и выпускное отверстие, расположенное таким образом, чтобы выпускать пар в атмосферу над вытяжной трубой, например, на уровне или выше уровня верхней крышки конденсационной колонны. Кроме того, согласно изобретению для осуществления выборочного отвода по желанию или по необходимости, вытяжная труба, предпочтительно, оснащена любым подходящим устройством для управления выборочным отводом пара через вытяжную трубу. Подходящие устройства, которые способствуют или ограничивают отвод, могут включать в себя любой вид уплотняющего устройства, например специально спроектированное уплотняющее устройство «водяная завеса», и/или форсунки для конденсации внутри вытяжной трубы и/или вытяжная воздуходувка или вентилятор. Поскольку структура устройства управления отводом как таковая имеет меньшее значение, очень предпочтительным является возможность выборочного управления отводом пара через вытяжную трубу.

Предложенная вытяжная труба имеет неоспоримую степень надежности отвода любого нежелательного и потенциально опасного избытка пара и, таким образом, значительно увеличивается безопасность эксплуатации. Кроме того, предложенная вытяжная труба позволяет спроектировать установку с конденсационной системой меньшего размера. Действительно, установка, оснащенная предложенной вытяжной трубой способна управлять общим потоком пара, соответствующим значительно более высокой скорости потока шлака, поток пара состоит из одного парциального потока пара, обычно более крупной пропорции, который конденсируется обычным образом, и другого парциального потока пара, обычно меньшей пропорции, который просто отводится в атмосферу через предложенную вытяжную трубу в течение ограниченного времени. Следовательно, вместо принятия общей практики проектирования всей установки для максимально ожидаемой скорости потока расплава, она может быть спроектирована для обработки средней номинальной скорости потока, возникающей во время большинства времени во время эксплуатации. Таким образом, возможна значительная экономия капитальных и эксплуатационных затрат. Далее ясно, что предпочтительная конструкция вытяжной трубы предотвращает возникновение избыточного давления внутри конденсационной колонны и надежно препятствует вдуванию пара обратно в литейный цех при скоростях потока выше номинальной скорости. На основании только выборочного отвода установка функционирует обычным образом при номинальной скорости потока и при скорости потока ниже номинальной скорости без умышленного выброса пара в атмосферу. Предложенная установка имеет дополнительное преимущество в использовании пассивной конструкции (используется преимущество естественной тяги), которая не требует увеличения скорости потока воды, то есть не увеличиваются вложения и эксплуатационные расходы на насосы. Трубопроводы, клапаны и охлаждающую колонну. Кроме того, вложения (капитальные расходы) на создание предложенной вытяжной трубы являются очень низким по сравнению с увеличением емкости конденсационной системы до сравнительно безопасного предела.

Предпочтительные варианты осуществления установки определены в зависимых пп. 2-19 формулы изобретения. Ясно, что, не ограничиваясь этим, предложенная установка особо подходит для установки доменной печи.

Изобретение также относится к конденсационной колонне как таковой, как независимо указано в п. 20 формулы изобретения, что может в отдельности найти промышленное применение в качестве модернизационной замены для существующих грануляционных установок. Предпочтительные признаки пп. 2-19 в равной степени применяются к колонне по п. 17.

Краткое описание чертежей

Дальнейшие детали и подробности данного изобретения будут очевидны из следующего подробного описания некоторых неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - структурная схема первого варианта осуществления грануляционной установки с конденсационной колонной согласно изобретению,

Фиг. 2А-Б показывает в схематичном вертикальном и горизонтальном разрезе конденсационную колонну при нормальной работе ниже пиковых значений скорости потока расплавленного материала,

Фиг. 3А-Б показывает в схематичном вертикальном и горизонтальном разрезе конденсационную колонну с отводом пара через вытяжную трубу при пиковых значениях скорости потока расплавленного материала,

Фиг. 4 - структурная схема второго варианта осуществления грануляционной установки с конденсационной колонной согласно изобретению,

Фиг. 5 показывает известную грануляционную установку согласно уровню техники.

Идентичные ссылочные позиции используются на чертежах для идентификации структурно или функционально схожих элементов.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Для иллюстрации первого варианта осуществления данного изобретения на фиг. 1 показан схематичный вид грануляционной установки 10, спроектированной для грануляции шлака в установке доменной печи (установка не показана). В целом, установка 10 служит для гранулирования потока расплавленного доменного шлака 14 посредством охлаждения одной или более струй 12 сравнительно холодной воды для гранулирования. Как видно на фиг. 1, поток расплавленного шлака 14, неизбежно сливаемого вместе с передельным чугуном из доменной печи, падает из желоба 16 для горячего расплава в резервуар 18 для гранулирования. Во время работы струи 12 воды для гранулирования, которые вырабатываются с помощью устройства 12 для впрыскивания (часто именуемого «нагнетательным коробом»), подаваемые посредством одного или более параллельных насосов 22 высокого давления, ударяются о расплавленный шлак 14, падающий из горячего желоба 16. Подходящая конфигурация водовпрыскивающего устройства 20 описана, например, в патентной заявке WO 2004/0486617. В более старых грануляционных установках (не показаны, но включаются), расплавленный шлак падает из горячего желоба на холодный желоб, с помощью струй воды для гранулирования из схожего устройства для впрыскивания воды увлекает поток на холодном желобе по направлению к резервуару для гранулирования. Независимо от конструкции гранулирование достигается, когда струи 12 воды для гранулирования ударяются о поток расплавленного шлака 14.

Посредством охлаждения расплавленный шлак 14 распадается на «гранулы» размером с зерно, которые падают в большой объем воды, поддерживаемый в резервуаре 18 для гранулирования. Эти шлаковые «гранулы» полностью затвердевают в шлаковый песок посредством теплообмена с водой. Можно отметить, что струи воды 12 для гранулирования направлены к поверхности воды в резервуаре 18 для гранулирования, таким образом, стимулируя завихрение, которое ускоряет охлаждение шлака.

Как известно, охлаждение первоначально горячего расплава (>1000°C), такого как расплавленный шлак, приводит к образованию существенного количества пара (то есть водяного пара). Этот пар обычно загрязнен, среди всего прочего, газообразными серными соединениями. Чтобы уменьшить загрязнение атмосферы, пар, выбрасываемый в резервуар 18 для гранулирования, направляется в конденсационную колонну 30, которая обычно расположена вертикально над резервуаром 18 для грануляции. Эта конденсационная колонна 30 (далее кратко именуемая «колонна 30») оснащена конденсационной системой, обычно противоточного типа, которая включает в себя водораспылительное устройство 40 и водосборное устройство 42. Как видно на фиг. 1, колонна 30 является сравнительно большим строением, которое имеет внешний кожух 32. Кожух 32, который обычно, но не обязательно, является цилиндрической сварной конструкцией в виде стальной плиты, оснащен верхней крышкой 34. Колонна 30 имеет определенную высоту и диаметр, с размерами для номинального объема выброшенного пара. Как схематично изображено на фиг. 2А-Б и 3А-Б, колонна 30 может иметь резервуар с аварийным запасом воды на своей верхней крышке 34.

Водораспылительное устройство 40 обычно расположено рядом с верхней крышкой 34 колонны 30 для достижения максимального эффекта. Оно включает в себя множество водораспылительных форсунок 47, 49 для распыления водяных капель в пар, который поднимается внутри колонны 30. Водораспылительное устройство 40 служит для конденсации пара и дополнительно улучшает разложение вредных паров.

Водосборное устройство 42 расположено внутри колонны 30 на вертикальном расстоянии в несколько метров ниже водораспылительного устройства 40. Водосборное устройство 42 разделяет колонну 30 на воображаемую верхнюю зону 44, в которой пар конденсируется во время работы, и на воображаемую нижнюю зону 46. Во время работы пар поднимается из резервуара 18 для гранулирования через нижнюю зону 46 и через водосборное устройство 42 в верхнюю зону 44. Обычно верхняя зона 44 занимает значительно большую пропорцию по высоте, чем нижняя зона 46. Ломаные линии на фиг. 1 обозначают, что полная высота колонны 30 не показана, то есть, что вертикальное расстояние между водораспылительным устройством 40 и водосборным устройством 42 обычно больше, чем изображено на фиг. 1.

Водосборное устройство 42 выполнено для сбора падающих капель, получаемых из распыленных капель и конденсированного пара. Таким образом, водосборное устройство 42 предотвращает падение воды обратно в резервуар 18 для гранулирования и позволяет осуществить регенерацию сравнительно чистой технической воды посредством сливного трубопровода 48. С этой целью водосборное устройство 42 может включать в себя по меньшей мере один выполненный верхний в форме воронки или чаши коллектор 43 и нижний выполненный в форме воронки коллектор 45, как схематично представлено на фиг. 1. В этом случае несколько отверстий, распределенных по окружности между коллекторами 43, 45, позволяют пару подниматься из нижней зоны 46 в верхнюю зону 44 колонны 30. Для минимизации сопротивления потока пара распределенные отверстия между коллекторами 43, 45, предпочтительно, имеют высоту, по меньшей мере, 500 мм. Другие конструкции водосборного устройства 42 также возможны и охвачены.

Как видно на фиг. 1, у днища резервуар 18 для гранулирования отводится затвердевший шлаковый песок, смешанный с водой для гранулирования. Смесь (шлам) подается в обезвоживающий блок 50. Целью обезвоживающего блока 50 является отделение гранулированного материала (то есть шлакового песка) от воды, то есть осуществление раздельной регенерации шлакового песка и технологической воды. Подходящая общая конфигурация обезвоживающего блока 50 хорошо известна из существующих установок INBA® или описанных, например, в патенте США 4,204,855 и, таким образом, не будет подробно описана ниже. Такой обезвоживающий блок содержит вращающийся фильтровальный барабан 52, например, как описано более подробно в патенте США 5,248,420. Также для обезвоживания мелких затвердевших гранул расплава может использоваться любое другое статическое или динамическое устройство. Как далее показано на фиг. 1, резервуар 54 регенерации воды для гранулирования (часто называемый «резервуар горячей воды») ассоциируется с обезвоживающим резервуаром 50 для сбора воды, которая отделена от гранулированного шлакового песка. В большинстве случаев этот резервуар 54 для регенерации воды понимается как отстойный резервуар с отстойным отсеком и отсеком чистой воды (смотри справа на фиг. 1), в который перетекает по существу не содержащая песка («чистая») вода.

Также на фиг. 1 видно, что сливной трубопровод 48 водосборного устройства 42 может соединяться для подачи конденсированной и распыленной воды из колонны 30 в резервуар 54 регенерации воды. Она также может закачиваться непосредственно в систему 56 охлаждения или использоваться для других целей, например для подачи на впрыскивающее устройство(-а) 20, или просто удаляться. В показанном на фиг. 1 варианте сливной трубопровод 48 выходит в отсек для чистой воды резервуара 54 регенерации воды. Из этого отсека вода, в целом не содержащая твердых частиц, закачивается в систему 56 охлаждения, которая имеет одну или более охлаждающих колонн. Охлажденная техническая вода из системы 56 охлаждения подается обратно в грануляционную установку 10 для повторного использования в процессе. Более конкретно, холодная вода, предпочтительно, подается, с другой стороны, в водораспылительное устройство 40 через другой подающий трубопровод 58. Подающий трубопровод 23, в свою очередь, оснащен по меньшей мере одним насосом 57 или, предпочтительно, двумя параллельными насосами, которые относятся к водораспылительному устройству 40. Соответственно, в водораспылительные форсунки 47, 49 водораспылительного устройства 40 подается оборотная вода из системы 56 охлаждения через подающий трубопровод 58. Принимая во внимание, что такая конфигурация с «замкнутым контуром» является предпочтительной для технической воды, альтернативы с открытым контуром также включаются, в которых вода подается в водораспылительные форсунки 47, 49 и/или впрыскивающее устройство(-а) 20, которые удаляются после использования.

Согласно одному аспекту изобретения колонна 30 согласно изобретению оснащена вытяжной трубой 60 для отвода избыточного пара в атмосферу. Вытяжная труба 60, как схематично изображено на фиг. 1, является разновидностью отводной дымовой трубы, которая функционально ассоциируется с колонной 30. Более конкретно, вытяжная труба 60, изображенная на фиг. 1, имеет нижнее выпускное отверстие 62, расположенное для того, чтобы взаимодействовать с нижней зоной 46, и верхнее выпускное отверстие 64, расположенное примерно на уровне верхней крышки 34 колонны 30 или немного выше его. Кроме того, вытяжная труба 60 оснащена устройством для управления выборочным отводом пара через вытяжную трубу 60. В варианте осуществления фиг. 1 это устройство включает в себя уплотняющее устройство 70 для управления выборочным отводом пара из нижней зоны через вытяжную трубу 60 в атмосферу над выпускным отверстием 64. Соответственно, вытяжная труба 60 служит в качестве управляемой дымовой трубы для управляемого отвода пара в атмосферу. Более определенно, как становится более очевидно ниже, вытяжная труба 60 позволяет осуществить отвод определенного количества пара сверх объема конденсации колонны 30.

В обычной системе, как изображено на фиг. 5, когда скорости потока расплава превышают емкость колонны 30, опыт показал серьезный риск возникновения обратного потока (противотока) пара, например, в горячий желоб и даже в литейный цех (не показано) выше по потоку от желоба 16. Даже с помощью заслонок для сброса избыточного давления в верхней крышке 34 и с помощью внутреннего колпака 80, как изображено на фиг. 1, достигающих определенного сопротивления против противотока, противоток все еще может происходить. Известным образом внутренний колпак 80 (также показан на фиг. 5) предусмотрен главным образом для герметизации колонны 30 от попадания «подсасываемого через неплотности» окружающего воздуха.

В отличие от обычной конструкции предложенная вытяжная труба 60 предлагает надежное решение для безопасного отвода избыточного пара, когда скорости потока превышают номинальную емкость колонны 30. Ясно, что такие скорости потока могут возникать случайно, например, в случае возникновения пиковых значений расплавленного шлака из-за проблемы у летки доменной печи. Ясно, что посредством данного изобретения могут рассматриваться конструкции с более низкой емкостью установки, что касается конденсации пара. Действительно, с помощью номинальной емкости, спроектированной меньшей, чем ожидаемые кратковременные пиковые значения скорости потока, то есть в отличие от принятой практики проектирования (с номинальной емкостью, соответствующей ожидаемому пиковому расходу), колона 30, оснащенная вытяжной трубой 60, может по-прежнему надежно функционировать.

Для достижения оптимальной тяги дымовой трубы с пассивной вытяжной трубой 60 данного диаметра вытяжная труба 60 имеет впускное отверстие ниже коллекторов 43, 45 водосборного устройства 42, так что впускное отверстие 62 взаимодействует непосредственно с нижней зоной 46. Другими словами, вытяжная труба 60 простирается из-под низа сборного устройства 42, через верхнюю зону 44, в отверстие или через отверстие в верхней крышке 34. С помощью впускного отверстия 62, расположенного под выполненными в форме воронки коллекторами 43, 45, выработанная вытяжной трубой 60 тяга позволяет пару отводиться непосредственно из нижней зоны 46, то есть отводиться оттуда, где она вырабатывается (непосредственно над поверхностью воды для гранулирования). Соответственно, в дополнение к оптимальной тяге посредством предложенной конфигурации вытяжной трубы 60 можно избежать избыточного давления в нижней зоне 60, как главного источника вышеупомянутого риска. Кроме того, водяные капли из водораспылительного устройства 40 не всасываются через нижнее впускное отверстие 62, так как вода все еще собирается надлежащим образом посредством водосборного устройства 42.

В то время как является охваченной и возможной расположенная снаружи вытяжная труба (не показана), прикрепленная, например, к внешней части кожуха 32, предпочтительной является внутренняя вытяжная труба 60 внутри колонны 30. Среди всего прочего, последняя конфигурация извлекает преимущество из кожуха 32 как ветровой защиты для вытяжной трубы 62. По конструкционным причинам единственная вытяжная труба 60 сравнительно большого диаметра, предпочтительно, расположена по центру внутри кожуха 32, как показано на фиг. 1. Менее предпочтительные расположения, например две диаметрально противоположных меньших вытяжных трубы, также являются возможными и рассматриваются. Для достижения дополнительной тяги вытяжная труба 60 может немного выступать над верхней крышкой 34. Несмотря на уменьшение потенциально дополнительной тяги, также является выгодным по конструктивным причинам, если выпускное отверстие 64 вытяжной трубы 60 незначительно простирается над кожухом 32, то есть выше уровня верхней крышки 34. На практике она не должна простираться над верхней крышкой 34 более чем на 15% общей высоты h (смотри фиг. 3А) вытяжной трубы 60. С помощью расположения, как показано на фиг. 1, вытяжная труба 60 может легко поддерживаться конструкцией внешнего кожуха 32 и/или, если желательно, частично или полностью подвешиваться к конструкции верхней крышки 34. Соответственно, отсутствует необходимость в дополнительной несущей конструкции или значительной толщине стенки вытяжной трубы 60.

Ясно, что надлежащее задание размеров диаметров d (смотри фиг. 3А) и высоты h (смотри фиг. 3А) вытяжной трубы 60 определяет количество пара, которое может быть безопасно отведено через вытяжную трубу 60 в атмосферу (без избыточного давления в нижней зоне 46 колонны 30 и соответствующего риска противотока пара). Для спроектированной пассивной вытяжной трубы 60, то есть она функционирует чисто вследствие естественной тяги, обычно требуется внутренний диаметр d≥400 мм. На практике с помощью высоты h вытяжной трубы обычно в диапазоне 10-25 м, предпочтительно в диапазоне 15-20 м, оптимальные результаты могут быть достигнуты со значениями диаметра d относительно коэффициента 0,055≤d/h≤0,25, предпочтительно в диапазоне 0,1≤d/h≤0,2. В случае установки 10, спроектированной для доменного шлака, соответствующая вытяжная груба 60 легко достигает естественной тяги, способной отводить пар, выработанный дополнительным шлаком в порядке 3-4 т/мин (чрезмерная скорость потока). Посредством вытяжной трубы 60 установка 10 может безопасно функционировать при скорости потока шлака выше, чем максимальная интенсивность конденсации колонны 30. Например, она может функционировать при пиковых значениях скорости потока шлака 11-12 т/мин с помощью колонны 30, спроектированной для конденсации пара, выработанного посредством скоростей потока расплава только 8 т/мин. Ясно, что вытяжная труба 60 согласно изобретению позволяет увеличение производительности обработки до 50% при увеличении безопасности работы. Ясно, что также возможна вытяжная труба (не показана) с d/h<0,1 или даже d/h<0,055. Однако такая конфигурация является намного менее предпочтительной и обычно требует оснащения вытяжной трубой меньшего диаметра (не показано) с моторизованным вытяжным вентилятором для обеспечения достаточного всасывания, то есть искусственной тяги и соответствующего риска отказа.

Чтобы обеспечить достаточную конденсацию и минимальное загрязнение при обычных скоростях потока ниже пиковых значениях, вытяжная труба 60 из фиг. 1 оснащена вышеупомянутым управляемым уплотняющим устройством 70. Уплотняющее устройство 70 служит для «запора» вытяжной трубы 60, то есть для закрытия или, по меньшей мере, значительного ограничения прохода пара между впускным отверстием 60 и выпускным отверстием 64, когда грануляционная установка 10 функционирует при номинальных скоростях потока или ниже, особенно с помощью пара, выработанного при интенсивности конденсации колонны 30 или ниже. Другими словами, уплотняющее устройство 70 используется для отвода пара через вытяжную трубу 60 выборочно или когда это необходимо или желательно в зависимости от фактически выработанного количества пара.

Уплотняющее устройство 70 может быть расположено немного ниже верхнего выпускного отверстия 64 вытяжной трубы 60 и, предпочтительно, в верхней половине вытяжной трубы 60. В простом варианте осуществления, уплотняющее устройство 70 может включать в себя простую передвижную пластину с моторизованным приводом (не показана) для закрытия прохода через вытяжную трубу 60. Например, соединенная шарнирно заслонка или дисковый затвор могут быть расположены на верху или внутри вытяжной трубы 60, например у выпускного отверстия 64. Однако в предпочтительной конфигурации, как изображено на фиг. 1-4, уплотняющее устройство 70 не является обычным клапаном, а выполнено для создания управляемой «водяной завесы», служащей в качестве уплотняющего устройства. В предпочтительном варианте осуществления, уплотняющее устройство 70 содержит соосно обращенные друг к другу водяные форсунки 72, которые, предпочтительно, расположены по центру внутри вытяжной трубы 60. Подходящая концепция для обращенных друг к другу водяных форсунок 72 в целом известна из стандартной конструкции согласно фиг. 5 или, например, из немецкого патента DE 3′619′857. Такие обращенные друг к другу водяные форсунки 72 вырабатывают похожую на пленку «завесу», «стену» или «чашку» воды, которая оказывает значительное сопротивление проходу пара. Кроме того, эта конструкция уплотняющего устройства 70 имеет преимущества в благоприятствовании конденсации пара или автоматического открытия прохода через вытяжную трубу 60 в случае нехватки воды или электроэнергии. Таким образом, предложенное уплотняющее устройство 70 обеспечивает дополнительную безопасность в эксплуатации. Поэтому вода на водяные форсунки 72, предпочтительно, подается через тот же подающий трубопровод 58, который подает воду в водораспылительное устройство 40. Работа уплотняющего устройства 70 может управляться посредством работы дополнительного насоса 74 уплотняющего устройства и на основании подходящей скорости потока (например, скорости потока шлака) или измерения избыточного количества пара, например вычисление температурного баланса или других измерений, показывающих фактическую скорость потока расплава, полученного через желоб 16.

Ясно, что в дополнение к наличию вытяжной трубы 60 с управляемым уплотняющим устройством 70 была изменена конструкция нескольких известных в чистом виде обычных компонентов колонны 30 согласно изобретению.

Сначала, может быть уменьшено количество предохранительных заслонок или они могут быть полностью изъяты при использовании вытяжной трубы 60 с ограничением прохода с помощью уплотняющего устройства 70 на основании «водяной завесы» Как видно на фиг. 1, водосборное устройство 42 также требует изменения конструкции. В одном возможном варианте осуществления нижний выполненный в форме воронки коллектор 45 расположен по типу диска концентрически вокруг нижнего участка вытяжной трубы 60 и может поддерживаться вытяжной трубой 60. Верхний выполненный в форме воронки коллектор 43 имеет центральное отверстие, которое меньше по диаметру, чем внешний диаметр нижнего выполненного в форме воронки коллектора 45, с тем, чтобы предотвратить падение капель обратно в резервуар 18 для гранулирования. Сопротивление потоку через проходы между коллекторами сведено к минимуму, например, с помощью отверстий, имеющих достаточно большое поперечное сечение. Также возможны другие конструкции, например, с несколькими наклонными наружу дисками, имеющими диаметр, увеличивающийся радиально наружу, как показано, например, на фиг. 2А и фиг. 3А.

Устройство и тип водораспылительных форсунок 47, 49 водораспылительного устройства 40 также адаптированы с учетом вытяжной трубы 60. Прежде всего, как лучше всего видно на фиг. 2Б и фиг. 3Б, множество водораспылительных форсунок 47 расположено по круговой симметрии вокруг вытяжной трубы 60 для распыления водяных капель в верхнюю зону 44 колонны 30. Несколько горизонтальных рядов форсунок, обычно од одного до четырех рядов, например два ряда, как показано на фиг. 2А и 3А, может быть предусмотрено на различных высотах в верхней зоне 44 колонны 30.

Предпочтительно, водораспылительные форсунки 47 являются отдельными (не обращенными друг к другу) форсунками так называемого типа со сплошным конусом распыла. Поэтому форсунки 47 расположены по отдельности для создания неограниченного распыления (в отличие от соосно обращенного друг к другу типа из фиг. 5), которое может быть ориентировано вниз или немного вбок. В качестве дополнительного преимущества такие форсунки 47 функционируют при низком давлении, чем форсунки водораспылительного устройства, показанного на фиг. 5, например только при давлении 1-1,5 бар.

На фиг. 2А и фиг. 2Б показана работа предложенной колонны 30 при нормальных скоростях потока расплава, то есть ниже пиковых значений. В свою очередь, на фиг. 3А и фиг. 3Б изображено состояние селективного отвода пара через вытяжную трубу 60, то есть работа с выработкой избыточного пара. Как далее видно на фиг. 2Б и фиг. 3Б, предложенная колонна 30 содержит одну или более вертикально разнесенных водораспылительных форсунок, расположенных внутри вытяжной трубы 60, предпочтительно по центру внутри нее, например на соосных центральных осях вытяжной трубы 60 и колонны 30. Эти водораспылительные форсунки 49 как таковые, предпочтительно, являются форсунками того же типа, что и водораспылительные форсунки 47 вне вытяжной трубы 60.

Как видно на фиг. 3А и фиг. 3Б, в отличие от внешних водораспылительных форсунок 47 расположенные внутри вытяжной трубы 60 форсунки 49 закрываются во время чрезмерных скоростей потока для обеспечения неограниченного прохода для избыточного пара через вытяжную трубу 60. Это закрытие позволяет осуществить максимальную скорость отвода и избежать отвода водяных капель вместе с паром. Ясно, что функционирование водораспылительных форсунок 49 внутри вытяжной трубы 60 имеет существенное преимущество, заключающееся в улучшении общей эффективности конденсации водораспылительного устройства 40. Действительно, все поперечное сечение колонны 30, включая место, занятое вытяжной трубой 60 внутри верхней зоны 44 (которое может представлять собой существенную пропорцию), все еще используется для конденсации посредством внутренних водораспылительных форсунок 49. В простой конфигурации водораспылительные форсунки 49, функционирующие внутри вытяжной трубы 60, соединены с той же тем же питающим трубопроводом, который подает «водяную завесу» на уплотняющее устройство 70, например, ниже по потоку от насоса 74 уплотняющего устройства. Соответственно, подача воды на форсунки 49 перекрывается, когда уплотняющее устройство 70 находится в неактивном «открытом» состоянии. С другой стороны, когда уплотняющее устройство активно, то есть находится в «закрытом» состоянии, функционируют водораспылительные форсунки 49. В качестве предпочтительного побочного эффекта, функционирующие водораспылительные форсунки 49 увеличивают сопротивление потока через вытяжную трубу 60. Для надлежащего функционирования водораспылительные форсунки 49 внутри вытяжной трубы 60 расположены ниже уровня уплотняющего устройства 70. Соответственно, внутренние водораспылительные форсунки 49 образуют часть устройства или приспособления для управления выборочным отводом пара через вытяжную трубу. Однако при меньшем диаметре вытяжной трубы и/или большем диаметре кожуха внутренние форсунки могут отсутствовать. Если это не является необходимостью, также может предусматриваться дополнительное включение воздуходувки принудительной тяги или вентилятора для увеличенной принудительной тяги в устройстве для управления отводом, например, в случае крайне высоких скоростей потока.

На фиг. 4 изображена грануляционная установка 10′ с измененной вытяжной трубой 60′ согласно второму предпочтительному варианту осуществления. Ниже будут подробно описаны только отличия по отношению к предыдущему варианту осуществления, другие признаки являются эквивалентными.

Как видно на фиг. 4, уплотняющее устройство 70, содержащее соосно обращенные друг к другу форсунки 72 для создания «водяной завесы», расположено у нижней части верхней половины вытяжной трубы 60′, например, на уровне 60% высоты h. Эта конфигурация позволяет вытяжной трубе 60′ служить дополнительным целям отвода. Прежде всего, как схематично изображено на фиг. 4, обезвоживающий блок 50 имеет колпак 53 для сбора пара над обезвоживающим барабаном 52, который соединен с вытяжной трубой 60′ над уплотняющим устройством 70. Соответственно, первый вспомогательный трубопровод 59 имеет конец впуска, соединенный с колпаком 52 для сбора пара, и выпуск, водящий во внутреннюю вытяжную трубу 60′ на уровне немного выше уплотняющего устройства 70. Соответственно, без дополнительной потери энергии отсасывается пар из обезвоживающего блока 50 из колпака 23 для сбора пара в вытяжную трубу 60′, даже если уплотняющее устройство 70 ограничивает проход для пара из нижней зоны 46 колонны 30, то есть при нормальных скоростях потока. Эта конфигурация имеет преимущество, заключающееся в надлежащем отводе пара из обезвоживающего устройства 50 и выпуск пара при более высоком подъеме, чем обычно, например 25-30 м выше уровня пола, таким образом, уменьшая проблемы видимости вблизи обезвоживающего блока 50 и установки 10′ в целом. Схожим образом, как схематично изображено на фиг. 4, второй вспомогательный трубопровод 82 соединен с помощью его впуска с внутренним колпаком 80 и с помощью его выпуска с вытяжной трубой 60′ на уровне выше уплотняющего устройства 70. Эта мера трансформирует внутренний колпак 80 в извлекающий колпак. В пространстве, ограниченном внутренним колпаком 80 над горячим желобом 16 и струями 12, создается определенная тяга. Эта мера обеспечивает дополнительную безопасность посредством предотвращения противотока той фракции пара, которая вырабатывается струями 12 в желоб и литейный цех.

Как далее видно на фиг. 4, вытяжная труба 60′, прежде всего ее управляемое уплотняющее устройство 70, и внутренние форсунки 49 соединены с контроллером 90, который может быть интегрирован в автоматизированную систему управления технологическим процессом всей установки. Контроллер 90 управляет дистанционно управляемым автоматическим клапаном 92, соединенным с выпускным отверстием насоса 57, который питает водораспылительное устройство 40. Соответственно, посредством управления открытием и закрытием клапана 92 контроллер косвенно управляет работой уплотняющего устройства 70, так чтобы выборочно ограничивать или разрешать проход газа через вытяжную трубу 60′. В предпочтительном устройстве расположенная(-ые) внутри вытяжной трубы 60′ распылительная форсунка(-и) 49 соединена(-ы) с подводящим трубопроводом уплотняющего устройства ниже по потоку от клапана 92. Соответственно, клапан 92 и контроллер 90 также управляют работой внутренней распылительной форсунки(-ок) 49 без дополнительных затрат. В качестве считывания измерения фактической скорости потока и, таким образом, заключения о количестве пара, выработанного внутри колонны 30 над резервуаром 18 для гранулирования, контроллер 90 может быть соединен с электроприводом 55 барабана, который вращает обезвоживающий барабан 52. Действительно, необходимый для вращения барабана 52 крутящий момент свидетельствует о скорости потока шлама, полученного обезвоживающим блоком 50, и, следовательно, количества выработанного в нижней зоне 46 колонны 30 пара. Рассматриваются и другие возможности измерения величин, свидетельствующих о выработанном паре, например вычисления теплового баланса.

В заключении ясно, что данное изобретение не только позволяет осуществить существенное улучшение функциональной надежности грануляционной установки 10, прежде всего для доменного шлака. Кроме того, изобретение позволяет осуществить надежное функционирование при уменьшенной мощности конденсации и, таким образом, при низких капитальных и эксплуатационных расходах. Действительно, в случае установки грануляции доменного шлака планируется, что грануляционная установка 10 с предложенной вытяжной трубой 60, 60′ способна надежно обрабатывать излишек пара, который соответствует увеличению потока шлака до +60%. Это может составлять увеличение, например, около +5 т/мин (83,33 кг/с) шлака в системе, имеющей интенсивность конденсации, спроектированную для обработки максимальной скорости потока шлака 8 т/мин (133,33 кг/с).

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

10, 10′ Грануляционная установка

12 Водяные струи

14 Поток расплава

18 Горячий желоб

20 Водовпрыскивающее устройство

22 Насос высокого давления

23 Подающий трубопровод (позиции 20)

30 Конденсационная колонна

32 Внешний кожух колонны

34 Верхняя крышка колонны

40 Водораспылительное устройство

42 Водосборное устройство

43, 45 Коллекторы

47, 49 Водораспылительные форсунки

44 Верхняя зона колонны

46 Нижняя зона колонны

48 Сливной трубопровод

50 Обезвоживающий блок

52 Вращающийся фильтровальный барабан

53 Колпак для сбора пара

55 Электропривод барабана

56 Система охлаждения

57 Насос

58 Подающий трубопровод (позиции 40)

59 Первый вспомогательный трубопровод

60, 60′ Вытяжная труба

62 Впускное отверстие вытяжной трубы

64 Выпускное отверстие вытяжной трубы

70 Уплотняющее устройство

72 Обращенные друг к другу водяные форсунки

74 Насос уплотняющего устройства

80 Внутренний колпак

82 Второй вспомогательный трубопровод

90 Контроллер

92 Клапан с дистанционным управление.

1. Грануляционная установка (10) для гранулирования расплавленного материала, произведенного на металлургическом заводе, содержащая:
- водовпрыскивающее устройство (20) для впрыскивания воды для гранулирования в поток расплавленного материала (14) для гранулирования расплавленного материала,
- резервуар (18) для гранулирования для сбора воды для гранулирования и гранулированного материала,
- конденсационную колонну (30) для конденсации пара, расположенную над резервуаром (18) для гранулирования, для сбора выработанного в резервуаре (18) для гранулирования пара, причем конденсационная колонна (30) имеет внешний кожух (32) с верхней крышкой (34) и конденсационную систему, которая содержит:
- водораспылительное устройство (40) для распыления водяных капель в конденсационную колонну (30), и
- водосборное устройство (42), расположенное в конденсационной колонне (30) под водораспылительным устройством (40), для сбора распыленных водяных капель и конденсированного пара,
причем водосборное устройство (42) разделяет колонну на верхнюю зону (44), обеспечивающую конденсацию пара, и нижнюю зону (46), обеспечивающую подъем пара из резервуара (18) для гранулирования в верхнюю зону (44),
отличающаяся тем, что она снабжена вытяжной трубой (60) для выборочного отвода избыточного пара в атмосферу, причем вытяжная труба (60) имеет впускное отверстие (62), расположенное с возможностью взаимодействия с нижней зоной (46) конденсационной колонны (30), и выпускное отверстие (64), расположенное на уровне или выше уровня верхней крышки (34) конденсационной колонны (30), для сброса пара.

2. Грануляционная установка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) оснащена устройством для управления выборочным отводом пара через вытяжную трубу (60), содержащим:
- уплотняющее устройство (70) и/или
- по меньшей мере одну внутреннюю распылительную форсунку (49), расположенную внутри вытяжной трубы (60), для распыления водяных капель в вытяжную трубу (60), и/или
- воздуходувку для создания искусственной тяги через вытяжную трубу (60).

3. Грануляционная установка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) простирается из-под низа сборного устройства (42) в отверстие или через отверстие в верхней крышке (34).

4. Грануляционная установка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) расположена внутри конденсационной колонны (30).

5. Грануляционная установка (10) по п. 4, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) расположена по центру внутри конденсационной колонны (30) и, предпочтительно, так, что выпускное отверстие (64) вытяжной трубы (60) простирается не выше уровня верхней крышки (34) более чем на 15% от общей высоты вытяжной трубы (60).

6. Грануляционная установка (10) по п. 4, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) расположена с возможностью поддерживания внешним кожухом (32) и/или верхней крышкой (34) конденсационной колонны (30).

7. Грануляционная установка (10) по п. 5, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) расположена с возможностью поддерживания внешним кожухом (32) и/или верхней крышкой (34) конденсационной колонны (30).

8. Грануляционная установка (10) по п. 2, отличающаяся тем, что уплотняющее устройство (70) содержит:
- соосно обращенные друг к другу водяные форсунки (72) для создания водяной завесы внутри вытяжной трубы (60), причем обращенные друг к другу водяные форсунки расположены по центру внутри вытяжной трубы (60), и/или
- подвижную плиту.

9. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что водораспылительное устройство (40) содержит несколько водораспылительных форсунок (47) для распыления водяных капель в конденсационную колонну (30) и по меньшей мере одну внутреннюю распылительную форсунку (49), расположенную внутри вытяжной трубы (60), для распыления водяных капель в вытяжную трубу (60) ниже уплотняющего устройства (70).

10. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она снабжена обезвоживающим блоком с вращающимся фильтровальным барабаном (52), имеющим колпак (53) для сбора пара, и первым вспомогательным трубопроводом (59), соединенным впускным концом с колпаком (53) для сбора пара, а выпускным концом с вытяжной трубой (60) на уровне выше уплотняющего устройства (70).

11. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она снабжена внутренним колпаком (80), который простирается в резервуар (18) для гранулирования с возможностью обеспечения герметизации конденсационной колонны (30) от окружающего воздуха, и вторым вспомогательным трубопроводом (82), соединенным впускным концом с внутренним колпаком (80), а выпускным концом с вытяжной трубой (60), на уровне выше уплотняющего устройства (70).

12. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она снабжена устройством (90) управления, которое соединено:
- с уплотняющим устройством (70) с возможностью обеспечения выборочного ограничения или разрешения прохождения пара через вытяжную трубу (60) и/или
- с по меньшей мере одной распылительной форсункой (49), расположенной внутри вытяжной трубы (60), с возможностью управления ее работой.

13. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что вытяжная труба (60) имеет высоту в диапазоне 10-25 м, предпочтительно в диапазоне 15-20 м.

14. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что вытяжная труба имеет соотношение между внутренним диаметром (d) и высотой (h) вытяжной трубы (60) в диапазоне 0,055≤d/h≤0,25, предпочтительно в диапазоне 0,1≤d/h≤0,2.

15. Грануляционная установка (10) по п. 12, отличающаяся тем, что вытяжная труба имеет соотношение между внутренним диаметром (d) и высотой (h) вытяжной трубы (60) в диапазоне 0,055≤d/h≤0,25, предпочтительно в диапазоне 0,1≤d/h≤0,2.

16. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что устройство для управления выборочным отводом пара содержит уплотняющее устройство (70) и по меньшей мере одну внутреннюю распылительную форсунку (49), расположенную внутри вытяжной трубы (60), для распыления водяных капель в вытяжную трубу (60), и при этом вытяжная труба выполнена с возможностью обеспечения естественной тяги.

17. Грануляционная установка (10) по п. 13, отличающаяся тем, что устройство для управления выборочным отводом пара содержит уплотняющее устройство (70) и по меньшей мере одну внутреннюю распылительную форсунку (49), расположенную внутри вытяжной трубы (60), для распыления водяных капель в вытяжную трубу (60), и при этом вытяжная труба выполнена с возможностью обеспечения естественной тяги.

18. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что вытяжная труба имеет соотношение между внутренним диаметром (d) и высотой (h) вытяжной трубы (60) d/h≤0,1, предпочтительно соотношение d/h≤0,055.

19. Грануляционная установка (10) по п. 12, отличающаяся тем, что вытяжная труба имеет соотношение между внутренним диаметром (d) и высотой (h) вытяжной трубы (60) d/h≤0,1, предпочтительно соотношение d/h≤0,055.

20. Грануляционная установка (10) по п. 16, отличающаяся тем, что устройство для управления выборочным отводом пара содержит воздуходувку для создания принудительной тяги через вытяжную трубу (60).

21. Грануляционная установка (10) по п. 17, отличающаяся тем, что устройство для управления выборочным отводом пара содержит воздуходувку для создания принудительной тяги через вытяжную трубу (60).

22. Грануляционная установка (10) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что сборное устройство (42) содержит один или более выполненных в форме воронки коллекторов (43, 45), взаимодействующих со сливным трубопроводом (48) для получения технологической воды.

23. Грануляционная установка (10) по п. 22, отличающаяся тем, что сборное устройство (42) содержит верхний, выполненный в форме воронки коллектор (43) и нижний, выполненный в форме воронки, коллектор (45), причем нижний коллектор (45) расположен концентрически вокруг нижнего участка вытяжной трубы (60), а верхний коллектор (43) имеет центральное отверстие, диаметр которого меньше внешнего диаметра нижнего коллектора (45).

24. Металлургический завод, содержащий доменную печь и грануляционную установку (10), отличающийся тем, что он содержит грануляционную установку (10) по одному из пп. 1-23.

25. Конденсационная колонна для грануляционной установки (10) по одному из пп. 1-19, характеризующаяся тем, что она выполнена с возможностью сбора пара, выработанного в резервуаре (18) для гранулирования, и имеет внешний кожух (32) с верхней крышкой (34) и конденсационную систему, которая включает в себя:
- водораспылительное устройство (40) для распыления водяных капель в конденсационную колонну (30) и
- водосборное устройство (42), расположенное в конденсационной колонне (30) под водораспылительным устройством (40), для сбора распыленных капель воды и конденсированного пара,
причем сборное устройство (42) разделяет колонну на верхнюю зону (44), в которой конденсируется пар, и нижнюю зону (46), через которую пар поднимается из резервуара (18) для гранулирования в верхнюю зону (44), при этом она снабжена вытяжной трубой (60) для выборочного отвода избыточного пара в атмосферу, причем вытяжная труба (60) имеет впускное отверстие (62), расположенное с возможностью взаимодействия с нижней зоной (46) конденсационной колонны (30), и выпускное отверстие (64), расположенное для сброса пара на уровне или выше уровня верхней крышки (34) конденсационной колонны (30).