Область применения изобретения
Данное изобретение относится к установке восстановительной плавки и в особенности к реактору с псевдоожиженным слоем, который подает восстановленное железо в плавильный аппарат-газогенератор.
Описание уровня техники
Для получения расплавленного железа путем восстановления и плавления железной руды применяют, главным образом, доменные печи.
Однако у доменной печи имеется недостаток, связанный с тем, что загружаемые в нее материалы должны проходить предварительную подготовку для получения агломерата железной руды или кокса.
Для решения этой проблемы был разработан способ восстановления в псевдоожиженном слое с непосредственным использованием измельченной железной руды и угля без какой-либо предварительной обработки. Типичный пример такого способа описан в патенте США 4978378.
Способ восстановления, описанный в указанном документе, упрощенно говоря, основан на использовании плавильного аппарата-газогенератора и восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем. Плавильный аппарат-газогенератор газифицирует загружаемый в него уголь для получения восстановительного газа и расплавляет восстановленное железо, подаваемое из указанного реактора. Этот реактор использует восстановительный газ, получаемый из плавильного аппарата-газогенератора, для восстановления железной руды каскадным образом. Сам восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем оснащен печью предварительного нагревания для первичного разогрева загружаемой в нее железной руды, печью предварительного восстановления для восстановления железной руды, подаваемой из печи предварительного нагревания, и печью окончательного восстановления.
Во время работы железную руду загружают в печь предварительного нагревания, и она там нагревается. Затем, при прохождении через печь предварительного восстановления и печь окончательного восстановления железная руда восстанавливается. Восстановительный газ, полученный в плавильном аппарате-газогенераторе, последовательно подают в печь окончательного восстановления, в печь предварительного восстановления и в печь предварительного нагревания. Не трудно понять, что направление потока восстановительного газа прямо противоположно направлению потока железной руды. Восстановленная железная руда непрерывно подается в плавильный аппарат-газогенератор, где находится сформировавшийся угольный осадок, и плавится в этом осадке с образованием расплавленного железа.
В зависимости от особенностей взаимодействия восстановительного газа внутри реактора с железной рудой, восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем можно отнести к типу реакторов с подвижным слоем и к типу реакторов с псевдоожиженным слоем. Принимая во внимание тот факт, что восстанавливаемая железная руда содержит мелкозернистые частицы самых разных размеров, становится понятно, что для восстановления измельченной руды эффективно применение восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем. Реактор такого типа относится к такой технологии, при которой текущий в обратном направлении восстановительный газ подается к распределительной пластине, расположенной в нижней части каждой восстановительной печи и выполняющей функцию газораспределителя, и восстанавливает загруженную в печь железную руду во время колебательного движения падающих сверху мелкозернистых частиц.
Так как в восстановительной печи с псевдоожиженным слоем указанный слой получают путем смешивания в ней частиц железной руды с текущим в противоположном направлении восстановительным газом, то общая производительность установки в большой степени зависит от характера течения измельченной железной руды по последовательно расположенным печам, а также от характера поступления восстановительного газа.
В частности, когда через сопло распределительной пластины проходит восстановительный газ, содержащий большое количество пыли, ее частицы могут постепенно скапливаться в этом сопле. В результате этого неожиженные частицы железной руды опускаются на дно и засоряют сопло. В случае, если сопло распределительной пластины оказывается засоренным, поток восстановительного газа через него блокируется, что серьезным образом ухудшает условия работы.
Между тем, необработанный уголь сгорает и газифицируется в плавильном аппарате-газогенераторе с образованием восстановительного газа, и количество произведенного таким образом восстановительного газа зависит от состава исходного угля и районов его добычи, а также от рабочих условий. Было отмечено, что максимальное отклонение количества производимого восстановительного газа может достигать 20-30% от средней величины. Такое значительное отклонение, происходящее за очень короткий промежуток времени, обычно называют "пиком давления".
Когда такой пик давления возникает при восстановительном процессе с применением псевдоожиженного слоя, количество высокотемпературного восстановительного газа, подаваемого в соответствующие печи, сильно возрастает в течение короткого промежутка времени, а затем сильно уменьшается.
Если из-за пика давления резко увеличивается количество высокотемпературного восстановительного газа, то также резко возрастает и количество газа, подаваемого в соответствующие восстановительные печи и в трубы для подачи газа, которые соединяют эти печи между собой. Следовательно, большое количество восстановительного газа с высокой скоростью течет по трубам, блокируя при этом встречный поток железной руды. В чрезвычайном случае поток железной руды может начать движение в противоположном направлении. Такое блокирование потока железной руды длится довольно долго, даже после того, как пик давления прошел. Это ухудшает рабочие условия в реакторе и вызывает серьезные неполадки в оборудовании.
Кроме того, в случае, когда количество высокотемпературного восстановительного газа из-за пика давления резко уменьшается, скорость потока этого газа тоже резко уменьшается, так что псевдоожиженный слой железной руды в каждой печи может временно нарушиться. Когда псевдоожиженный слой нарушен, отделившиеся от него мелкозернистые частицы железной руды постепенно скапливаются на распределительной пластине, расположенной в нижней части печи, засоряя при этом рассеивающее сопло.
Как описано выше, для создания благоприятных рабочих условий в восстановительном реакторе с псевдоожиженным слоем необходимо, чтобы восстановительный газ поступал в него равномерно, с определенной скоростью, формируя при этом устойчивый псевдоожиженный слой.
Что касается обычного восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, то здесь существует ряд технических трудностей, препятствующих предотвращению блокирования потока восстановительного газа или железной руды, а также предотвращению нарушения псевдоожиженного слоя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является создание восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, способного поддерживать стабильное протекание железной руды и восстановительного газа.
Другой целью данного изобретения является создание восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, способного формировать надлежащий псевдоожиженный слой железной руды, обеспечивая при этом ее равномерное течение.
Еще одной целью данного изобретения является создание блока подачи отработанного газа, способного предотвращать временное нарушение псевдоожиженного слоя железной руды при уменьшении количества восстановительного газа.
Еще одной целью данного изобретения является создание блока предотвращения блокирования потока железной руды, способного предотвращать блокирование указанного потока при возникновении пика давления.
Еще одной целью данного изобретения является создание блока подачи газообразного азота, способного осуществлять подачу газообразного азота в нижнюю часть каждой восстановительной печи на основании обнаружения перепада давления и изменений температуры внутри этих печей.
Эти и другие цели могут быть достигнуты при помощи восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, предназначенного для восстановления измельченной железной руды и подачи восстановленной железной руды в плавильный аппарат-газогенератор. Указанный реактор содержит по меньшей мере две печи с псевдоожиженным слоем, последовательно осуществляющие предварительное нагревание, предварительное восстановление и окончательное восстановление загружаемой измельченной железной руды с помощью восстановительного газа, подаваемого из плавильного аппарата-газогенератора. Отработанный газ из печи предварительного нагревания через выпускную трубу поступает в скруббер, где он охлаждается и очищается от содержащихся в нем мелкозернистых частиц. По меньшей мере две трубы для выпуска железной руды соединяют указанные печи, а также соединяют печь окончательного восстановления с плавильным аппаратом-газогенератором для выпуска загруженной железной руды в последующую печь или плавильный аппарат-газогенератор. По меньшей мере две трубы для подачи восстановительного газа соединяют указанные печи между собой, а также соединяют печь окончательного восстановления с плавильным аппаратом-газогенератором, и через эти трубы осуществляется подача восстановительного газа, вырабатываемого в плавильном аппарате-газогенераторе, в каждую из указанных печей с псевдоожиженным слоем. Блок стабилизации псевдоожиженного слоя осуществляет стабилизацию псевдоожиженного слоя в тех случаях, когда в любой из указанных печей этот слой нарушается из-за нестабильной подачи снизу восстановительного газа.
Блок стабилизации псевдоожиженного слоя содержит блок подачи отработанного газа, который во время резкого падения давления восстановительного газа внутри восстановительных печей с псевдоожиженным слоем, сопровождающегося пиком давления, осуществляет подачу отработанного газа в трубу для подачи восстановительного газа, соединяющую между собой плавильный аппарат-газогенератор и указанные печи.
Блок стабилизации псевдоожиженного слоя может дополнительно включать блок предотвращения блокирования потока железной руды, который во время резкого возрастания давления внутри плавильного аппарата-газогенератора, сопровождающегося пиком давления, отводит некоторое количество восстановительного газа из каждой трубы для выпуска железной руды, расположенной между соседними печами, непосредственно в скруббер.
Кроме этого, блок стабилизации псевдоожиженного слоя может дополнительно включать блок подачи вспомогательного газа, который осуществляет подачу вспомогательного газообразного азота в нижнюю часть каждой восстановительной печи с псевдоожиженным слоем, когда засорено сопло распределительной пластины, расположенной в указанной нижней части этой печи.
Составные части блока стабилизации псевдоожиженного слоя могут быть расположены независимо друг от друга или соединены друг с другом.
Для стабилизации псевдоожиженного слоя в каждой из указанных печей каждую трубу для выпуска железной руды, соединяющую соседние печи, на начальном этапе рабочего процесса перекрывают. В каждой из печей создают псевдоожиженный слой путем подачи в эту печь снизу восстановительного газа и загрузки сверху измельченной железной руды. Высоту уровня псевдоожиженного слоя увеличивают так, что самая верхняя его часть оказывается в той же плоскости, что и впускное отверстие соответствующей трубы для выпуска железной руды. После того, как псевдоожиженный слой стабилизировался, трубу для выпуска железной руды постепенно открывают.
В случае нарушения псевдоожиженного слоя для его восстановления и стабилизации приводят в действие блок стабилизации псевдоожиженного слоя.
Таким образом, восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем может стабильно работать в течение длительного времени, что значительно увеличивает его производительность.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более полное понимание данного изобретения и его многочисленных преимуществ станет очевидным после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием изобретения и прилагаемых чертежей, на которых одинаковые ссылочные обозначения относятся к одним и тем же или аналогичным составным частям и на которых:
фиг. 1 схематически изображает восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем, который содержит блок подачи отработанного газа и который соответствует предпочтительному варианту выполнения данного изобретения;
фиг. 2 изображает вид сверху сопла для подачи отработанного газа для блока подачи отработанного газа, показанного на фиг.1;
фиг. 3 схематически изображает блок предотвращения блокирования потока железной руды для восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1;
фиг. 4 схематически изображает блок подачи вспомогательного газа для восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1;
фиг. 5 изображает график, иллюстрирующий изменения в потоке восстановительного газа при наличии блока подачи отработанного газа, показанного на фиг.1, и при его отсутствии;
фиг. 6 изображает график, иллюстрирующий перепад давления перед трубой для выпуска железной руды и за ней для восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1, во время пика давления; и
фиг. 7 изображает график, иллюстрирующий перепад давления перед трубой для выпуска железной руды и за ней для восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1, после приведения в действие блока предотвращения блокирования потока железной руды.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 изображает восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем, предназначенный для установки восстановительной плавки в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения.
Как показано на фиг.1, установка восстановительной плавки включает плавильный аппарат-газогенератор 1, в который для вырабатывания расплавленного железа загружают уголь и восстановленную железную руду, восстановительный реактор 100 с псевдоожиженным слоем, предназначенный для каскадного восстановления измельченной железной руды, и блок стабилизации псевдоожиженного слоя. Блок стабилизации псевдоожиженного слоя, подробно описанный ниже, может содержать блок подачи отработанного газа, блок предотвращения блокирования потока железной руды и блок подачи вспомогательного газа.
Восстановительный реактор 100 включает печь 40 предварительного нагревания, печь 30 предварительного восстановления, печь 20 окончательного восстановления, а также первую и вторую трубы для выпуска железной руды, обозначенные соответственно номерами 43 и 33 позиции и соединяющие печи 20, 30 и 40 между собой. Печи 40, 30 и 20 расположены сверху вниз в последовательном порядке. Измельченную железную руду непрерывно загружают в печь 40 предварительного нагревания при температуре окружающей среды, и она последовательно проходит через печь 30 предварительного восстановления и печь 20 окончательного восстановления, взаимодействуя при этом с высокотемпературным восстановительным газом. В процессе этого измельченная железная руда восстанавливается по меньшей мере на 90% и далее поступает в плавильный аппарат-газогенератор 1.
Сверху в плавильный аппарат-газогенератор 1 непрерывно загружают уголь, и на определенной высоте внутри плавильного аппарата-газогенератора образуется угольное отложение. Когда уголь, содержащийся в угольном отложении, сгорает в присутствии вдуваемого сверху и имеющего высокую температуру газообразного кислорода, внутри плавильного аппарата-газогенератора образуется высокотемпературный восстановительный газ, который подается в печь 20 окончательного восстановления.
Между тем, когда в плавильном аппарате-газогенераторе 1 в процессе выработки высокотемпературного восстановительного газа возникает пик давления, сопровождающийся резким падением внутреннего давления, предлагаемый блок подачи отработанного газа подает отработанный газ в восстановительный реактор 100, сообщающийся с плавильным аппаратом-газогенератором 1 посредством газопроводных средств. То есть блок подачи отработанного газа накапливает отработанный газ, выпущенный из печи предварительного нагревания, и подает его в трубу 7 для подачи восстановительного газа, соединяющую плавильный аппарат-газогенератор 1 и печь 20 окончательного восстановления.
Как показано на фиг.1, блок подачи отработанного газа включает направляющую трубу 2а для отработанного газа, расположенную за водяным скруббером 50 и отводящую некоторую часть отработанного газа, компрессор 2 для сжатия накопленного отработанного газа, емкость 3 для хранения сжатого отработанного газа, регулирующий клапан 5 для регулирования давления сжатого газа, сопло 6 для подачи газа с регулируемым давлением в печь 20 окончательного восстановления и трубу 4 для подачи отработанного газа, соединяющую между собой емкость 3 и сопло 6.
Емкость 3 имеет такой объем, что способна вместить 20-30% от среднего количества восстановительного газа, вырабатываемого в плавильном аппарате-газогенераторе 1. Кроме того, емкость 3 снабжена регуляторами 7а и 7b давления, предназначенными для поддержания ее внутреннего давления на уровне, превышающем давление в плавильном аппарате-газогенераторе 1 в 1,5-2 раза.
Клапан 5, расположенный на трубе 4 для подачи отработанного газа, которая соединяет емкость 3 и сопло 6, регулирует поток отработанного газа по трубе 4 в соответствии с сигналами, получаемыми от компьютера 9, осуществляющего управление рабочим процессом.
Как показано на фиг.2, труба 7, соединяющая плавильный аппарат-газогенератор 1 и печь 20 окончательного восстановления, снабжена соплом 6 для подачи сжатого газа. Для подачи отработанного газа во внутреннее пространство 8 трубы 7 сопло 6 имеет кольцевую трубчатую часть, окружающую трубу 7 с внешней стороны, и несколько прямых трубчатых частей 6а, отходящих от кольцевой трубчатой части и проходящих через трубу 7 в ее внутреннее пространство 8. Установлено, что предпочтительное количество имеющихся у сопла 6 прямых трубчатых частей 6а лежит в пределах от 6 до 8.
Когда восстановительный газ из плавильного аппарата-газогенератора 1 поступает через внутреннее пространство 8 трубы 7 в печь 20, указанное сопло 6 также обеспечивает подачу в эту печь сжатого газа из емкости 3.
Ниже описана работа блока подачи отработанного газа.
Высокотемпературный восстановительный газ, полученный в плавильном аппарате-газогенераторе 1, вначале подают в печь 20 окончательного восстановления, и затем он последовательно проходит через печь 30 предварительного восстановления и печь 40 предварительного нагревания, восстанавливая при этом загруженную измельченную железную руду. После этого восстановительный газ через водяной скруббер выпускают в атмосферу.
Часть отработанного газа через направляющую трубу 2а, расположенную за водяным скруббером 50, подают в компрессор 2 и сжимают. Сжатый газ хранится в емкости 3. В это же время два регулятора 7а и 7b давления работают согласованно с компрессором 2 таким образом, что давление внутри емкости 3 может поддерживаться постоянным.
Между тем, давление восстановительного газа, вырабатываемого в плавильном аппарате-газогенераторе 1, постоянно измеряют манометром 1а. Величина давления, измеренная этим манометром, передается в компьютер 9. Компьютер 9 рассчитывает скорость изменения давления в каждой печи и регистрирует возникновение пика давления в момент, когда полученная величина становится равной 0,05 бар/с (5 кПа/с).
Когда компьютер 9 обнаруживает пик давления, клапан 5 регулирования давления, расположенный на трубе 4 для подачи сжатого газа, открывается, и сжатый газ равномерно поступает в печь 20 окончательного восстановления.
Предпочтительно, чтобы подача сжатого газа осуществлялась в тот момент, когда давление внутри плавильного аппарата-газогенератора 1 резко возрастает с возникновением пика давления и вновь резко падает. Подачу сжатого газа блокируют посредством перекрытия клапана 5, когда скорость изменения давления в каждой печи снижается до величины 0,05 бар/с (5 кПа/с) или меньше.
Короче говоря, если сжатый газ подается в каждую печь в объеме, соответствующем уменьшенному объему восстановительного газа в тот момент, когда объем этого газа значительно меньше из-за пика давления, то значительного уменьшения потока газа в самой печи не происходит, что предотвращает возможное нарушение в ней псевдоожиженного слоя железной руды.
Ниже со ссылкой на фиг.3 описан блок предотвращения блокирования потока железной руды для восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем.
Указанный блок в случае возникновения внутри плавильного аппарата-газогенератора 1 пика давления должен отводить некоторое количество восстановительного газа из первой 43 и второй 33 труб для выпуска железной руды, соединяющих печи 20, 30 и 40, непосредственно в водяной скруббер 50.
Блок предотвращения блокирования потока железной руды включает первую обводную трубу 10, присоединенную к первой трубе 43 для выпуска железной руды, между печью 40 предварительного нагревания и печью 30 предварительного восстановления, вторую обводную трубу 11, присоединенную ко второй трубе 33 для выпуска железной руды, между печью 30 предварительного восстановления и печью 20 окончательного восстановления, и переключающие клапаны 12 и 13, расположенные на первой и второй обводных трубах 10 и 11. Трубы 10 и 11 сообщаются с выпускной трубой 42, соединяющей печь 40 предварительного нагревания и водяной скруббер 50.
Перед переключающими клапанами 12 и 13, установленными на первой и второй обводных трубах 10 и 11, и за ними имеются соответственно трубы 14а, 14b и 15а, 15b для продувки газообразным азотом. Трубы 14а и 15а для продувки газообразным азотом, расположенные перед переключающими клапанами 12 и 13, предотвращают попадание измельченной железной руды в первую и вторую обводные трубы 10 и 11 и выдувают частицы железной руды по направлению к печи 30 предварительного восстановления или к печи 20 окончательного восстановления. По трубам 14b и 15b для продувки газообразным азотом, расположенным за перекрывающими клапанами 12 и 13, азот течет по направлению к выпускной трубе 42. Кроме того, трубы 14а, 14b, 15а и 15b снабжены регулирующими клапанами 16а, 16b, 17а и 17b для регулирования подачи газообразного азота соответствующим образом.
Между тем, для обнаружения и измерения изменения давления, присутствующего в первой 43 и второй 33 трубах для выпуска железной руды, в концевых частях этих труб, вблизи печей соответственно 30 и 20 расположены первый и второй манометры 18 и 19. Компьютер 9 задает состояние переключающих клапанов 12 и 13 на основании значения давления, измеренного указанными манометрами 18 и 19.
Предпочтительно места Т1 и Т2, в которых первая и вторая обводные трубы 10 и 11 присоединены соответственно к трубам 43 и 33, расположены на одном уровне с самой верхней частью псевдоожиженного слоя в печах 30 и 20 или выше него. При такой конструкции, даже в случае возникновения пика давления, измельченная железная руда не сможет попасть в первую и вторую обводные трубы 10 и 11.
Указанные трубы 10 и 11 выполнены из жаропрочной стали, способной уверенно выдерживать воздействие высокотемпературного восстановительного газа, а их диаметры в предпочтительном случае составляют 1/2 от диаметров труб 43 и 33.
Ниже описана работа блока предотвращения блокирования потока железной руды.
Когда процесс восстановления железной руды в соответствующих печах 40, 30 и 20 протекает нормально, без возникновения пиков давления, переключающие клапаны 12 и 13 находятся в закрытом состоянии. В этом случае высокотемпературный восстановительный газ, поступающий из плавильного аппарата-газогенератора 1, как обычно последовательно течет по первой и второй трубам 22 и 32 для подачи восстановительного газа и по выпускной трубе 42.
Если течение восстановительного газа происходит нормально, то клапаны 16а, 16b, 17а и 17b открыты и пропускают газообразный азот в соответствующие трубы, в то время как переключающие клапаны 12 и 13 находятся в это время в закрытом положении и играют разграничительную роль. Таким образом, поступление отработанного газа из выпускной трубы 42 в первую и вторую обводные трубы 10 и 11 заблокировано, а также заблокировано поступление в них чужеродных материалов и измельченной железной руды из первой и второй труб 43 и 33.
Однако когда в трубы 43 и 33 втекает избыточное количество высокотемпературного восстановительного газа с возникновением пика давления в плавильном аппарате-газогенераторе 1, манометры 1а, 18 и 19 фиксируют его избыток и передают результаты измерения в компьютер 9, который анализирует полученные сигналы и вычисляет скорость изменения давления восстановительного газа. Когда вычисленное значение оказывается равным 0,05 бар/с (5 кПа/с), компьютер 9 регистрирует пик давления.
В случае если измеренная манометрами 18 и 19 величина превысит некоторое установленное контрольное значение, то компьютер 9 подает команду открыть переключающий клапан 12 или 13. Когда первый или второй переключающий клапан открыт, выпускная труба 42, первая и вторая обводные трубы 10 и 11, а также первая и вторая трубы 43 и 33 сообщаются друг с другом. В результате этого большое количество высокотемпературного восстановительного газа, поступившего в трубы 43 и 33 и поднявшегося вверх, отводится в выпускную трубу 42 через первую и вторую обводные трубы 10 и 11.
Поскольку отвод восстановительного газа осуществляется вышеуказанным способом, его течение в направлении, противоположном направлению потока железной руды в трубах 43 и 33, может быть предотвращено, что обеспечивает равномерное протекание железной руды без ее блокирования. Кроме того, предотвращается перемещение железной руды по трубам 43 и 33 в обратном направлении, в печь 40 предварительного нагревания и в печь 30 предварительного восстановления.
Для задних участков печи 30 предварительного восстановления и печи 20 окончательного восстановления устанавливают разные контрольные значения скоростей изменения давления. Контрольное значение скорости изменения давления, измеряемого манометром 18 у печи 30, устанавливают равным 0,05 бар/с (5 кПа/с) или более, а контрольное значение скорости изменения давления, измеряемого манометром 19 у печи 20, устанавливают равным 0,03 бар/с (3 кПа/с) или более.
Ниже со ссылкой на фиг.4 описан блок подачи вспомогательного газа.
Печь 20 окончательного восстановления, печь 30 предварительного восстановления и печь предварительного нагревания снабжены расположенными в их нижней части распределительными пластинами 24, 34 и 44, каждая из которых имеет сопло и предназначена для распределения восстановительного газа, вырабатываемого плавильным аппаратом-газогенератором, внутри соответствующей печи.
Когда сопла распределительных пластин 24, 34 и 44 засоряются, блок подачи вспомогательного газа осуществляет подачу вспомогательного газообразного азота к нижней части печей 20, 30 и 40.
Блок подачи вспомогательного газа включает выпускные регулирующие клапаны 41, 31 и 21, установленные на соответствующих трубах 43, 33 и 23, первые манометры 45, 35 и 25 перепада давления, предназначенные для определения перепада давления на впускной и выпускной сторонах труб 43, 33 и 23, вторые манометры 47, 37 и 27 перепада давления, предназначенные для определения перепада давления между верхней и нижней сторонами распределительных пластин 24, 34 и 44; а также трубы 49, 39 и 29 для подачи вспомогательного газа, предназначенные для подачи вспомогательного газа в нижнюю часть соответствующих печей 40, 30 и 20.
Клапаны 41, 31 и 21 используются для перекрытия протекания восстановительного газа в обратном направлении в трубах 43, 33 и 23, обеспечивая при этом перемещение самой железной руды в нужном направлении.
Первые манометры 45, 35 и 25 перепада давления расположены между верхними и нижними концами труб 43, 33 и 23, при этом там же расположены клапаны 41, 31 и 21. Перед клапанами 41, 31 и 21 установлены соответственно термометры 46, 36 и 26, предназначенные для определения резких изменений температуры восстановительного газа, текущего в обратном направлении по трубам 43, 33 и 23, когда сопла распределительных пластин 44, 34 и 24 засорены.
Вторые манометры 47, 37 и 27 перепада давления расположены между верхними и нижними краями распределительных пластин 44, 34 и 24.
Трубы 49, 39 и 29 для подачи вспомогательного газа присоединены к соответствующим трубам 7, 22 и 32 и оснащены переключающими клапанами соответственно 48, 38 и 28 для регулирования количества газообразного азота, подаваемого в каждую из печей.
Ниже описана работа блока подачи вспомогательного газа. Для этого сперва следует дать некоторые пояснения относительно начального этапа рабочего процесса установки восстановительной плавки.
В процессе работы установки восстановительной плавки измельченную железную руду из загрузочного бункера 60 по трубе 63 для загрузки железной руды загружают в печь 40 предварительного нагревания, и затем она проходит через печь 30 предварительного восстановления и печь 20 окончательного восстановления, подвергаясь при этом псевдоожижению и восстановлению. Восстановленную железную руду подают в плавильный аппарат-газогенератор 1. Между тем, восстановительный газ, получаемый в плавильном аппарате-газогенераторе 1 в результате сгорания угля, последовательно подают в печь 20 окончательного восстановления, в печь 30 предварительного восстановления и в печь 40 предварительного нагревания, так что он поступает в них снизу по соответствующим трубам 7, 22 и 32 для подачи восстановительного газа. Восстановительный газ, подаваемый в печи 40, 30 и 20, равномерно рассеивается в них в восходящем направлении при помощи соответствующих распределительных пластин 44, 34 и 24 и вступает в реакцию с железной рудой, восстанавливая ее и образуя псевдоожиженный слой.
На начальных этапах рабочего процесса, в случае, когда открыт выпускной регулирующий клапан 41, установленный на трубе 43, соединяющей печи 40 и 30, и когда восстановительный газ поступает к нижней части печи 40 через соответствующую трубу 32 для подачи восстановительного газа, то по трубе 43 течет большое количество этого газа.
В результате в железной руде, загружаемой в печь 40 предварительного нагревания, не происходит постоянного псевдоожижения, и она оседает на распределительной пластине 44, засоряя при этом ее сопло. Из-за того, что железная руда внутри печи 40 не является псевдоожиженной, увеличивается перепад давления у распределительной пластины 44, и процесс термической обработки железной руды становится неэффективным. Увеличение перепада давления у распределительной пластины 44 сопровождается увеличением концентрации находящейся в печи 40 железной руды. В результате этого выпускное отверстие трубы 63 загрузки железной руды засоряется, и весь процесс производства расплавленного железа останавливается.
По этой причине, в то время как загрузка железной руды в печь 40 только начинается, клапан 41 трубы для выпуска железной руды должен быть закрыт, с тем, чтобы восстановительный газ поступал только к нижней стороне распределительной пластины 44 в печи 40. На этом этапе, по мере того как образовавшийся в печи 40 псевдоожиженный слой железной руды поднимается вверх до уровня впускного отверстия трубы 43, клапан 41 постепенно открывается, и железная руда по трубе 43 выходит из печи 40, что приводит к стабилизации псевдоожиженного слоя.
Когда псевдоожиженный слой поднимается выше уровня выпускного отверстия клапана 41, выпуск железной руды из печи 40 предварительного нагревания в трубу 43 происходит плавно даже при открытом клапане 41, а восстановительный газ не течет в обратном направлении.
Псевдоожиженный слой в печи 30 предварительного восстановления и печи 20 окончательного восстановления может быть стабилизирован тем же самым образом, что и в печи 40 предварительного нагревания. То есть выпускные регулирующие клапаны 41, 31 и 21 в начале рабочего процесса закрыты и открываются постепенно или периодически в зависимости от степени стабилизации псевдоожиженного слоя в каждой из печей, чтобы обеспечить тем самым плавный выпуск железной руды.
В случае, если псевдоожиженный слой в какой-либо из печей становится неустойчивым вследствие возможных неполадок, это фиксируется соответствующим манометром.
Вначале сопла пластин 24, 34 и 44 могут постепенно засоряться из-за пыли, в большом количестве содержащейся в восстановительном газе, или из-за частиц железной руды, отсоединившихся от псевдоожиженного слоя. Если пластины 24, 34 и 44 засорены, то возникает разница в значениях давления у верхней и нижней сторон распределительных пластин, что фиксируется вторыми манометрами 47, 37 и 27 перепада давления.
Когда величина перепада давления, измеренная указанными манометрами, оказывается больше контрольного значения, определяют, что псевдоожиженный слой в какой-либо печи стал нестабильным и поступление восстановительного газа через распределительные пластины 24, 34 и 44 не осуществляется должным образом. При таких условиях процесс загрузки железной руды в печь и выпуск ее из печи становятся неустойчивыми, кроме этого, не должным образом осуществляется подача восстановительного газа, необходимого для формирования псевдоожиженного слоя. В результате псевдоожиженный слой образуется только в непосредственной близости от верха распределительных пластин 24, 34 и 44, что приводит к ускоренному процессу засорения их сопел. В серьезном случае поток железной руды начинает двигаться в обратном направлении в загрузочный бункер 60, печь 40 предварительного нагревания или печь 30 предварительного восстановления вместе с восстановительным газом через соответствующую трубу для выпуска железной руды, прекращая тем самым образование псевдоожиженного слоя в печи.
Можно предположить, что когда восстановительный газ начинает поступать в трубы 23, 33 и 43 для выпуска железной руды, обеспечивается закрытие клапанов 21, 31 и 41, так что дальнейший поток восстановительного газа и обратное движение железной руды по направлению к трубам 23, 33 и 43 становятся невозможными. Однако, поскольку температура восстановительного газа, поступающего в трубы 23, 33 и 43, крайне высока, а его протекание сопровождается значительным нагреванием всего того, что встречается на пути его следования, клапаны 21, 31 и 41 на указанном пути восстановительного газа не могут функционировать надлежащим образом.
В случае, когда вторые манометры 47, 37 и 27 перепада давления определяют засорение сопел распределительных пластин 24, 34 и 44, такую неисправность можно эффективно устранить следующим образом. Для нормальных рабочих условий перепад давления между верхней и нижней сторонами распределительных пластин обычно принимают лежащим в пределах от 100 до 300 ммбар (10-30 кПа). Поэтому, когда измеряемый манометрами 47, 37 и 27 перепад давления резко возрастает, превышая 300 ммбар (30 кПа), устанавливается факт засорения распределительных пластин 24, 34 и 44.
В этом случае компьютер 9 подает команду открыть переключающие клапаны 28, 38 и 48, расположенные на трубах 49, 39 и 29 для подачи вспомогательного газа, и по этим трубам в печи 20, 30 и 40 начинает подаваться вспомогательный газообразный азот, который прочищает распределительные пластины 24, 34 и 44, уменьшая тем самым перепад давления между их нижними и верхними сторонами. После устранения проблемы, связанной с засорением сопел, и сохранения хотя бы минимального псевдоожиженного состояния, клапаны 21, 31 и 41 закрывают, а подача газообразного азота прекращается; при этом поддерживается нормальная подача восстановительного газа в постоянном объеме.
Когда восстановительный газ из-за засорения распределительных пластин 24, 34 и 44 течет по трубам 23, 33 и 43 для выпуска железной руды в обратном направлении, возникает перепад давления на входе и выходе этих труб. Этот перепад давления измеряют первыми манометрами 45, 35 и 25 перепада давления.
Когда указанный перепад давления резко уменьшается, опускаясь ниже 100 ммбар (10 кПа), выявляют протекание восстановительного газа по трубам 23, 33 и 43 в обратном направлении. В этом случае требуется, чтобы клапаны 21, 31 и 41 были немедленно закрыты. Однако если эти клапаны не функционируют, то открываются переключающие клапаны 28, 38 и 48 для подачи газообразного азота в нижнюю часть соответствующих печей. После устранения проблемы, связанной с засорением сопел пластин 24, 34 и 44, благодаря продувке газообразным азотом и сохранения хотя бы минимального псевдоожиженного состояния клапаны 21, 31 и 41 закрывают, и подача азота прекращается; при этом поддерживается нормальная подача восстановительного газа в постоянном объеме.
И наконец, когда восстановительный газ течет по трубам 23, 33 и 43 для выпуска железной руды в обратном направлении, его температура резко повышается. В этом случае возросшая температура измеряется установленными в указанных трубах термометрами 26, 36 и 46.
Когда измеренная температура превышает контрольное значение более чем на 50oС, переключающие клапаны 28, 38 и 48 открываются для подачи газообразного азота в нижние части соответствующих печей.
После устранения проблемы, связанной с засорением сопел распределительных пластин 24, 34 и 44, и сохранения хотя бы минимального псевдоожиженного состояния, клапаны 21, 31 и 41 закрываются, а подача азота прекращается; при этом поддерживается нормальная подача восстановительного газа в постоянном объеме.
Как описано выше, нарушение псевдоожиженного слоя вследствие засорения распределительных пластин определяют первыми манометрами 45, 35 и 25 перепада давления, вторыми манометрами 47, 37 и 27 перепада давления или термометрами 26, 36 и 46. При выявлении ненормальных условий в печах в них подают газообразный азот для восстановления нарушенного псевдоожиженного слоя. После этого клапаны 21, 31 и 41 открываются для продолжения нормального восстановительного процесса в устойчивом режиме.
Приведенные ниже примеры дополнительно поясняют данное изобретение.
Технические и экспериментальные условия для восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем, входящего в установку восстановительной плавки, были следующими.
(а) Технические характеристики восстановительного реактора с псевдоожиженным слоем (печь предварительного нагревания, печь предварительного восстановления и печь окончательного восстановления).
- Радиус зауженной части (распределительная пластина): 0,3 м.
- Радиус расширенной части: 0,7 м.
- Угол конусообразной нижней части: 4o.
- Высота наклонной части (от верха распределительной пластины): 4,0 м.
- Высота цилиндрической верхней части: 2,5 м.
- Глубина нижней части под распределительной пластиной: 3,0 м.
(б) Измельченная железная руда.
- Размеры частиц (зерна) измельченной железной руды: не более 8 мм.
- Гранулометрический состав:
менее 0,05 мм: 4,6%; 0,05-0,15 мм: 5,4%; 0,15-0,5 мм: 16,8%; 0,5-4,75 мм: 59,4%; 4,75-8 мм: 13,8%.
- Химический состав измельченной железной руды:
T.Fe: 62,17%; FeO: 0,51%; SiO2: 5,5%; TiO2: 0,11%; Mn: 0,05%; S: 0,012%;
Р: 0,65%; кристаллы: 2,32%.
(в) Восстановительный газ.
- Химический состав:
СО: 65%; Н2: 25%; СО2: 5%; N2: 5%.
- Температура реактора с псевдоожиженным слоем.
Печь окончательного восстановления: 850oС.
Печь предварительного восстановления: 800oС.
Печь предварительного нагревания: 750oС.
- Скорость потока:
Нормальное состояние: 1,7 м/с (у распределительной пластины).
- Давление: 2,5-3,0 бар/г (250-300 кПа/г).
Пример 1.
Было проведено сравнение изменений в потоках восстановительного газа при наличии блока подачи отработанного газа и при его отсутствии. Результаты сравнения представлены на фиг.5.
На указанном чертеже линия А иллюстрирует возникновение пиков давления в плавильном аппарате-газогенераторе, линия В иллюстрирует объем потока восстановительного газа на входе в печь с псевдоожиженным слоем и линия С иллюстрирует объем потока восстановительного газа на выходе из этой печи.
Как видно на фиг.5, в то время как в плавильном аппарате-газогенераторе возникает пик давления, изменение объема потока восстановительного газа при наличии блока подачи отработанного газа существенно уменьшается.
Следовательно, благодаря тому, что в момент резкого уменьшения потока восстановительного газа, сопровождающегося пиком давления, в печь окончательного восстановления подают сжатый отработанный газ, нарушение псевдоожиженного слоя может быть предотвращено эффективным образом.
Пример 2.
Были проведены измерения перепада давления между передней и задней частями трубы для выпуска железной руды при отсутствии блока предотвращения блокирования потока железной руды и при его наличии. Результаты измерений представлены на фиг.6 и 7.
Как показано на фиг.6, при отсутствии блока предотвращения блокирования потока железной руды, с возникновением пика давления поток железной руды в трубе для выпуска железной руды заблокирован или обращен вспять, причем образовался существенный перепад давления.
Однако при наличии блока предотвращения блокирования потока железной руды, как показано на фиг.7, перепад давления вначале незначительно увеличился, а затем уменьшился. Было сделано предположение, что при возникновении пика давления большое количество высокотемпературного восстановительного газа, поступившего в трубу для выпуска железной руды, отводится в выпускную трубу 42 через обводные трубы, и поэтому перепад давления в верхней и нижней частях трубы для выпуска железной руды уменьшается.
Следовательно, блок предотвращения блокирования потока железной руды может эффективно предотвращать блокирование потока железной руды или его обратное протекание между печами.
Пример 3.
Было произведено измерение времени бесперебойной работы реактора при наличии блока подачи вспомогательного газа и при его отсутствии. Полученные результаты представлены в таблице.
Как показано в таблице, с установлением блока подачи вспомогательного газа время безаварийной работы реактора может быть значительно увеличено, а нормальная работа быстро восстановлена даже при нарушении псевдоожиженного слоя.
Другие данные, полученные в ходе рабочих испытаний, были следующими. Коэффициент использования восстановительного газа составил приблизительно 30-35%, а количество самого газа, затрачиваемого на восстановление одной тонны измельченной железной руды, составило 1300-1500 Нм3/т руды (м3/т руды). Коэффициент восстановления для измельченной железной руды, загруженной в печь 30 предварительного восстановления из печи 40 предварительного нагревания, составил 10-15%; для руды, прошедшей предварительное восстановление и загруженной из печи 30 в печь 20 окончательного восстановления, этот коэффициент составил 30-40%; а для восстановленной руды, загруженной из печи 20 в плавильный аппарат-газогенератор 1, он составил 85-90%.
Следовательно, при наличии блока подачи вспомогательного газа возможные временные неполадки в работе реактора с псевдоожиженным слоем могут быть быстро устранены, при этом становится возможной надежная эксплуатация реактора в течение длительного времени.
Поскольку данное изобретение было подробным образом описано на примере предпочтительных вариантов его выполнения, следует отметить, что в него могут быть внесены различные изменения, не противоречащие его основной идее и не выходящие за объем правовой охраны, указанный в прилагаемой формуле изобретения.
Изобретение относится к установке восстановительной плавки, в особенности к реактору с кипящим слоем. Восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем предназначен для восстановления измельченной железной руды и подачи восстановленной железной руды в плавильный аппарат-газогенератор и содержит по меньшей мере две печи с псевдоожиженным слоем, последовательно осуществляющие предварительное нагревание, предварительное восстановление и окончательное восстановление загружаемой измельченной железной руды с помощью восстановительного газа, подаваемого из плавильного аппарата-газогенератора, скруббер, в который из печи предварительного нагревания через выпускную трубу поступает отработанный газ и который охлаждает этот газ и очищает его от содержащихся в нем мелкозернистых частиц. Он дополнительно содержит блок стабилизации псевдоожиженного слоя, предназначенный для стабилизации указанного слоя, когда в любой из указанных печей этот слой нарушается из-за нестабильной подачи восстановительного газа. Изобретение позволит восстановительному реактору с кипящим слоем стабильно работать в течение длительного времени, что значительно увеличивает его производительность. 2 c. и 25 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.
Приоритет по пунктам:
| Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
| US 5833734, 10.11.1998 | |||
| US 5413622, 09.05.1995 | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА ИЛИ ЖИДКИХ СТАЛЬНЫХ ПОЛУПРОДУКТОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1996 |
|
RU2125613C1 |
| Способ прямого получения железа | 1986 |
|
SU1609456A3 |
