Способ распределения природного газа по фурмам доменной печи Советский патент 1984 года по МПК C21B7/24 

а Изобретение относится к черной, металлургии, аИмеННо к способам распределения дополнительного углеводородного топлива, преимуи1ественно природного газа, мазута или их смесей по фурмам доменной печи. Известен способ распределения природного газа по фурмам доменной печи, включающий подачу природного газа на печь,в заданном отношении . к количеству поступающего дутья с учетом концентрации кислорода в . дутье 13. Этот способ не позволяет организовать оптимальное распределение природного газа ввиду отсутствия .измерения расхода дутья по фурмам и поддержания заданного соотношения между природным газом и .дутьем по окружности горна, что, всвою очередь, не позволяет стабилизировать тепловое состояние доменной печи. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаем .му результату является способ распр деления природного газа по фурмам доменной печи, включающий при умень шении расхода дутья через фурму на 2% и более от задания снижение расхода газа на нее на 3-6% через время в часах, .равное отнои ению величины 0,5-0,8 к абсолютному значению отклонения дутья, сохраняя при этом постоянным заданное соотношение рас ходов дутья и газа на остальные фур мы путем одновременного распределения образовавшегося излишку газа, а при повышении расхода дутья увеличе ние расхода газа в тех же отношениях 121, Однако поскольку измерение расхо дутья по фурмам в условиях высоких температур и содержания кислорода .в дутье, а также при отсутствии необходимьтх прямых участков для измерения расхода дутья делает эту последн.юю операцию весьма неточной, со ряженной с большими погрешностями, то это не позволяет стабилизировать тепловое состояние доменной печи, снизить удельный расход кокса и по высить производительность доменной печи.. Целью изобретения является вырав .нивание соотношения между природным газом и дутьем, выравнивание теплового состояния горна по окружности доменной Печи, экономия удельного расхода кокса и повышение производи тельности доменной печи. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу распределения природного газа по фурмам доменной печи,включающее изменение расхода природного газй по фурмам при сохранении общего расхода газа на печь, определяют средневзвешенг ную величину относительного отклонения отношения водорода к азоту для каждого сектора колошника, соответствующего фурме или группе фу;рм и при положительном отклонении, составляющем 1% и более в каждом секторе, снижают на соответствующей фурме или группе фурм расход природного газа от l до 3% на каждый 1% отклонения, а при отрицательном отклонении, составляющем 1% и более в каждом секторе, увеличивают на соответствующей фурме.или группе фурм расход газа в той же пропорции. Способ осуществляют следующим образом. Определяют состав газа на COj, СО и Hj( в общем колошниковом газе и в точках, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,05-0,25 радиуса по четЬирем радиусам двух взаимно перпендикулярных направлений колошника. Состав общего колошникового газа усредняют за период отбора проб газа по радиусам колошника. Определяют степень использования окиси углерода в колошниковом газе и в каждой, точке отбора проб газа по формуле « со Гсо где vj - степень использования окиси углерода, доли единицы;О 4. и СО - содержание двуокиси и окиси углерода в сухом газе, : %. Определяют степень использования водорода в каждой точке отбора проб газа и в колошниковом газе по формуле . 0,88 v + 0,10 (2) Определяют содержание водяных паров в общем колошниковом газе и в каждой ToviKe отбора-проб газа согласно формуле |..,и....,..,..„-сз, где - содержание водяных паров в газе, % Н - содержание водорода в сухом газе, %. . Определяют содержание азота в колошниковом газе и в каждой точке отбора проб газа по радиусам по формуле 100 - COj, -СО -Hi С4) Способ не исключает других методов определения содержания водяных паров восстановления в колошниковом газе, например по балансам водорода и азота в доменной печи. Оп1 еделяют отношеине суммы водорода и водяных паров к азоту в общем колошниковом газе и в каждой точке отбора проб газа по радиусам согласно форл./ле К - г. .0) + Fii Ii - o7o; нао С5 Определяют в каждой точке отбора проб газа по радиусам знак и величину относительного отклонения приведенного выше отношения от его значения в общем колошниковом газе по формуле .- Л-гЛавд юо {6V . где дК - относительное отклонение % г К и У-сущ, соответственно отношение cyNtbiH водорода и водяных паров восстановления к азоту в точках отбора проб газа по радиусам и в общем колошниковом га, зе, доли единицы. Рассчитывают аппроксимированные значения отклонений для каадой из кольцевых зон сечения колошника границы которых, проходят через точки отбора проб газа по радиусам, и средневзвешенные их значения для каждого сектора, ограниченного зоной расположения фурмы. Способ не исключает любое точное определение значений относительных отклонений в секторах доменной печи аппроксимацией кривых или поверх ностей любым из из вестных математи ческих методов. Анализируют в каждом секторе доменной печи наличие отклонений, лревыаианадих 1% и более. Е.сли указан 1ные отклонения имеют место то и меняют расход природного газа по фурмам соответственно знаку и величине отклонений.. При положительном отклонении, состоящем 1% и более в секторе, ограниченном зоной расположения фурко или группы фурм, снижают на соответ ствующей фурме или фурмах расход га за от 1 до 3% на каждый 1% относительного отклонения, а при отрицательном отклонении/ составляющем 1% и более в секторе, увеличивают на соответствующей фурме или фурмах расход газа в той же пропорции. Изменения расходов газа на отдел ных фурмах производят при неизменном расходе природного газа на печь Указанные отклонения определяют с интервала1 1И, соответствующими загрузке шихтовыми материалами от 0,5 до 1 о бъема печи И осуществляют коррекцию расхода газа на фурмах при наличии отклонений. В приходной части баланса водоро да в дойенной печи фигурируют такие источники водорода, как кокс,влага дутья и природный газ. Соотношения между этими компонентами устанавливают пределы изменения расхода.природного газа на 1% отклонения. Наиболее постоянным источником водорода в доменной печи является кокс. При содержании водорода в коксе 0,Ь% от массы кокса и удельном расходе кокса 500 кг/т чугуна, выход водорода из кокса 28 чугуна. Выход водорода из влаги дутья при указанном удельном расходе кокса , содержании углерода в коксе 86%, доле углерода кокса, доходящего до фурм, равной 0,75, влажности дутья 15 г/ьш дутья, содержании кислорода в дутье 28%, чугуна. Выход водорода из природного газа при расходе последнего 100 чугуна и коэффициента выхода aoj iopoда из 1 м газа, равного 2, 200 чугуна.:. Выход водорода из влаги дутьл, израсходованного на сжигание природного газа на фурмах, 3/3 м/т чугуна. Таким образом, образуется.водород в горне печи 251,3 чугуна. Водород природного газа составляет в общем приходе 80%. При малых расходах природного газа, например 50 чугуна, и работе на атмосферном, увлажненном до 50 н/нм дутье с удельным расходом кокса 750 кг/т чугуна, поступление водорода из природного газа в общем приходе водорода, как это можно определить из аналогичного расчета, 35%. В другом крайнем случае, при больших расходах природного газа, например 150 м/т чугуна, полностью осушенном дутье и удельном расходе кокса 350. кг/т чугуна, поступление водорода из природного газа в общем приходе водорода 94%. Следовательно, пределы изменения расхода природного газа на 1% относительного отклонения составляет величины, равные 1:0,Э4 и.1:0,35, с округлением значения пределы составляют от 1 до 3% на каждый процент относительного отклонения. При отклонениях менее 1% пере- распределение природного газа не производят, поскольку эта величина находится в пределах погрешности измерительных приборов, контролирующих состав газа, Таким образом, нижний предел изменения расхода природнрго газа на каждый 1% отклонения отношения суммы водорода и водяных паров восстановления к азоту исходит из такого режима доменной печи, при котором источниками водорода являются летучие кокса и природный газ. В этом случае долевое участие природного газа, как источника водорода

в колошниковом газе, приближается в единице, но не достигает ее, поскольку летучие, кокса всегда внесут свок долю водорода в колошниковый газ. При сколь угодно малом содержании летучих в коксе доля . участия природного газа в изменении содержания водорода в колошниковом газе на 1% должна превышать 1% расхода природного газа и толБ.ко при использовании твердого топлива, не содержащего в своем составе водород, можно получить единицу долевого участия природного газа при изменении отношения водорода к азоту в колошниковом газе на 1%. Так как снижение расхода природного газа в других соотношениях., например 0,95%, заведомо не приведет к достижению поставленной цели распределения природного газа по фурмам доменной печи, нижний гфедел изменения расхода природного газа 1%. Киже этого предела природный газ недодают } в том секторе или группе секторов, которые нуждаются в увеличении расхода газа. Верхний предел-измененвд расхода природного газа на каждый 1% от.клонения отношения суммы водорода и водяных, паров восстановления к азоту исходит из диаметрально противоположного режима рабс.ты . доменной печи, когда долевое участие природного газа, как источника водорода в колошниковом газе, весьт ма мало, а летучие кокса и влага дутья вносят значительную часть водорода, в колошниковый газ.

При осуществлении способа в каждом конкретном случае определяют долю водорода природного газа в общем приходе водорода в доменной печи и получают конкретное соотношение между регулирующим воздействием и сигналом рассогласования. Это конкретное соотношение зависит ,от режима работы печи в данный перкод удельного расхода кокса, его химического состава, влажности дутья, удельного расхода природного газа и является единственно возможным для решения поставленной цели и, следовательно, оптим шьным,

П р и мер. Доменная.печь с полезным объемом 5000 м, оборудована системой контроля расхода природног газ& по , масс-спектрометром для производства анализа общего колошникового -Газа, средствами распре деления природного газа по фурмам, четырьмя выданными зойдами, отвирающикш пробы газа по.двум взаимно перпендикулярным направлениям колош ника. На доменной печи установлен вычислительный комплекс с машинами типа М-бООО..

Пробы газа по радиусам колошника отбирают я 1-3 раза в сутки в десяти точках каждого радиуса. Площади, образованные кольцевыми концентрическими зонами, границы которых проходят через точки отбора рроб газа, составляют от центра печи величины, равные 0,0325, ,о,0975, 0,073. 0,0895 О,1055, 0,122, 0,038, 0,154, 0,188 в долях площади колошника.

Доменная печь работает в следующем режиме; .расход холодного дутья 8400 м/мин, темпе)атура горячего дутья влажность дутья 14 r/Hi содержание кислорода в дутье 28% расход природного газа на печь 590 мVMHH.

. Берут пробы таза в десяти точках каждого радиуса.четырьмя ввдвижными зондами. Состав газа приведен в ,; табл. 1. ., . .

Средний состав сухого колошникового газа за период отбора проб COj, 19,9%; СО 23,51%; Н. 6,45%; NJ 47,91%. .

По балансу водорода и азота в доменной печи определяют, содержание водяных паров восстановления в общем колошниковом газе, которое составило 4,63%. Отношение суммы водорода и водяных паров восстановления к азоту -в колошниковом газе О,236.

Определяют отнсниения суммы водорода и водяных- паров восстановления к jt3OTy для точек отбора проб газа на колошнике по формулам ч. - (tSJ.

Определяют относительные отклонения для каждой из точек отбора проб газа по формуле 16К Результаты приведены в табл. 2.

Определяют величину срезневзвешен ного относительного отклонения для каждого сектора доменной печи, ограниченного зоной расположения.

Мшиинные методы с применением ЭВМ, реализоваиные в условиях домеи ной печи, предусматрив.ают аппроксимацию поверхностей, образованных кривьФ/1И распределения относительных отклонений по радиусам колошника, что обеспечивает более точное определение отклонений в секторах печи.

Более простой метод линейной интерполяции позволяет наглядно показать распределение средневзвешенных относительных отклонений для каждогр из 36 секторов доменной печи, ограниченных зонами расположения .

Средневзвешенные относительные отклонения по каждому из четырех экспериментальио определенных секторов находят; по формуле

( где А К - средневзвешенное относител ное отклонение в секторе, - доли, площади, образован ные кольцевыми концентричес кикш зонами коЛошника, границы которых проходят через точки отбора проб, относительное oткJl}oнeниe в точке отбора проб газа, %, п - количество точек отбора про газа по радиусу колошника. Средневзвешенные относительные отклонения в секторах доменной печи расположенные в зонах действия .л фурм 1, 14), 19 и 28, соответствующих одновременно осям выдвижных aoH дов на колошнике, К4 -22,9%, Kii -37,3%, % - 45,6%, Кад- -6,3% Интерполированные значения средне взвешенных относи- ельных отклонений для каждого сектора Доменной печи приведены в табл. 3. Анализируют в каждом секторе наличие отклонений, превишающих il%. Увеличивают расход природного газа:на фурмах 1-13 и -36 и умень шают расход природного газа на фурмах 15-26 (табл. 3); Определяют коэффициент пропорцио нальности между отклонейиём/ и вели .чиной изменения расхода природного газа по фурмам доменной печи. Доменная печь выплавляет 10000 т чугуна в сутки с удельным расходом кокса 450 кг/т чугуна. В соответствии с приведенным выше режимом, работы печи поступление водорода из природного газа в общем приходе водорода 79,3%.. Следовательно, на 1% относительного отклонения необходимо изменить расход природного газа на 1,25%. Учитывая динамические свойства объекта регулирования, коррекцию расхода природного газа по фурмам согласно предлагаемсму способу проводят с периодичностью, соответствующей загрузке шихтовыми материалами 0,5-1 объёма печи, что при современной форсировке хода печи сост тавляет интервал 4-8 -ч. в результате применения предлагаемого способа распределения природ:нОго газа по фурмам доменной печи ;в колошниковом газе повышается содержание СО и снижаетс;я содержание П. Анализ общего колошникового газа, проведенный через 4 ч после коррекции его расхода по фурмам, дал следующие результаты: СО, 20,4%, СО 23,02%, Н.2 6,05%. . Содержание паров воды по балансу .водорода и азота 4,96% в колошниковом газе, I Поддержание:- заданного соотноше,ни.я природный газ-дутье по каждой фурме при сохранении их общих расходов дает 2,0% увеличения производительности печи и 2,0% уменьшения расхода кокса. ржида:емый экономический эффект рт внедрения изобретения на: доменной печи полезным объемом 5000 составит порядка 500,0 тыс.руб/год. л т а б л и ц а 1

СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ПО ФУРМАМ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, включающий изменение расхода i природного газа по фермам при сохранении общего расхода газа на печь, о тл ичающи и с я .тем, что, с целью выравнивания соотношения между природным газом и дутьем, выравнивания теплового состояния горна по окружности доменной печи, экономии удельного расхода кокса и. повышения прф1зводительностй доменной печи, определяют средневзвешенную величину относительного отклонения отношения водорода к азоту для ка}кдого сектора колошника, соответствующего фурме или группе фурм и при положительном отклонении, составляющем 1% и более в калсдом секторе, снижают на соответствующей фурме или группе фурм расход/, природ(Л ного газа от 1 до 3% на каждый 1% отклонения, а при отрицательном откс лонении, составляющем 1% и более в каждом секторе, увеличивают на соответствующей фурме или группе фурм расход газа в той же пропорции.

15316,212,133,15,2

22,523,24,321,322,31,4

23,223,35,622,820,54,7

2024Д3,921,222,63

3500 4000 4500

5000

18

5400

39,4 1,2 44,8 7,&

24,5 4,8 14 5,3

9107164110

Состав газа в пробах по радиусам колошника,%

jCOi СО I

Расстояние I СО от центра печи, мм

Л,5 419,43,2 38,7 8,6

100016,5 29,3 4,714,5 28,35,4

200020,S 227

2500

21,2 6,82221,75,7

20

21,6 5,820,9 21,84,2

3000

23,1 18,1 8,21,2 22

3500

400022,5197,720,523,35,5

500017,125,311,417,525,4. 7, J

162510,71625,(56,9

5400

Продолжение табл. 1

I со I Нг

СО,

21,4 22,5 5,5

5,1

Таблица 2

11

12

Т а .6 л и ц а 3